Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ УПАКОВОЧНОГО КАРТОНА С УЛУЧШЕННЫМИ ВЛАГОПРОЧНОСТНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Мишурина О.А. 1 Ершова О.В. 1 Чупрова Л.В. 1 Муллина Э.Р. 1
1 Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
В работе представлены результаты исследования структуры и свойств бумаги-основы, используемой в качестве флютинга и лайнера в производстве упаковочного гофрокартона. Проведен анализ качества исходного сырья по химическим, физическим, механическим и влагопрочностным показателям. Рассмотрено влияние композиционного состава по волокну на прочностные свойства и впитывающую способность бумаги-основы. Установлена зависимость между содержанием макулатурной массы в исходном волокнистом сырье и прочностными свойствами флютинга и лайнера. Изучено влияние показателей зольности на прочностные свойства и впитывающую способность исследуемых образцов бумаги-основы. Проанализирована зависимость между показателями проклейки плоских и гофрированных слоев картона и их впитывающей способностью. Установлена зависимость между показателями впитываемости и адгезионными свойствами склеиваемых образцов гофрокартона, а также их влияние на расход клея. Исследовано влияние влагопрочностных и адгезионных свойств исходного волокнистого сырья на качество готовой продукции. Предложены рациональные технологические требования к качеству исходного сырья, обеспечивающие получение упаковочного гофрокартона с улучшенными прочностными и влагопрочностными свойствами. Предложены мероприятия по организации мониторинга качества исходного сырья на картоноперерабатывающих предприятиях.
бумага-основа
гофрокартон
качество
сырье
свойства
адгезия
технологические требования
1. Вайсман Л.М. Структура бумаги и методы ее контроля. – М.: Лесная промышленность, 1973. – 152 с.
2. Иванов С.Н. Технология бумаги. – М.: Лесная промышленность, 1970. – 700 с.
3. Кирван Марк Дж. Упаковка на основе бумаги и картона: пер. с англ. / В. Ашкинази; науч. ред. Э.Л. Аким, Л.Г. Махотина. – СПб.: Профессия, 2008. – 488 с.
4. Муллина Э.Р., Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Ершова О.В. Влияние химической природы проклеивающих компонентов на гидрофильные и гидрофобные свойства целлюлозных материалов // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. – С. 250.
5. Мишурина О.А., Тагаева К.А. Исследование влияния композиционного состава по волокну на влагопрочностные свойства исходного сырья при производстве картонных втулок // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. – 2013. – Т. 1. № 71. – С. 286–289.
6. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р., Ершова О.В. Исследования качества исходного сырья на прочностные свойства картонных втулок // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 1. – С. 254.
7. Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Исследование влияние химического состава углеводородной части различных видов целлюлозных волокон на физико-механические свойства бумаг для гофрирования // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2013. – № 8. – С. 52–55.
8. Фляте Д.М. Технология бумаги: учеб. для вузов – М.: Лесная промышленность, 1988. – 440 с.

Одним из существенных недостатков гофрированного картона является слабая влагопрочность. Это значительно сужает сферу его применения в тех случаях, когда требуется сохранение прочности упаковки в условиях повышенной влажности. Между тем опыт зарубежных стран показывает, что именно использование тары из влагопрочного гофрокартона и картона с защитными свойствами наиболее эффективно, поскольку при этом значительно расширяется область применения и обеспечивается экономное расходование ресурсов на тару [1, 4, 7].

Для достижения тех или иных необходимых свойств картона пользуются следующими методами: подбором исходных волокнистых полуфабрикатов, т.е. составлением композиции бумаги и картона по виду и происхождению волокон; изменением технологических режимов одного или нескольких основных процессов бумажного производства (массного размола, отлива, сушки); введением в бумажную массу различных добавок (минеральных наполнителей, красителей, дефлокулянтов, проклеивающих и других веществ); отделкой бумаги или картона, включая операции каландрирования, крепирования, гофрирования, тиснения, армирования, покрытия синтетическими пленками и др.; обработкой поверхности бумаги или картона химикатами (поверхностная проклейка, пропитка различными составами, окраска, мелование, пластификация, лакирование, обработка минеральными реагентами) [2, 3, 8].

Поведение бумаги и картона при переработке и применении зависит от их механических и влагопрочностных показателей, которые обусловлены, прежде всего, композиционной структурой целлюлозно-бумажных материалов, а также процентным составом и соотношением в бумаге наполнителей, проклеивающих и других вспомогательных веществ [5, 6].

Получение количественных зависимостей, между композицией исходной бумажной массы и её механическими показателями, а также между количеством вспомогательных веществ (наполнителей, проклеивающих и др.) и влагопрочностными свойствами бумаг и картонов является актуальной задачей, востребованной и исследователями, и производственниками. Это дает возможность прогнозировать свойства и качество бумажного сырья, что позволит получать готовую продукцию с улучшенными потребительскими свойствами.

Цель данной работы – разработка технических рекомендаций для исходного бумажного сырья, используемого в производстве гофрокартона, обеспечивающих получение готовой продукции с повышенными механическими и влагопрочностными показателями. Для достижения заданной цели были проведены исследования влияния композиции исходного бумажного сырья на механические свойства и количества наполнителя и степени проклейки на влагопрочностные показатели.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования данной работы являлись образцы бумаг для получения плоского и гофрированного слоев картона различных марок и производителей (табл. 1, 2).

В работе для анализа качества исходного сырья проведены исследования химических, физических, механических и влагопрочностных показателей исследуемых образцов картонов.

Экспериментальные исследования проводились по следующим методикам: определение массы картона площадью 1 м2 по ГОСТ 13199-884; определение толщины по ГОСТ 27015-86; определение композиции исследуемых образцов бумаги и картона по ГОСТУ 7500-85; определение зольности по ГОСТУ 7629-934; определение прочности на разрыв и удлинения при растяжении по ГОСТ 13525.1-79; определение сопротивления расслаиванию картона проводилось по ГОСТ 13648.6-86; определение влажности по ГОСТ 13525.19-91; определение поверхностной впитываемости воды при одностороннем смачивании по ГОСТ 12605-97; определение капиллярной впитываемости по ГОСТ 12602-67; определение степени проклейки по ГОСТ 13648.6 – 86.

Таблица 1

Образцы бумаг для гофрирования

Образец

Марка

Производитель

Б-1

Б-1-125

ООО «Енисейский ЦБК», г. Красноярск

Б-2

Б-0-125

Б-3

Б-0-125

ОАО «Марийский ЦБК», г. Волжск

Б-4

Б-0-112

Б-5

Б-3-125

ООО «Картон и Упаковка», г. Учалы

Б-6

Б-3-112

Б-7

Б-3-140

Б-8

Б-140

Филиал ОАО «Группа «Илим», г. Коряжма

Таблица 2

Образцы бумаг для плоских слоев картона

Образец

Марка

Производитель

К-1

КТУ-125

ОАО «Сыктывкарский ЛПК»

К-2

КМП-150

ОАО «Селенгинский ЦКК»

К-3

К-125

Филиал ОАО «Группа «Илим», г. Братск

К-4

КS-150

ОАО «Целлюлозно-картонный комбинат», г. Братск

К-5

К-150

ООО «Картонно-бумажный комбинат», г. Туймазы

К-6

К-3-150

ООО «Картон и Упаковка», г. Учалы

К-7

К-150

ОАО «Марийский ЦБК», г. Волжск

К-8

К-175

К-9

КТУ-135

ОАО «Сыктывкарский ЛПК»

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты анализа композиционного состава по волокну исследуемых образцов показали, что содержание макулатурной массы в различных видах бумаг для гофрирования изменяется в пределах от 18 до 62 %, содержание древесной массы – от 22 до 63 % и содержание целлюлозы от 9 до 40 %. При этом минимальное количество макулатурной массы в бумаге Б-140 (Б-8), а максимальное – в бумаге Б-1-125 (Б-1) и в бумаге Б-3-112 (Б-6). У остальных производителей содержание макулатурной массы изменяется незначительно и в среднем варьируется в пределах от 40 до 50 %.

Анализ прочностных характеристик исследуемых образцов показал, что при увеличении содержания макулатурной массы в бумаге для гофрирования на 20 % разрушающее усилие уменьшается на 30–37 Н, разрывная длина уменьшается на 1,9–2,0 км и предел прочности на 7,0–7,2 МПа. При уменьшении содержания макулатурной массы на 25 % разрушающее усилие увеличивается на 45–50 Н, разрывная длина увеличивается на 1,0–1,1 км и предел прочности на 40–45 МПа.

Результаты анализа композиционного состава по волокну образцов плоского картона, показали, что содержание макулатурной массы варьируется в пределах от 26 до 53 %, содержание древесной массы – от 24 до 46 % и содержание целлюлозы от 8 до 37 %. При этом минимальным количеством макулатурной массы характеризуются картоны КТУ-125 (К-1) и КТУ-135 (К-9) и картон КS-150 (К-4). Максимальное количество макулатурной массы содержится в картоне К-150 (К-5) и в картоне К-3-150 (К-6). В остальных видах картона среднее содержание макулатуры варьируется от 40 до 50 %.

Анализ исследуемых прочностных характеристик плоского картона показал, что при увеличении содержания макулатурной массы в образце в среднем на 20 % разрушающее усилие уменьшается на 80–90 Н, разрывная длина уменьшается на 3,5–4,0 км, удельное сопротивление разрыву на 1,2–1,5 кН/м и предел прочности на 20–22 МПа. При уменьшении содержания макулатурной массы в среднем на 25 % разрушающее усилие увеличивается на 70–80 Н, разрывная длина увеличивается на 3,0–3,4 км, удельное сопротивление разрыву на 1,5–1,8 кН/м и предел прочности на 30–35 МПа.

Таким образом, по результатам экспериментальных исследований можно сделать вывод, что для получения гофрокартона с повышенными механическими свойствами содержание макулатурной массы в бумагах, используемых для гофрирования, не должно превышать пределов 25 %, в бумагах, используемых для получения плоского слоя гофрокартона, не должно превышать пределов 30 %.

Результаты исследования влияния количества наполнителя и степени проклейки на влагопрочность и впитываемость бумаг, используемых для производства гофрокартона, приведены в табл. 3 и 4.

По результатам полученных данных установлено, что содержание наполнителя в бумаге для гофрирования изменяется в пределах от 2 до 6 %. Максимальное количество наполнителя наблюдается в бумагах Б-5, Б-6, а минимальное – в бумагах Б-1, Б-8. Степень проклейки изменяется в пределах от 0,17 до 1,30 мм. Максимальное значение характерно для бумаг Б-1, Б-7 и Б-8, а минимальное – для бумаг Б-4 и Б-6.

Таблица 3

Показатели зольности, степени проклейки и впитываемости при одностороннем смачивании бумаг для гофрирования

Образцы

Зольность, %

Степень проклейки, мм

Впитываемость при одностороннем смачивании, г/см2

Б-1

2,00

1,20

24,34

Б-2

2,29

1,12

24,85

Б-3

3,25

0,50

35,09

Б-4

3,76

0,17

36,88

Б-5

4,78

0,23

39,95

Б-6

4,64

0,22

35,98

Б-7

6,01

1,30

46,77

Б-8

2,06

1,20

25,23

Таблица 4

Влагопрочностные свойства бумаги для гофрирования

Образцы

Влагопрочность при кратковременном намокании, %

Влагопрочность при длительном намокании, %

Влагопрочность при кратковременном намокании, %

Влагопрочность при длительном намокании, %

поперечное

машинное

Б-1

53,34

43,63

28,98

33,69

Б-2

21,89

20,07

30,08

18,44

Б-3

5,76

5,85

1,57

1,68

Б-4

14,31

6,99

9,57

1,60

Б-5

9,33

10,55

2,53

4,16

Б-6

24,51

20,18

10,35

6,04

Б-7

11,68

7,93

9,32

1,94

Б-8

73,78

27,98

48,84

24,36

Результаты химических и влагопрочностных характеристик образцов лайнера представлены в табл. 5 и 6.

Анализ результатов, представленных в табл. 5 и 6, показал, что содержание наполнителя в картонах для плоских слоев изменяется в пределах от 1,7 до 7,1 %. Максимальное количество наполнителя характерно для картонов К-5, К-6, а минимальное – для К-4, К-9. Степень проклейки в исследуемых образцах варьируется в пределах от 0,52 до 1,30 мм.

Таблица 5

Значения зольности, степени проклейки и впитываемости при одностороннем смачивании картона для плоских слоев

Образцы

Зольность, %

Степень проклейки, мм

Впитываемость при одностороннем смачивании, г/см2

К-1

2,4

1,26

15,74

К-2

5,05

1,05

20,10

К-3

5,22

0,86

16,00

К-4

2,05

1,10

16,51

К-5

6,24

0,51

24,23

К-6

7,10

0,52

24,06

К-7

3,97

1,17

17,15

К-8

2,11

1,05

19,77

К-9

2,0

1,30

14,07

Таблица 6

Влагопрочностные свойства картона для плоских слоев

Образцы

Влагопрочность при кратковременном намокании, %

Влагопрочность при длительном намокании, %

Влагопрочность при кратковременном намокании, %

Влагопрочность при длительном намокании, %

поперечное

машинное

К-1

92,34

89,78

79,46

67,29

К-2

76,07

29,24

62,33

16,42

К-3

81,85

16,59

40,97

13,22

К-4

95,07

92,94

29,16

14,16

К-5

38,62

14,51

49,89

23,89

К-6

30,66

7,49

15,72

46,64

К-7

61,81

30,80

61,92

58,67

К-8

71,18

25,60

97,98

73,16

К-9

97,10

93,51

92,43

84,69

Сравнительный анализ результатов, представленных в табл. 3, 4, 5, 6, показал что с увеличением содержания наполнителя в бумажной массе наблюдается заметное снижение механической прочности бумаги как в машинном направлении, так и в поперечном. При этом прослеживается прямолинейная зависимость между показателями степени проклейки бумаги и ее впитывающей способностью.

В работе были проведены испытания образцов гофрокартона по показателям влагопрочности по ГОСТ 13.525.19-91 (Бумага и картон). Влагопрочность определялась как отношение прочности гофрированного картона во влажном состоянии (при относительной влажности воздуха 99 %) к прочности в сухом состоянии, выраженное в процентах.

В нашем случае прочность определялась при помощи прибора сопротивления продавливанию (ПР-1). Методика проведения эксперимента указана в ГОСТ 13525.8-86.

Анализируемые марки гофрокартонов были получены из исследуемого ранее исходного сырья. Полученные результаты эксперимента показали, что максимальными влагопрочностными свойствами характеризуются образцы гофрокартонов с использованием бумаги для гофрирования Б-1, Б-8 и бумаг для плоских слоев К-4, К-9.

Заключение

Полученные результаты экспериментальных исследований позволили разработать технические рекомендации для исходного бумажного сырья (бумаг для гофрирования и бумаг для плоских слоев), которые позволят получать гофрированный картон с повышенными прочностными и влагопрочностными свойствами.

Разработанные технические рекомендации представлены в табл. 7.

Таблица 7

Технические рекомендации к качеству исходного сырья, используемого для производства гофрокартона

Показатель

Значение

бумага для гофрирования

картон для плоских слоев

Количество макулатуры, %

не более 25

не более 30

Степень проклейки, мм

1,2

1,3

Зольность, %

2,0

2,0

Рецензенты:

Бигеев В.А., д.т.н., профессор, директор института металлургии, машиностроения и металлообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск;

Стеблянко В.Л., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск.


Библиографическая ссылка

Мишурина О.А., Ершова О.В., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ УПАКОВОЧНОГО КАРТОНА С УЛУЧШЕННЫМИ ВЛАГОПРОЧНОСТНЫМИ СВОЙСТВАМИ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-19. – С. 4166-4170;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37923 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674