Повышение влагопрочности гофроматериалов, реализуемое, в том числе за счёт внутримассной проклейки, становится всё более актуальным на фоне ужесточения требований к экологичности и возможности полной переработки упаковочной продукции.
Именно этой теме, на прошедшей в АО «Пигмент» научно-практической конференции «Базовый ассортимент, новые разработки для рынка ЦБП. Импортозамещение в действии», посвятил свой доклад ведущий инженер-технолог тамбовского предприятия Руслан Олегович Шабиев.
Он сразу подчеркнул, что в АО «Пигмент» уже долгие годы применяются технологии, подходящие для производства химических продуктов, используемых в целлюлозно-бумажной промышленности, а именно высокотемпературный и тонкий синтез, эмульсионная полимеризация, эмульгирование, очистка и сепарация, эффективные решения массо- и теплопередачи.
Внутримассная проклейка и контроль смачиваемости
Переходя к теме доклада, Руслан Шабиев представил информацию, касающуюся технологий внутримассной проклейки современными составами на основе смоляных кислот и алкилкетендимеров, а также упрочнения материалов во влажном состоянии, придаваемое полиамидэпихлоргидридной смолой.
«Как известно, – отметил докладчик, – под проклейкой понимают способность бумаги и картона сопротивляться впитываемости и адсорбции различным жидкостям, которые отличаются химической природой, поверхностным натяжением, вязкостью и прочими свойствами. Проклейка применяется для регулирования скорости пропитки в процессах переработки бумаги и картона, для контроля смачиваемости при нанесении печатного оттиска, для сохранения высоких потребительских свойств готовой продукции из бумаги и картона-основы».
Не менее важно, по словам Руслана Шабиева, чтобы на использующих данные технологии предприятиях не ощущали отрицательного влияния клеёв или смол на технологический процесс и функциональные свойства изготавливаемых упаковочных материалов, приобретающих в ходе соответствующей обработки водоотталкивающие и влагопрочные характеристики.
При этом он подчеркнул, что процесс придания целлюлозным материалам усиленных гидрофобных свойств по сравнению с макулатурными материалами оказывается экономически более эффективно, поскольку в данном случае в меньшей степени сказывается влияние растворённых веществ, которые обычно присутствуют в макулатурном сырье. Примером того является впитываемость целлюлозного лайнера, которая обычно меньше, чем у макулатурного картона.
Из представленных докладчиком нормативных параметров впитываемости некоторых видов бумаги и картонов (Табл. 1) следовало, что хорошие гидрофобные свойства являются обязательным атрибутом высококачественной тарной и печатной продукции.
Руслан Шабиев отметил, что за счёт особенностей отлива бумажного полотна верхняя сторона картона, как правило, изготавливается с более высокой степенью проклейки, чем сеточная. Аналогичные требования предъявляются к упаковочным материалам для внешних слоёв упаковки, так как они должны выдерживать атмосферные воздействия.
«По сути же, – отдельно подчеркнул он, – их влагопрочность повышается лишь за счёт замедления скорости поверхностного впитывания. И, фактически, более высокие гидрофобные свойства материала приводят лишь к увеличению временной (кажущейся) влагопрочности, которая постепенно деградирует по мере использования упаковки».
Таблица 1. Установленные нормы впитываемости некоторых видов бумаги и картона, г/м2(*-Кобб30)
| Вид бумаги | Параметр, не более | ||||
| Кобб60 верхняя сторона | Кобб60 верхняя сторона, макс | Кобб60 сеточная сторона | Кобб60 сеточная сторона, макс | Кобб60, сеточная сторона | |
| Картон для плоских слоев | 20 | 95 | |||
| Картон для плоских слоев, целлюлозный | (20) 25 | 35 (38) | 50 | 80 | |
| Картон для плоских слоев, макулатурный | 40 | 45 | |||
| Картон для плоских слоев, смешанный | 30 | 35 | 50 | 60 | |
| Картон для плоских слоев, многослойный, макулатурный | 20 | 60 | 30 | 200 | |
| Картон для плоских слоев, механическая масса | 20-75 | ||||
| Многослойный картон, целлюлоза/БХТММ, мелованный | 30 | 50 | 50 | 60 | |
| Бумага для гофрирования, с проклейкой | 50* | 130* | 30-130* | ||
| Бумага упаковочная | 25 | 30 | |||
Промышленные решения
Переходя к описанию промышленных решений АО «Пигмент» для внутримассной проклейки, докладчик назвал два основных типа веществ, используемых в ходе их реализации: синтетические и модифицированные.
Как далее пояснил Руслан Шабиев, в числе первых АО «Пигмент» предлагает канифольную катионную дисперсию «Кратафол» и АКД-дисперсию А20. Образцом модифицированного материала является полиамидэпихлоргидриновая (ПАЭГ) влагопрочная смола «Кратарез WET».
При этом, отметил он, важно иметь в виду, что при сравнении эффективности проклеивающих веществ необходимо учитывать индивидуальные особенности каждого вида бумаги и композиционного состава картона.
Так, с одной стороны, гидрофобизирующие вещества могут способствовать увеличению прочности целлюлозных бумаг и картонов. С другой, взаимодействуя с рядом химикатов, наоборот, ухудшать механические показатели бумаг и картонов. Например, считается, что клей АКД снижает межслоевую прочность при выработке многослойных картонов из макулатуры.
Характеризуя канифольную проклейку «Кратафол», докладчик отметил ряд её преимуществ, включая низкий расход по сравнению с аналогами и анионной дисперсией, отсутствие пенообразования и сниженную итоговую стоимость проклейки. Важно, что повышенное значение разрешённого рН, обрабатываемой на КДМ или БДМ бумажной смеси способствует увеличению стойкости изготавливаемого материала к кислотам и щелочам.
| Сферы применения канифольной проклейки «Кратафол» |
| Картон смешанного содержания макулатура/целлюлоза без CaCO3 в том числе с поверхностной проклейкой |
| Картон и бумага из небелёной целлюлозы или с содержанием механической массы |
| Кислые волокнистые полуфабрикаты |
| Основные преимущества канифольной проклейки «Кратафол» |
| Сниженная стоимость проклейки и остальных используемых химикатов |
| Повышенная толерантность клея к другим химическим добавкам в жидкой фазе и температуре по сравнению с АКД и АЯА (эмульсии из жидкого алкинилянтарного ангидрида) |
| Стабильная и управляемая проклейка на накате |
| Понятный и известный реагент |
| Высокий коэффициент поверхностного трения бумаги и картона |
| Ограничения по использованию канифольной проклейки «Кратафол» |
| Невозможность больших дозировок наполнителя CaCO3 при производстве белых видов продукции |
| Меньшая устойчивость к действию щелочей и кислот по сравнению с реактивными клеями |
| Применение только в кислой среде при рН < 7.0, требуется добавление солей алюминия |
| Более высокий ХПК (химическое потребление кислорода) сточных вод, появление пены и увеличенный расход при рН > 7.0 |
Руслан Шабиев также подчеркнул, что катионный высокодиспергированный канифольный клей «Кратафол» соответствует всем современным требованиям, характеризуется небольшим расходом в процессе использования, на сам продукт получен сертификат безопасности для человека ISEGA при использовании по назначению.
Нейтральная среда – для макулатурных бумаг
Главной особенностью применения АКД-дисперсии является её применение в нейтральной среде, а также образование более прочных связей в бумаги по сравнению с канифольной проклейкой. Руслан Шабиев обратил особое внимание на то, что выработка целлюлозно-бумажной продукции в нейтральной или щелочной среде способствует увеличению толщины бумаги, увеличиваются её пухлость и механические показатели.
Важно, что в нейтральной среде перерабатывается самая массовая марка макулатуры МС-5Б, которая содержит большое количество щелочных продуктов. Поддерживать при работе с таким сырьём низкий рН крайне неэффективно.
Докладчик проинформировал, что при использовании клея АКД в процессе производства высококачественной бумаги из целлюлозы с наполнителем из карбоната кальция, когда белизна бумаги является ключевым показателем, значение pН буферизируется на уровне 7-9.
В числе возможных недостатков нейтрального клея Руслан Шабиев отметил его низкую устойчивость к повышению температуры оборотной воды, а также длительное созревание.
«Хотя, – добавил он, – есть мнение, что именно высокое удержание компонентов бумажной массы на растительных волокнах в сеточной части картоноделательной машины играет решающую роль в упрочнении получаемого материала».
«Кроме того, – подчеркнул Руслан Шабиев, – удержание клея АКД в бумажном полотне является важнейшим фактором, который оказывает влияние на результат проклейки, что подтверждается снижением его удельного расхода при увеличении массы 1 м2 продукции в производственных условиях».
| Преимущества проклейки АКД-дисперсией |
| Простота применения, широкий выбор поставщиков, конкурентная цена |
| Возможность использования для высокосортной бумаги с минимальным содержанием механической/древесной массы |
| Более высокая белизна бумаги с клеем АКД, повышенная устойчивость к действию окислителей, по сравнению с канифольной проклейкой |
| Улучшенные экологические показатели гофроматериалов из щелочной макулатуры МС-5Б, снижение регламентируемого алюминия в сточной воде |
| Возможность использования CaCO3 как наполнителя, небольшое количество которого способствует улучшению проклейки |
| Устойчивость к действию щелочей и кислот за счёт образования ковалентных связей |
| Сниженное влияние жёсткости воды на качество проклейки |
| Способность к поддержанию требуемого рН за счёт буферизации CaCO3 и щелочных добавок в макулатуре |
| Ограничения проклейки АКД-дисперсией |
| Неполное созревание на накате |
| Более низкая устойчивость к длительному хранению готовой дисперсии и к температуре по сравнению с канифольной дисперсией |
| Более высокая стоимость проклейки картона по совокупности факторов при достижении Кобб60 <30 при однослойном формовании (в этом случае эффективна поверхностная проклейка) |
| Низкий коэффициент поверхностного трения бумаги с АКД |
| гидролиз воска АКД, приводящий к возникновению отложений (при невысоких дозировках не оказывает влияние) |
Удержание клея АКД на сеточном столе является серьёзной проблемой. Требуется использовать более дорогостоящие химикаты с большим расходом, влагопрочные смолы, красители, упрочнители, средства обезвоживания и удержания, ООВ.
Докладчик отдельно подчеркнул, что АКД-дисперсия А20 является промышленным серийным продуктом, который собрал много положительных отзывов по результатам его применения на отечественных производствах.
Полезные добавки
Завершил доклад Руслан Шабиев перечислением требований к химическим добавкам, которые используются для повышения влагопрочности бумаг и картонов. Именно к таковым относится полиамидэпихлоргидриновая (ПАЭГ) влагопрочная смола, на базе которой производятся продукты «Кратарез» WET 20 и «Кратарез» WET 25.
В числе их особенностей – некоторое увеличение прочности целлюлозно-бумажных материалов в сухом состоянии при одинаковой длине волокна. Помимо этого, они улучшают процесс обезвоживания бумажной массы на сетке и увеличивают удержание других полезных компонентов на растительных волокнах незначительно увеличивая выход бумаги из макулатуры.
| Требования к химическим добавкам для создания влагопрочности |
| Водорастворимы, просты при дозировке, характеризуются вязкостью, не ограничивающей производительность насосов |
| Приемлемые сроки хранения |
| Хорошая влагопрочность на накате (для ПАЭГ-смолы 50%) |
| Положительное влияние на другие технологические процессы: увеличение удержания массы на сеточном столе, улучшение обезвоживание, снижение расхода клея АКД |
| Возможность применения высоких дозировок, хорошее закрепление на волокне |
| Увеличение прочности материала в сухом состоянии |
| Снижение выщипывания и пылимости материала |
| Малое влияние на пожелтение бумаги (зависит от величины дозировки) |
| Приемлемая стоимость |
Как подчеркнул докладчик, оба представленных продукта «Кратарез» WET не содержат формальдегид, испытаны на практике, соответствуют всем перечисленным требованиям и хорошо себя зарекомендовали при повышении влагопрочности разных видов целлюлозно-бумажной продукции.
Портал ГОФРО.ОРГ выступил в роли информационного партнёра научно-практической конференции «Базовый ассортимент, новые разработки АО «Пигмент» для рынка ЦБП. Импортозамещение в действии».
