Готовый клей для производства гофрокартона
Главными предпосылками создания новых клеев являются следующие:
- В связи с увеличением производства гофротары в составе макулатурного сырья для производства картона и бумаги растет доля гофрокартона, который несет в себе значительное количество остаточного крахмального клея. Данный клей создает проблемы при производстве картона и бумаги из вторичного волокна и создает проблемы со сточными водами;
- Растет производительность линий по производству гофрокартона и растут требования к клеям — время схватывания клея должно сокращаться, а качество склейки — улучшаться.
Гофроящики и гофрокартон считаются одним из лучших видов сырья для производства картона для плоских слоев и гофробумаги. Однако, гофрокартон содержит в себе крахмальный клей, который используется для склейки, и его количество составляет обычно около 12 г/м2. В пересчете на массу картона, это составит около 24 кг натурального крахмала на 1 т сухого волокна. Если 1 т такого гофрокартона распустить в 25 т свежей воды (то есть при концентрации 4 %), то теоретически концентрация растворенного крахмала в воде может приближаться к 1000 мг/л. На практике макулатура состоит не только из гофроящиков, и не весь крахмальный клей сразу переходит в растворенное состояние. Поэтому концентрация растворенного крахмала не достигает столь экстремальных значений. Однако на некоторых предприятиях она достигает значений 160 мг/л. Прежде всего это было отмечено на предприятиях, которые сами производят и гофрокартон, и сырье для него.
Именно растворенный крахмал создает значительные проблемы в производстве картона и бумаги. Растворенный крахмал сам по себе повышает вязкость системы, кроме того, он является прекрасной пищей для микроорганизмов и является основной причиной того, что понимают под анионными загрязнениями. Вследствие порчи массы образуется повышенное количество слизи, затрудняется отлив массы, прессование, растет расход пара на сушку, снижается прочность картона, плохо работают ловушки, и качество сточных вод оставляет желать лучшего. Таким образом, можно отметить, что гофроящики, являясь хорошим вторичным сырьем с точки зрения качества волокна, содержат в себе и проблему крахмального клея. Эту проблему можно уменьшить за счет новых рецептур крахмальных клеев для производства гофрокартона.
Второй предпосылкой для разработки улучшенных клеев для гофрокартона является тот факт, что стандартные рецептуры клеев типа «Стейн-Холл» не в полной мере отвечают современным требованиям и новому скоростному оборудованию для производства гофрокартона. Хорошо известны случаи, когда ухудшается склейка, происходит расклейка, когда некоторые виды картона для плоских слоев плохо склеиваются с гофробумагой. И это связано не только с режимом работы гофроагрегатов, но и с качеством клея.
О свойствах и преимуществах нового клея для гофрокартона при склейке и при вторичной переработке гофрокартона
К вопросу о склейке. Не обобщая всех случаев плохой склейки под одну причину, все же можно отметить, что чаще всего плохая склейка гофрокартона происходит оттого, что суспендированный крахмал в составе клея не успевает клейстеризоваться.
На то мы видим две основные причины:
- Недостаточная водоудерживающая способность той части клея, которую принято называть «носителем»;
- Недостаточная скорость набухания крахмальных зерен, составляющих суспендированную часть крахмала.
При недостаточной водоудерживающей способности клея происходит быстрая потеря первых порций влаги. При дефиците влаги же крахмал просто не способен клейстеризоваться и проявлять свои клеящие свойства. Тот момент, когда крахмал способен клейстеризоваться с проявлением клеящих свойств, прекращается, когда содержание влаги в крахмальной суспензии становиться меньше 60 %. Если до этого момента крахмальные зерна не успели клейстеризоваться, то далее они ведут себя как инертный наполнитель клеевого шва.
Поэтому важно, чтобы клей обладал повышенной водоудерживающей способностью на начальной стадии, когда происходит клейстеризация крахмала, и быстро досыхал на второй стадии, после склейки, чтобы не снижать производительности оборудования.
В состав нового клея входят модифицированные крахмалы, водоудерживающие добавки и добавки, которые ускоряют высыхание клея на стадии досыхания клеевого шва. На рисунке представлена кинетика высыхания клея по стандартной рецептуре типа «Стейн-Холл» и нового клея.
Из графиков рис. 1 видно, что на начальной стадии содержание влаги в клеевом шве у нового клея выше, чем у типовой рецептуры клея, а на второй стадии высыхания клеевой шов высыхает быстрее, что важно для производительности гофроагрегата.
К вопросу о скорости набухания крахмальных зерен. Температура начала клейстеризации зерен крахмала в составе клея зависит, прежде всего, от содержания щелочи, но кинетика набухания больше зависит от природной основы крахмала. Так, известно, например, что картофельный крахмал имеет степень набухания около 1000, тапиоковый — более 70 и кукурузный — около 24. Данное число показывает, сколько объемов воды (мл) способны связать зерна крахмала по отношению к собственной массе (г).
В новом клее используется добавка тапиокового крахмала, что улучшает условия клейстеризации суспендированного крахмала в клеевом шве. Результаты этих испытаний показаны в таблице 1.
Таблица 1. Результаты сравнительных испытаний клея для гофрокартона типа «Стейн-Холл» и нового клея.
| № | Вид клея | Конц-ия клея по абс. сухим веществам, % | Время высыхания 1,000 г клея на бумаге | Степень заваривания крахмала в клеевом шве | Склеивающая способность (оценка) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | «Стейн-Холл» | 22,5 | 10,8 мин | Менее 50% | Средняя |
| 2 | Новый клей | 18,1 | 9,9 мин | Более 80% | Высокая |
Из таблицы 1 видно, что новый клей клейстеризуется практически полностью. В отличие от клея по стандартной рецептуре, где заварилось менее 50 % зерен крахмала. Явление неполного заваривания крахмала хорошо видно и на некоторых промышленных гофрокартонах. Признаком этого является белёсый клеевой шов в гофрокартоне.
Вторичная переработка гофрокартона
Гофрокартон несет в себе значительное количество остаточного крахмального клея. Данный клей создает проблемы при производстве картона и бумаги из вторичного волокна и создает проблемы со сточными водами.
В лабораторных условиях нами был промоделирован процесс изготовления гофрокартона, склеенного различными клеями, и последующего роспуска склеенного гофрокартона. Далее анализировали влияние вида клея на свойства бумажной массы и вновь отлитой бумаги. При модельном изготовлении гофрокартона клеи наносили из расчета около 12 г сухих веществ клея на 1 м2 гофрокартона. Практически 1,00 г клея (концентрацией 22,5 %) наносили на 6,7 г картона для плоских слоев и 3,3 г гофробумаги (в сумме на 10 г).
Таблица 2. Свойства бумажной массы из распущенного гофрокартона в сравнении с распущенной макулатурой без гофроклея.
| № | Вид клея для гофрокартона | Время обезвоживания 200 мл 1 %-ной макулатурной массы, с | Мутность подсеточной воды, FTU | Конц-ция р-ренного крахмала в п/ воде, мг/л | Энергия связей волокон по Скотту, Дж/м2 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 60 мл | 80 мл | 100 мл | 120 мл | |||||
| 1 | Макулатура без клея | 21,2 | 44,2 | 74,3 | 114,5 | 119 | 48,5 | 89 |
| 2 | «Стейн-Холл» | 22,9 | 48,4 | 89,9 | 138,0 | 148 | 223 | 104 |
| 3 | Новый клей | 19,2 | 37,6 | 64,1 | 99,3 | 132 | 184 | 112 |
По результатам, представленным в таблице 2 можно отметить:
- Исходная макулатура (без гофроклея) уже содержит значительное количество растворимого крахмала (48,5 мг/л);
- Добавка гофроклея типа «Стейн-Холл» в ту же макулатуру приводила к следующему. Время обезвоживания массы увеличивалось на 20 %. Мутность подсеточной воды возрастала на 24 %, концентрация растворенного крахмала возрастала в 4,5 раза с 48,5 до 223 мг/л;
- Добавка нового клея значительно улучшала ситуацию в сравнении с типовым клеем «Стейн-Холл». Время обезвоживания массы не возрастало, а снижалось на 15 %. А мутность воды и концентрация растворенного крахмала возрастали, но в заметно меньшей степени. Это связано с тем, что в составе нового клея введены добавки, повышающие удержание натурального крахмала;
- В отношении прочности бумаги, полученной из распущенной макулатуры так же видно преимущество нового клея, где энергия связей волокон была выше примерно на 8 %, чем у макулатуры с клеем «Стейн-Холл». Это можно объяснить более полным удержанием крахмала, который повышает прочностные свойства бумаги.
В заключении еще раз отметим, что при создании нового клея сделана попытка продвинуться в решении двух важных задач:
- улучшить качество склейки гофрокартона за счет более полной клейстеризации крахмала в клеевом шве;
- уменьшить производственные и экологические проблемы, возникающие при переработке макулатуры из гофрокартона за счет более полного удержания крахмального клея при последующем роспуске гофрокартона.