Read in English
Leer en español
Британцы изобрели флютинг, американцы — гофрокартон — эти изобретения можно считать первой волной с более чем 150-летней историей. Вторая волна — сотовый картон — также зародилась в США в середине 1940-х. Родина возможной третьей волны — картона холодного гофрирования — Азия. Бумага завершает кругосветное путешествие и возвращается к истокам
«Традиционно гофрирование бумаги выполняется при высоких температурах — свыше 150ºС», — пишет в научной статье для издания Индийской технической ассоциации ЦБП (Indian Pulp & Paper Technical Association) профессор Бала Венкатесварлу (Bala Venkateswarlu).
«Высокая температура необходима для образования гофров на бумаге, а также для клейстеризации клея. Тем не менее при повышенных температурах возникают сложности с эксплуатацией оборудования, себестоимость производства также немала из-за стоимости пара и тепла, необходимых для нагрева, кондиционирования и гофрирования.
Чтобы избежать этих трудностей, инженеры разработали процесс холодного гофрирования. При холодном гофрировании формование и склеивание выполняются при комнатной температуре, иногда допускается небольшой нагрев бумаги.
Этот процесс значительно отличается от традиционного. В этой статье мы рассмотрим принципиальные различия:
- Тип клея, его применение и температура схватывания
- Система управления натяжением полотна
- Коэффициент трения бумаги
- Стойкость поверхности бумаги к выщипыванию
- Намотка на верхний гофровал
- Средняя влажность
- Давление для контакта
- Предварительная обработка бумаги
- Склеивание двухслойного картона
- Склеивание трёх и более слоёв картона
(А) Адгезия и формирование связи
В процессе классического гофрирования неклейстеризованный крахмал диспергируют в растворителе с добавками. При повышенных температурах гранулы крахмала набухают за счет поглощения воды и происходит клейстеризация. Эта суспензия попадает в поры и пустоты бумаги и затвердевает там, образуя связь.
В процессе холодного гофрирования происходит нечто обратное: клей приобретает высокую вязкость в процессе охлаждения, а не нагрева. Этот клей состоит из кластеризованного крахмала, который наносится при высокой температуре и очень низкой вязкости на холодную бумагу и затем подвергается охлаждению.
Такой клей изготавливается путем термохимической модификации кукурузного крахмала. Варку проводят при температуре около 130/150°С в присутствии персульфата аммония. Затем добавляется гидроксид натрия при высоком pH (9-10), что помогает повысить щелочность, стабилизировать раствор и склеивающие свойства. Борная кислота также может быть добавлена для улучшения вязкости.
При нанесении клея, температура которого достигает 90°C, молекулы крахмала проникают в поры и пустоты бумаги. Это происходит в процессе абсорбирования из-за того, что бумага при комнатной температуре находится в равновесии с горячим клеем, в процессе происходит теплопередача, абсорбирование воды и миграция молекул в бумагу.
Далее процессу склеивания способствует высокое давление гофровала, которое примерно на 25% больше, чем при классическом гофрировании. Впитывание клея под высоким давлением происходит за доли секунды, так как гофроагрегат работает со скоростью 300-350 м/мин. Затем через несколько секунд, когда клей остывает, его вязкость повышается все больше и больше, прочно склеивая листы между собой.
(Б) Скорость и натяжение бумаги
Бумага входит между гофровалов на высокой скорости, а последующая скорость её прохождения через прессовую часть должна быть ещё выше. При этом если начальная скорость больше, чем нужно, это может привести к плохому гофрированию, склеиванию и расслаиванию: бумага просто не успеет сформировать волны и захватить достаточно клея.
Натяжение бумажного полотна еще более критично. При холодном процессе бумага не нагревается и не увлажняется, поэтому бумажное полотно не такое податливое, и, когда гофрируется с высоким натяжением, то обязательно растрескается на концах. Поэтому для холодного гофрирования необходимо установить автопитатель, который будет контролировать натяжение и скорость полотна. Также автопитатель и регулировка натяжения помогут выровнять формирование волн, иначе бумажное полотно будет образовывать складки и неравномерные гофры.
Регулировка натяжения бумаги требуется и для выравнивания её движения в случае плохой намотки рулона. Регулировка обеспечивает необходимое натяжение для правильной подачи бумаги в гофроагрегат вдоль верхнего гофровала.
(В) Коэффициент трения
При классическом гофрировании трение снижается благодаря высокому нагреву, пластичной предварительно нагретой и увлажненной поверхности бумаги, а также благодаря использованию химических добавок. При холодном гофрировании из-за низкой температуры трение между бумагой и металлической поверхностью валов очень велико, движение бумажного полотна становится затруднительным, что приводит к неравномерным волнам.
Таким образом, при холодном гофрировании необходимо, чтобы коэффициент трения бумаги с самого начала был низким, например, 0,35 — 0,45. Снизить его можно за счет обработки поверхности бумаги водой или канифолью в клеильном прессе и последующего каландрирования. Небольшое уменьшение толщины из-за каландрирования не создаст проблем, потому что при холодном гофрировании бумага подвергается меньшему сдавливанию по сравнению с классическим.
Коэффициент трения также можно уменьшить за счет использования химических добавок, например, парафина, поддерживая более высокую влажность полотна, а также за счет более слабого наматывания полотна на гофровал и благодаря автопитателю.
Новейшие достижения в области металлургии позволяют производить валы с меньшим коэффициентом трения, по которым бумага будет плавно перемещаться под натяжением на высокой скорости. Тем не менее, важно следить и за тем, чтобы трение не было чересчур низким, чтобы избежать проскальзывания бумаги.
(Г) Стойкость поверхности бумаги к выщипыванию
Выщипывание связано со скоплением свободных волокон, оторвавшихся от поверхности бумаги. При производстве гофрокартона классическим способом количество ворсинок и свободных волокон уменьшается за счет антиадгезионных свойств поверхности рулона из-за высокой температуры.
При холодном процессе гофрирования свободные волокна можно сдуть струей воздуха из специально разработанного очистителя полотна. Некоторые химические вещества также могут быть использованы для обработки поверхности бумаги.
(Д) Намотка на верхний гофровал
По мере непрерывного образования гофров флютинг наматывается на верхний вал. Натяжение намотки при холодном гофрировании нужно уменьшить, чтобы облегчить отделение полотна от вала. Это можно сделать с помощью регулировки направляющих механизмов или вакуумной транспортировки.
(Е) Другие факторы
Давление во время формования является одним из важных факторов, который способствует впитыванию клея, а также формированию гофров. При классическом процессе бумага гибкая, поэтому для ее гофрирования не требуется больших усилий. При холодном процессе бумага менее пластичная, а следовательно, требуется примерно на 25% больше давления, чем обычно.
Увлажнение бумаги перед попаданием в гофроагрегат помогает сделать её более гибкой, однако следует соблюдать осторожность, чтобы она не утратила прочности и поверхностных свойств. Также бумагу обычно подвергают предварительной обработке с добавлением химических веществ для уменьшения трения/выщипывания и увлажнения, чтобы сделать её менее хрупкой и более пластичной.
(Ж) Склеивание лайнера и флютинга
В холодном процессе оно происходит при большем давлении, требует предварительного увлажнения и относительно низкой скорости (200 м/мин). Это начальное соединение должно быть достаточно прочным, чтобы выдерживать последующие механические операции на подъемнике и накопительном мосту. Как следствие, машина работает на более низкой скорости, чтобы молекулы клея успели проникнуть в бумагу и затвердеть.
Вязкость клея при холодном гофрировании очень высокая (30% твердых веществ), следовательно, частицы крахмала приобретают силу путем абсорбирования под высоким давлением. Двухслойный картон, изготовленный путём холодного гофрирования, будет таким же прочным, как и изготовленный классическим методом, потому что при холодном гофрировании используется частично приготовленный клейстер, который затвердевает в порах и пустотах бумаги.
(З) Склеивание многослойного гофрокартона
Требует бóльших усилий, т.к. клей необходимо наносить на гофрированную поверхность, когда она не поддерживается каким-либо опорным валом. Между нанесением клея и склеиванием при изготовлении трехслойного гофрокартона проходит достаточно времени, следовательно, клей должен немного отличаться по составу.
Если клей затвердевает до присоединения лайнера, то слои не склеятся. В этом случае придёт на помощь предварительный нагрев лайнера до 40-50°C (или немного выше комнатной температуры), чтобы клей мог легко проникнуть в лайнер. Следует отметить, что предварительный нагрев требуется только при изготовлении многослойного гофрокартона.
Процесс холодного гофрирования все еще находится на экспериментальной стадии, но у него многообещающее будущее».
gofro.expert
