CC BY
196
Бумага и картон
УДК 676.038.2
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ТАРНОГО КАРТОНА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА УПАКОВКИ «ТЕТРА-ПАК»
© Г.В. Свердлик1, И.Н. Ковернинский2
1ООО «Экологические технологии», Балахна, Нижегородской обл. (Россия)
E-mail: [email protected]
2Архангельский государственный технический университет, наб. Северной Двины, 17, Архангельск, 163002 (Россия) E-mail: [email protected]
Статья посвящена исследованиям качества бумаги и картона из вторичного волокна отходов производства упаковки для жидких пищевых продуктов «тетра-пак».
Установлены физико-механические показатели качества бумаги и картона из данного вида волокна. Сравнение показателей качества позволяет утверждать, что отходы тетра-пак являются потенциальным сырьем для производства высококачественного вторичного волокна и из него флютинга и тест-лайнера.
Вторичное волокно из отходов тетра-пак можно использовать, как самостоятельно, так и в композиции с волокном бумажной и картонной макулатуры для повышения качества тест-лайнера.
Ключевые слова: макулатура бумажная и картонная, отходы производства тетра-пак, физико-механические показатели, вторичное волокно, качество волокна, тест-лайнер, флютинг.
Введение
Макулатура различных марок и сортов широко используется в производстве бумаги и картона [1]. В структуре потребления макулатуры очевиден значительный крен в пользу производства тароупаковочной продукции, а среди нее - гофрокартона и ящичной тары. Ежегодный рост их производства оценивается в 57%. Рост объемов производства сопряжен с требованиями обеспечения высокого качества тарного картона и ящиков [2-3].
Материалами для производства гофрированного картона являются картон для плоских слоев (картон-лайнер) и бумага для гофрирования (fluting - флютинг). В европейских странах эти материалы объединены в группу картона для производства контейнеров (ящиков), что обусловлено основной областью применения гофрированного картона - производством транспортной тары. В России для транспортной тары используется около 80% гофрокартона, которая на 76.. .78% представлена картонными ящиками.
Картон-лайнер производится одно- или многослойным и подразделяется на отдельные виды, в зависимости от используемых при его производстве полуфабрикатов и внешнего вида. Картон-лайнер естественного «коричневого» цвета с использованием в композиции только первичных полуфабрикатов - сульфатной небеленой целлюлозы, полуцеллюлозы и/или термомеханической массы - это крафт-лайнер, а картон, в композиции которого содержится вторичное волокно из макулатуры, называют тест-лайнер. Причем в последнем случае применяют преимущественно макулатуру из отработанной картонной тары, имеющую собственное условное обозначение - OCC (old corrugated containers).
Флютинг относится к однослойным материалам и подразделяется на два вида - полуцеллюлозный и макулатурный. В обоих случаях в композицию могут добавляться первичные волокна, преимущественно небеленая хвойная сульфатная целлюлоза.
* Автор, с которым следует вести переписку.
В результате прохождения полного технологического цикла изготовления бумаги или картона, в волокнах происходят обратимые и необратимые изменения, затрагивающие их надмолекулярную структуру, что, в конечном итоге, обусловливает существенное снижение исходных свойств волокон как полуфабрикатов для повторного использования. Чем больше циклов, тем сильнее проявляются негативные изменения [3-5]. Для повышения качества тарного картона интерес представляют волокнистые материалы одного цикла переработки. Такие материалы содержатся в отходах производства упаковки для жидких пищевых продуктов «тетра-пак». В упаковке «тетра-пак» используется крафт-лайнер, ламинированный полиэтиленовой или полипропиленовой пленкой. Ожидалось, что тарный картон из ламинированного крафт-лайнера не должен уступать по качеству аналогичной продукции из самой качественной макулатуры марки МС-Б1 (1 и 2-го сорта), а то и заметно превышать их качество.
Экспериментальная часть.
Целью работы было производство из вторичного волокна отходов «тетра-пак» картона для плоских слоев гофрированного картона (ГОСТ 7420-89) [6] и бумаги для гофрирования (ГОСТ 7377-85) [7] и исследование их качества.
Вторичное волокно производилось из макулатуры марки МС-11В по ГОСТ 10700-97 [1]. В рассматриваемой опытной выработке использовались ламинированные отходы «Лам Бум Из» (ламинированные бумажные изделия), представляющие собой мелкие обрезки с краев ламинированной бумаги от производства изделий белого и серого цвета. Соотношение волокна и пленки в макулатуре было близким к 70 : 30%.
Процесс роспуска картона и отделения волокна от пленки осуществлялся на разработанной и созданной в ООО «Экологические технологии» под руководством Г.В. Свердлика промышленной установке. Технология предусматривает двухступенчатый роспуск макулатуры последовательно в гидроразбивателях при высокой (14-15%) и низкой (3-5%) концентрациях массы, отмывку остаточного волокна от пленки в барабанном промывателе с дальнейшим прессованием и упаковкой полиэтиленовой пленки. Примененное в установке оборудование, имеющее ноу-хау, позволило достичь высокой степени отделения волокна от пленки (98-99%) и сохранить его высокое качество.
Дальнейшая подготовка волокнистой массы и производство картона осуществлялись по технологии, принятой для производства тест-лайнера из макулатуры марки МС-5Б. Производилась продукция массой 85, 125 и 150 г/м2.
Данные исследований стандартных физико-механических показателей опытной бумаги и картона представлены в таблице.
Обсуждение результатов
Как видно из таблицы, была произведена опытная продукция массой 1 м2 85, 121, 122, 127 и 166 г, что согласно ГОСТ 7377-85 и ГОСТ 7420-89 соответствует: бумаге для гофрирования марки Б-2 (80±5 г) и маркам Б-0, Б-1, Б-2 и Б-3 (125±6 г); картону для плоских слоев гофрированного картона марки КВС, К-0 и К-1 (125±6 и 150±9 г). Обращает внимание уровень вариации массы 1 м2 по ширине тамбура опытной бумаги и картона. Наблюдаемая вариация соответствует высокой равномерности картона, что должно положительно отразиться на физико-механических показателях картона.
Абсолютное сопротивление продавливанию нормируется для бумаги и картона. Уровень показателя для опытного образца массой 80±5 г равен 270 кПа, что соответствует марке бумаги Б-0 массой 112 г. Этот же показатель для образцов 125±6 г - 410-450 кПа и соответствует также бумаге Б-0, но уже массой 175 г. Если сравнить данный уровень показателя для образцов 125±6 г с нормами для картона, то опытные образцы соответствуют маркам К-3 и К-2. Сопоставление полученных данных со значением сопротивления продавливанию для тест-лайнера из макулатуры марки МС-Б, сорт 1 и 2, по ТУ 5441-002-5472946-2007 [8], в котором картон К-1, массой 1 м2 125 и 150 г должен иметь соответственно 280 и 330 кПа, наглядно показывает значительное превышение сопротивления продавливанию опытных образцов картона.
Разрушающее усилие при сжатии кольца нормируется для картона. Уровень этого показателя для опытных картонов 125±6 и 150±9 г соответственно равен 102 и 126 Н, который не достигает нормы ни для одной марки по ГОСТ 7420-89. Но по ТУ 5441-002-5472946-2007 его значения достигают норм для марки К-1.
Показатели сопротивление плоскостному и торцевому сжатию гофрированного образца нормируются только для бумаги. Уровень сопротивления плоскостному сжатию для опытных образцов 80±5 и 125±6 г соответственно равен 154 и 221 Н. Они соответствуют нормам марки Б-2 для обеих масс 1 м2
Физико-механические и оптические характеристики тест-лайнера из вторичного волокна макулатуры МС-11В
№ тамбура Масса, 1 м2 Толщина, мм Влажность, % Абсолютное сопротивление продавливанию, кПа (кГс/см2) Разрывная длина, продольное направление, м Удельное сопротивление разрыву в машинном напр., кН/м Разрушающее усилие при сжатии кольца в поперечном направлении, Н (кгс) Сопротивление плоскостному сжатию гофрированного обр., (СМТ30), Н Сопротивление торцевому сжатию гофрированного обр. (ССТ), кН/м - е2 ае 2 м а Є = Н '■о Е ^ к «8 3 « § а оо нв & й § ° Пом Белизна, %
2 127 0,170 8,2 450 (4,5) - - 102 (10,2) - - 24 69
Данные вариации массы 1 м2 по ширине тамбура: 127-126-127-127-128-127-126-127-126
3 122 0,185 6,8 450 (4,5) 8700 10,2 97 (9,7) 216 1,37 160 69
Данные вариации массы 1 м2 по ширине тамбура: 123-124-124-123-121-120-121-121-120
4 166 0,240 9,7 500 (5,00 - - 126 (12,6) - - - 69,5
Данные вариации массы 1 м2 по ширине тамбура:164-167-167-167-168-165-166-166-168-165
5 121 0,180 7,3 410 (4,1) 7600 9,1 82 (8,2) 221 1,29 27 68,5
Данные вариации массы 1 м2 по ширине тамбура: 121-121-121-121-122-122-121-120-121-120
6 85 0,130 6,2 270 (2,7) 5390 7,8 - 163 1,02 61 70,0
Данные вариации массы 1 м2 по ширине тамбура: 84-86-84-83-85-84-85-87-87-87
СК Серийный картон из макулатуры МС-5Б, массой 140 г/м2
140 - 6,0 310 (3,1) - - - - - 35 -
Примечание: Определялись нормируемые показатели, характерные для картона и для бумаги, с целью оценки соответствия опытного картона маркам, предусмотренным ГОСТ 7420-89 и ГОСТ 7377-85; в таблице указаны измерения профиля массы 1 м2 опытного картона; все табличные данные являются среднеарифметическими из 10-ти определений.
Сопротивление торцевому сжатию опытных образцов - 1,02 (80±5 г), 1,29 (125±6 г) и 1,37 (125±6 г) кПа. В ГОСТ 7377-85 на бумагу указанным нормам соответствует марка Б-0, массой 125±6 г.
Удельное сопротивление разрыву в машинном направлении 7,8 (80±5 г) и 9,1 (125±6 г) кН/м также нормируется для бумаги. В ГОСТ 7377-85 на бумагу этим нормам соответствует бумага марки Б-0, массой 112±6 и 140±8 г.
Показатель «разрывная длина», не входящий в нормируемые показатели бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев гофрированного картона, отличается высокими значениями для всех опытных образцов, от 5390 до 8700 м. Такая разрывная длина близка к нижнему пределу первичной хвойной небеленой сульфитной целлюлозы - 5500-8000 м, и приближается к прочности небеленой сульфатной целлюлозы -9000-11000 м.
Резюмируя обсуждение результатов эксперимента, можно определенно говорить о возможности получения из вторичного волокна отходов «тетра-пак» картона для плоских слоев гофрированного картона и бумаги для гофрирования высоких марок, предусмотренных ГОСТ 7377-85 и ГОСТ 7420-89.
Выводы
1. Экспериментально установлены физико-механические показатели картона для плоских слоев гофрированного картона и бумаги для гофрирования из вторичного волокна отходов производства упаковки для жидких пищевых продуктов «тетра-пак».
2. Бумага и картон из вторичного волокна отходов «тетра-пак» имеют высокие показатели качества, близкие к уровню показателей их из первичного целлюлозного волокна, предусмотренные действующими ГОСТ 7377-85 и ГОСТ 7420-89.
3. Уровень показателя разрывной длины экспериментальных образцов бумаги и картона и уровни их нормируемых показателей говорят о том, что потенциал бумагообразующих свойств вторичного волокна из отходов «тетра-пак» полностью не использован, и, следовательно, качество бумаги и картона может быть существенно повышено.
4. Вторичное волокно из отходов «тетра-пак» можно использовать, как самостоятельно, так и в композиции с волокном бумажной и картонной макулатуры для повышения качества тест-лайнера и флютинга.
Список литературы
1. ГОСТ 10700-1997. Макулатура бумажная и картонная. Технические условия. Взамен ГОСТ 10700-1989; введен 2001-01-01.
2. Яблочкин Н.И., Комаров В.И., Ковернинский И.Н. Макулатура в технологии картона. Архангельск, 2004. 252 с.
3. Дулькин Д.А., Ковернинский И.Н., Комаров В.И., Спиридонов В.А. Мировые тенденции в развитии техники и технологии переработки макулатуры. Архангельск, 2002. 109 с.
4. Комаров В.И., Яблочкин Н.И., Дулькин Д.А., Ковернинский И.Н. Формирование свойств тест-лайнера в процессе производства. Архангельск, 2005. 162 с.
5. Дулькин Д.А., Панов А.Н., Ковернинский И.Н., Спиридонов В.А. Ресурсы и качество макулатуры для производства бумаги и картона // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2006. №5. С. 28-37.
6. ГОСТ 7420-89. Картон для плоских слоев гофрированного картона. Технические условия. М., 1990.
7. ГОСТ 7377-85. Бумага для гофрирования. Технические условия. М., 1987.
8. ТУ 5441-002-75472946-2007. Картон для плоских слоев гофрированного картона. Технические условия. ООО «Сокольский ЦБК», 2007. 9 с.
Поступило в редакцию 22 марта 2008 г.
