Сырье для производства бумаги и картона. Бумага и картон являются преобладающим типом упаковоч­ных материалов в мире

Бумага и картон являются преобладающим типом упаковоч­ных материалов в мире. Согласно мировой статистике объем произ­водства бумаги и картона увеличился к концу XX столетия по срав­нению с 1980 г. более чем на 75 %. В 1997 г. составил 297,9 млн т. Это связано с тем, что бумага и картон производятся из воспол­няемого сырья — древесины, которое к тому же легко утилизиру­ется по технологии рециклинга.

Преимущества картонно-бумажной тары — высокая белизна, непрозрачность, хорошие печатные свойства, теплостойкость, возможность рециклинга.

Недостатки — низкие барьерные свойства для газов, паров, аромата (запаха); высокая гигроскопичность и намокаемость; по­теря прочности во влажном состоянии (низкая влагопрочность); невозможность термосваривания (только склеивание).

Основные виды упаковочных материалов — бумагу и плоский тонкий картон — иногда трудно разграничить по толщине и плот­ности. Обычно толщину бумаги принято выражать в единицах мас­сы 1 м². К бумаге относится продукция, имеющая номинальную.;. массу 1 м² до 170 — 250 (толщина более 0,3 мм), но условная граница деления — 250 г/м². Тонкими картонами считаются матери­алы, имеющие массу свыше 170 г/м². Толстые и прочные картоны имеют массу от 400 до 1200 г/м².

Основным компонентом, применяемым в производстве бу­маги и картонов, является древесная целлюлоза — химически переработанная древесина хвойных или лиственных пород дере­вьев.

Исходным сырьем для получения целлюлозы является измель­ченная в щепу древесина. В сульфатном (наиболее применяемом) методе используется древесина любых пород. Ее обрабатывают пу­тем варки в сульфатном щелоке, содержащем 9—10 % NаОН температуре 165 —170 °С и давлении 0,6—0,8 МПа. Сульфитyный метод применяют преимущественно для хвойных пород, обрабатывая щепу сульфитным щелоком, который содержит сернистую и серную кислоты в виде гидросульфитов натрия, магния, кальция и аммония при 130—155 °С и давлении 0,5—0,8 МПа. Варка древесины в обоих методах длится не менее 5—7 ч. После варки: целлюлозной массы удаляют механические примеси и, если не­обходимо, подвергают дополнительной химической обработке — отбеливанию. Отбеливание проводят хлорсодержащими окисли­телями (хлор или ангидриды его кислот) или соединениями, в состав которых входит активный кислород (пероксиды). Сточки зрения экологии последний способ обработки является предпо­чтительным.

Качество бумаги зависит от качества целлюлозы. Отбеленная целлюлоза идет на производство высококачественных сортов бу­маги и картона.

Целлюлоза представляет собой волокнистый материал, состо­ящий из отдельных волокон целлюлозы. Длина волокон в целлю­лозе, применяемой для производства бумаги, составляет около 3 мм. При вторичных переработках бумаги или картона (в рециклинге) волокна целлюлозы ломаются и укорачиваются.

Целлюлоза является природным полимером, она относится к классу полисахаридов и имеет строение цепи (слайд)

Элементарное звено макромолекулы находится в конформации кресла с экваториально расположенными группами ОН и СН₂ОН.

Природная целлюлоза, которая содержится в древесине (а так­же хлопке, льне и другом растительном сырье), составляет ос­новную часть, но в деловой древесине содержатся и другие химиче­ские соединения (слайд).

Хлопковые волокна содержат 95—98 %, лубяные волокна (лен, конопля, джут) — от 60 до 85 % целлюлозы.

При выработке целлюлозы из древесины удаляется большая часть лигнина и других веществ. Выход целлюлозы после обработки со­ставляет 50—60 % первоначальной массы древесины. Сульфатная целлюлоза является полуфабрикатом в производстве упаковочных видов бумаги и картона, и ее содержание во многом определяет прочностные свойства тары. Она дороже сульфитной целлюлозы и темнее ее (если сравнивать небеленые виды). Сульфатная целлю­лоза — основной полуфабрикат для производства мешочной и обер­точной бумаги марки А (наиболее прочной из марок оберточной бумаги).

Марки бумаги и картона значительно различаются по составу исходных компонентов и, соответственно, свойствами и назначением. Общие принципы связаны с тем, что для удешевления бу­маги и картона помимо целлюлозы в состав пульпы вводят дре­весную массу — продукт истирания древесины и термомехани­ческую древесную массу, получаемую при размоле пропаренной древесной щепы. Содержащийся в натуральной древесине лигнин повышает жесткость и снижает качество бумаги. Использование дре­весной массы придает бумаге пухлость, жесткость, снижает проч­ностные свойства, долговечность, показатель излома. Древесная масса входит в состав бумаги и картона для изготовления пачек и

коробочного картона.

В качестве добавок используют и полуцеллюлозу — измельчен­ный продукт неполной переработки древесины, а также натураль­ные хлопковые волокна — хлопок, лен, пеньку и джут.

Для удешевления используют бумажную макулатуру. Макула­туру различают по кратности использования волокон. Первичная или возвратная макулатура представляет собой отходы бумагоде­лательного производства. Это самая чистая макулатура. Макулату­ра второго поколения, прошедшая полиграфическое оформление, является отходом полиграфии. Наименее чистая — макулатура рециклинга — извлеченная из твердых бытовых отходов (ТБО). Та­кая макулатура требует специальной санитарной обработки. Слой бумаги или картона, контактирующий с пищевыми продуктами, не должен иметь в своем составе макулатуру.

Сырьевые компоненты и полуфабрикаты для производства кар­тона зависят от вида картона и его назначения. Для производства плоского картона используют первичное сырье — беленую или небеленую целлюлозу. Для удешевления картонов в состав компо­нентов вводят облагороженную бумажную макулатуру и древес­ную массу.

В производстве гофрированного картона используют сульфат­ную или сульфитную небеленую целлюлозу, древесную массу, отходы сортирования целлюлозы, бумажную массу из сортиро­ванной макулатуры, несортированную макулатуру.

Производство бумаги. Оно состоит из следующих последователь­ных стадий:

приготовление бумажной массы (пульпы);

изготовление бумаги на бумагоделательной машине;

отделка бумаги, обработка и упаковка.

Приготовление бумажной массы начинается с размола компо­нентов в воде с использованием конусных мельниц. При размоле в воде масса целлюлозы набухает и измельчается до тончайших во­локонец — фибрилл. Чем тоньше измельчают компоненты, тем выше качество бумаги.

После размола основных компонентов составляют разную ком­позицию в зависимости от сорта бумаги. Полученную массу очи­щают от сгустков, добавляют проклеивающие вещества и напол­нители и разбавляют суспензию до концентрации 0,1 — 1 % по су­хому остатку. Если использовать более концентрированную суспен­зию, частицы начинают агрегироваться и получается «облачная», неровная и пятнистая бумага.

В производстве упаковочных бумаг и картонов концентрация суспензии может быть выше. Проклеивающие компоненты и на­полнители — это неорганические соли, оксиды и некоторые орга­нические соединения, которые прочно скрепят волокна бумаги после высыхания и создадут характерную для материала волокни­сто-пористую структуру.

Мелование — нанесение пигментно-клеевого состава, содер­жащего белые пигменты, в частности химически осажденный мел, сульфат бария, диоксид титана; мелование делает бумагу белой, глянцевой и гладкой. Мелованная бумага хорошо воспринимает печатный рисунок.

Получение бумажного полотна: суспензию (дисперсию компо­нентов) выливают на сетку бумагоделательной машины (слайд). Сетка машины представляет собой непрерывную движущуюся ленту конвейера шириной 8 —10 м. Ячейки сетки очень тонкие (доли мм), необходимы только для того, чтобы проходила вода, а частицы суспензии оставались на ней.

Для ускорения этого процесса под сеткой создается небольшое разрежение (пониженное давление), поэтому быстро отделяется ос­новная масса воды. Формирующееся бумажное полотно движется на сетке со скоростью несколько десятков км/ч. Оставшаяся вода удаляет­ся из полотна с помощью вакуума на вакуумной секции. Подсушен­ную бумагу прессуют на сукне, где бумажное полотно уплотняется.

Отделка бумаги, ее обработка зависят от марки. Обычно полот­но гладят горячими валами, затем увлажняют (кондициониру­ют), неоднократно выглаживают на каландрах и наматывают в рулон, который потом нарезают на небольшие рулоны или на листы и упаковывают. Влаж­ность готовой бумаги состав­ляет 6—8%.

Изготовление бумаги и кар­тона возможно не только мок­рым способом «проклеивания», как в описанном выше произ­водстве, но и сухим способом, без использования воды.

Смешивание компонентов производится на воздухе; во­локнистую массу пропитывают связующими полимерными смолами, формируют волокни­стый холст, уплотняют его в прессе, где смолы отвердевают, и получают бумажное полотно, которое затем выглаживают (на каландрах), сматывают в рулон или формируют листы.

Производство картона осу­ществляется аналогично опи­санным технологиям изготовления бумаги, различие заключается в составе компонентов, кон­центрации связующих и толщине готового материала.

Бумагу и картон в упаковочной индустрии используют для раз­ных целей, их делят на группы:

- этикеточная бумага — для производства этикеток;

- оберточная бумага, ее виды и разновидности — для упаковы­вания пищевых продуктов и непродовольственных товаров;

- бумага мешочная, се виды и разновидности — для изготовле­ния мягкой транспортной тары;

- картон листовой различных подгрупп применяют для произ­водства потребительской тары;

- картон гофрированный различных типов и марок — преиму­щественно для производства транспортной, а также для потреби­тельской тары при упаковывании непродовольственных товаров.