В настоящее выпускается много современных материалов, которые представляют собой композиты, состоящие из различных материалов: полимеров, неорганических наполнителей [3], бумаги, картона и др. Наиболее распространены композиционные материалы на основе бумаги.
В мировой практике более 70 % бумаги и картона выпускается в обработанном или переработанном виде [2]. Процессы обработки бумаги и картона направлены преимущественно на обеспечение прочностных и деформационных свойств упаковочного материала. Так, заданная капиллярно-пористая структура основы обеспечиваем композиционную устойчивость материала и направленное формирование структуры покрытия. Барьерный слой — сохранные функции упаковочного материала. Поверхностная обработка (проклейка или мелование) — высокое качество печати для обеспечения информационно-художественных функций упаковки [8].
В связи с этим современный целлюлозный композиционный материал представляет собой многослойный материал, состоящий из основы — бумаги или картона (далее по тексту будет использоваться бумага-основа) с заданной капиллярно-пористой структурой и нескольких функциональных слоев, обеспечивающих барьерные свойства и высокое качество печати современными способами.
Технология получения целлюлозно-композиционного материала (ЦКМ) складывается из ряда последовательных технологических линий: получения основы — бумаги или картона с заданной капиллярно-пористой структурой; нанесения покрытий с высокими оптическими и печатными свойствами, обеспечивающих возможность производства упаковки информационно-художественного назначения; нанесения барьерных покрытий, обеспечивающих сохранные функции [8].
Для создания упаковочных материалов на основе бумаги и картона с заданными потребительскими свойствами необходимо рассмотрение следующих этапов технологического процесса:
‒ подбор исходных волокнистых полуфабрикатов по волокну, т. е. составление различных вариантов композиций бумаги-основы по виду и происхождению волокон в зависимости от конечных свойств готовой продукции;
‒ изменение технологических режимов одного или нескольких технологических процессов производства упаковки;
‒ улучшения свойств целлюлозных материалов путем модификации целлюлозных волокон и минерального наполнителя;
‒ введение в бумажную массу различных добавок (минеральных наполнителей, красителей, дефлокулянтов, проклеивающих и других веществ);
‒ отделка бумаги или картона, включающая операции каландрирования, крепирования, гофрирования, тиснения, армирования, покрытия синтетическими пленками и др.;
‒ обработка поверхности бумаги или картона химикатами (поверхностная проклейка, пропитка различными составами, окраска, мелование, пластификация, лакирование, обработка минеральными реагентами) [5, 7].
Свойства готовой упаковочной продукции на основе бумаги в значительной степени определяются свойствами исходных волокнистых материалов, которые, в свою очередь, определяют технологический режим их переработки. При изготовлении разных видов бумажной упаковки применяются волокнистые материалы в различных соотношениях. В основном бумагу вырабатывают из двух, трех и более волокнистых полуфабрикатов, образующих таким образом композицию бумаги по виду волокон, или из одного волокнистого полуфабриката, приготовленного для этого соответствующим образом.
Зависимости между свойствами исходных волокнистых материалов и свойствами готовой бумаги-основы достаточно широко рассмотрены в специальной литературе, поэтому при выборе вида волокнистого материала следует учитывать его бумагообразующие свойства, комплекс которых обеспечивает требуемое качество изготовленной бумаги-основы [4].
Например, волокна трубчатого строения способствуют получению пухлых видов бумаги, обладающих повышенной впитывающей способностью. Из волокон ленточного строения обычно получается плотная, прочная бумага с сомкнутой поверхностью. Такие волокна, даже неразмолотые, позволяют изготовить бумагу с относительно высокими показателями механической прочности. Волокна твердых пород древесины, как правило, обеспечивают непрозрачность, пухлость, воздухопроницаемость и впитывающую способность бумаги. Волокна мягких пород, наоборот, придают бумаге более высокую прозрачность, плотную структуру и высокие показатели сопротивления разрыву.
В общем случае понятие бумагообразующие свойства включает в себя как особенности морфологических свойств используемых волокон, так и их химический состав.
Наряду с композиционным составом по волокну, процессы производства бумажной упаковки во многом определяют свойства конечной продукции.
При производстве многих видов бумаги и картона, предназначенных для нанесения на них покрытий как пигментных, так и полимерных, в массу вводят минеральные пигменты (каолин, тальк, двуокись титана, бланфикс и др.). Содержание наполнителей составляет от 3 до 20 %. Введение наполнителя вызывает ослабление межволоконных связей и, как правило, увеличение пористости полотна, что отражается на характере изменения показателей: уменьшается прочность, степень проклейки, жесткость, деформация при намокании, скручиваемость, прозрачность при одновременном увеличении степени белизны, однородности структуры и гладкости [10].
Существуют определённые требования к целлюлозе-основе, исходя из конечных свойств. Во-первых, бумага должна быть достаточно прочной. Способность упаковки не растягиваться, не собираться складками и не рваться должна быть прямо пропорциональна весу упакованного продукта. Чаще всего способность выдерживать определенный груз рассчитывается с помощью специальных аппаратов, на которых предполагаемая упаковка подвергается ряду нагрузок.
Во-вторых, упаковка должна быть устойчива к истиранию. Важно, чтобы бумажные пакеты или другие виды упаковки были устойчивы к скольжению, особенно в тех случаях, если в обстоятельствах складирования или на полках магазинов эта продукция выставляется друг на друга. Чаще всего процесс истирания и скольжения предотвращается за счет специальных добавок и покрытий, таких как коллоидные силикаты.
Третьим фактором, особенно важным при дальнейшем осуществлении печати на упаковке и в целом влияющим на внешний вид будущего товара, является степень блеска и лощения бумаги. Для вопроса типографии этот момент, важен особенно, так как в большинстве случаев качество печати напрямую зависит от него.
Четвертый показатель, устойчивость к проникновению влаги, к намоканию. Влагопрочную бумагу изготовляют путем добавления к бумажной массе полиамидных смол. Такие виды бумаги зачастую применяются для отделки внешних сторон коробок или многослойных мешков, которые подвергаются воздействию различных атмосферных условий [6].
Пятый показатель — необходимая степень блеска, матовости, прозрачности и белизны упаковочной продукции. Необходимо отметить следующее: несмотря на то, что сырье всегда подвергается процессу отбеливания, материал все равно сохраняет некоторый натуральный оттенок желтизны. Именно поэтому, во избежание явно заметной желтой тональности и для придания визуальной белизны, в дальнейшем большинство видов бумаги-основы оттеняется при помощи специальных голубых красок.
Использование в упаковке преимущественно отбеленных материалов увеличивает контрастность печати и обеспечивает наибольшую реальность цветов. Хотя всегда нужно принимать во внимание то, что для более легкого восприятия текста, нанесенного на упаковку или для достижения других специфических эффектов, преимущество на стороне более матового, а не блестящего покрытия, причем белоголубой оттенок тоже не приветствуется. При необходимости последующего нанесения печати на упаковку, нужно учитывать то, насколько пригоден упаковочный материал для покрытия краской, размещения иллюстраций и т. д. Под этим подразумевается целый ряд характеристик, которыми должна обладать бумага для нанесения на нее печати, среди которых такие как впитывающая способность для полиграфических красок и масел [9].
Бумага, используемая для упаковки продукты, которые могут оставить масляные пятна, должна быть устойчива к пропитыванию жиром. Чаще всего для таких продуктов в качестве упаковочного материала используется пергамент. Классическая технология производства пергамента и подпергамента направлена на то, чтобы сформировать из целлюлозных волокон сомкнутую структуру, в которой практически отсутствуют поры. Это достигается за счет высокой степени помола целлюлозного волокна и дополнительных стадий обработки бумажного полотна. И хотя сами целлюлозные волокна прекрасно смачиваются жирами, высокая сомкнутость волокон в структуре бумаги превращает материал в непроницаемый для жиров и масел [1].
Важным требованием к бумажной упаковке является возможность предотвратить испарение жидкости и, соответственно, порчу продукта. Для достижения этой цели бумага или картон должны комбинироваться с материалами, способными обеспечить эту защиту, такими как воск, полимерные пленки или алюминиевая фольга, используемые в качестве дополнительного покрытия.
На самом деле, все вышеуказанные свойства, которыми в той или иной степени должна обладать бумага, предназначенная для упаковки, взаимозависимы. Другими словами, они постоянно взаимодействуют друг с другом, и не представляется возможным преобразовать одно из них, без одновременного влияния на уровень другого.
Литература:
- Аким Э. Л. Обработка бумаги (основы химии и технологии обработки бумаги и картона). М., 1979.
- Дулькин Д.А., Ковернинский И.Н., Комаров В.И., Спиридонов В. А. Мировые тенденции в развитии техники и технологии переработки макулатуры. Изд-во АГТУ, Архангельск, 2002, 108 с.
- Ершова О. В., Муллина Э. Р., Чупрова Л. В., Мишурина О. А., Бодьян Л. А. Изучение влияния состава неорганического наполнителя на физико-химические свойства полимерного композиционного материала // Фундаментальные исследования. 2014. № 12–3. С. 487–491.
- Лавров И. В., Севастьянова Ю. В., Комаров В. И., Дулькин Д. А. Влияние композиции по волокну и технологических параметров на характеристики бумаги для гофрирования // Известия высших учебных заведений.Лесной журнал. 2011. № 5. С. 89–93.
- Мишурина О. А., Ершова О. В., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р. Технологические решения по производству упаковочного картона с улучшенными влагопрочностными свойствами // Фундаментальные исследования. 2015. № 2–19. С. 4166–4170.
- Мишурина О. А., Тагаева К. А. Исследование влияния композиционного состава по волокну на влагопрочностные свойства исходного сырья при производстве картонных втулок //Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. — 2013. — Т. 1. № 71. — С. 286–289.
- Мишурина О. А., Чупрова Л. В., Муллина Э. Р., Ершова О. В. Исследования качества исходного сырья на прочностные свойства картонных втулок // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 1. С. 254.
- Пузырев С. А. Технология обработки и переработки бумаги / С. А. Пузырев, Т. С. Бурова, С. П. Кречетов, П. Т. Рыжов: Учебник для техникумов.- М.: Лесная промышленность, 1985. — 312 с.
- Свойства целлюлозных волокон и их влияние на физико-механические характеристики бумаги и картона — монография / [Д. А. Дулькин и др.]; под ред. В. И. Комарова; Министерство образования и науки Российской Федерации, Северный (Арктический) федеральный ун-т. Архангельск, 2011.
- Хованский В. В., Дубовый В. К., Кейзер П. М. Применение химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона [Текст]: учеб. пособие/ Санкт-Петербург, 2013г.-151с.
