1. Материалы для картонной и бумажной тары

Тара на основе бумаги и картона является наиболее экологически чи­стым современным видом упаковки и занимает во всем мире ведущее поло­жение (30-35 %) среди всех видов упаковки. В общемировом объеме произ­водства всех видов бумаги и картона на долю тароупаковочных приходится свыше 40 %.

Анализ рынка бумаги и картона показывает, что в последнее время наи­более массовыми видами продукции, производство которых непрерывно расширяется во всем мире, являются бумага для печати и тароупаковочные виды бумаги и картона. Особенно быстро растет потребление мелованной бумаги, картона и, в частности, гофрокартона. В последнее время в мире производится около 360 млн т. бумаги и картона. Из них 43 % - 155 млн т. приходится на тароупаковочные виды. В этом объеме производство гофро­картона составляет 71 %.

Для настоящего времени в технологии тароупаковочных видов бумаги и картона характерны следующие тенденции:

-  использование большого количества вторичного волокна;

-  использование механической (древесной) массы;

-  производство бумаги и картона в нейтральной и щелочной среде;

-  увеличение потребления карбоната кальция;

-  высокие скорости производства (БДМ и КДМ);

-  обеспечение высокого качества материала при низкой себестоимости.

Российский рынок бумаги и картона динамично развивается. Темпы ро­ста объемов потребления целлюлозно-бумажной продукции на российском рынке значительно превышают среднемировые и составляют около 6 % в год. Прогноз прироста емкости рынка в России показывает, что наиболее перспективными видами продукции являются легкая мелованная бумага (LWC) и мелованная бумага средней массы (MWC) для печати, а также ме­лованный коробочный картон и гофрокартон. Значительным спросом поль­зуются тароупаковочные виды бумаги и картона с барьерными полимерны­ми покрытиями и гофрокартон, изготовленный с использованием лайнера мелованного и с барьерными покрытиями.

 

1.1. Картон коробочный

Картон коробочный - это тарный картон, предназначенный для изготов­ления потребительской и транспортной тары. Вырабатывается коробочный картон пяти марок: А, Б, В, Г и Д. Марки А и Б, в основном, предназначены для производства потребительской тары. Более низкие марки этого картона (В, Г и Д) могут применяться для производства картонных барабанов, а так­же для изготовления прокладок и решеток в картонные ящики, особенно при упаковке мелких изделий. Толщина картона от 0,3 до 3,0 мм. Картон изготавливается из беленой или небеленой целлюлозы, древесной массы и макулатуры, иногда - с покровным слоем из беленой целлюлозы. Сплошной картон толщиной до 0,9 мм может поставляться в рулонах, бобинах и ли­стах; толщиной свыше 0,9 мм - в листах. Нормируются показатели жестко­сти картона при статическом изгибе, сопротивлению расслаиванию, влаж­ности.

Коробочный картон из беленой целлюлозы (картон хромовый) -

мелованный и немелованный, самый высококачественный и дорогой из всех видов картона для складных коробок.

Картон средней плотности с отличными печатными свойствами и в то же время соответствующий самым высоким требованиям как упаковочный ма­териал. Картон легко подвергается высечке, биговке, тиснению, что позво­ляет конструировать из него разнообразную упаковку. Имеет возможность подвергаться дальнейшей переработке - кашированию, дублированию, по­крытию различными барьерными материалами, что позволяет значительно расширить спектр его применения в качестве упаковочного материала. Благодаря чистоте и гигиеничности материалов, из которых он изготавли­вается, такой картон незаменим при производстве упаковки для продуктов, чувствительных к изменению запаха и вкуса.

Возможны варианты структуры чисто целлюлозного «хромого» картона. Так, картон для полиграфического использования имеет структуру:

Картон для изготовления упаковки парфюмерии, косметики, шоколада, лекарственных средств и т.п. изделий имеет структуру:

Мелованное покрытие верхней стороны Картон - основа Поверхностная проклейка нижней стороны

Коробочный картон из беленой целлюлозы и древесной массы (хром- эрзац), полученный в результате введения в композицию хромового картона древесной массы в целях снижения его себестоимости. Используется как упаковочный материал разнообразного применения. Содержание древес­ной массы может составлять от 30 до 80 %. Древесная масса придает карто­ну дополнительную пухлость, что, в свою очередь, обеспечивает высокий показатель жесткости - важнейший из показателей картона как упаковочно­го материала.

Картон имеет хорошую способность к высеканию и бигованию, легко подвергается тиснению и устойчив при различных процессах отделки - кашировании, дублировании, нанесении различных барьерных покрытий. Варианты структуры картона отличаются в зависимости от области при­менения.

Картон, мелованный с двух сторон, применяется для упаковки, которая требует нанесения печати с двух сторон (например, для блистерной упа­ковки), а также для полиграфических изделий. Он имеет структуру:

Мелованное покрытие верхней стороны

_________ Беленая целлюлоза________

_______ Белая древесная масса______

_________ Беленая целлюлоза________

Мелованное покрытие нижней стороны

Картон, мелованный с одной стороны, используется чаще всего как упа­ковочный материал для продуктов питания:

Коробочный картон из 100 %-ной небеленой целлюлозы первоначаль­но широко применялся для групповой упаковки различных напитков, благо­даря высокой прочности небеленого волокна и хорошим печатным свой­ствам. Кроме своего начального предназначения картон используется и как групповая упаковка для пищевых продуктов. Типичная структура такого картона:

Мелованное покрытие верхней стороны или беленая целл. ____________ Небеленая целлюлоза________

Иногда для верхнего слоя картона - основы используют беленую целлю­лозу.

Коробочный картон из беленой целлюлозы, древесной массы и маку­латуры при сравнимых основных потребительских свойствах более деше­вый, чем картон хром-эрзац - самый массовый вид коробочного картона. В последние двадцать лет коробочный картон из макулатуры с небольшой до­бавкой небеленой целлюлозы изменил ситуацию на рынке и вышел на пер­вое место по потреблению. В России этот вид картона также называется хром-эрзац.

Структура коробочного картона, производимого с применением макула­туры, может быть различной в зависимости от конструкции КДМ (числа применяемых формующих устройств, чаще всего вакуум-формующих ци­линдров) и доступных полуфабрикатов. Например:

_________ Мелованное покрытие верхней стороны

_____________ Чисто целлюлозная макулатура

________________ Картонная макулатура______

_________________ Бытовая макулатура_______

или:

Показатели качества макулатурного коробочного картона, как правило, ниже чем картона, изготовленного из целлюлозы и древесной массы. Одна­ко совершенствование технологии, применение для верхнего, определяюще­го печатные свойства картона слоя, свежих полуфабрикатов и многослойно­го мелования, позволило добиться значительного улучшения качества маку­латурного картона и расширения сферы его применения.

Многослойная структура коробочного картона часто приводит к тому, что листы картона загибаются (скручиваются) при хранении. Поэтому для листового коробочного картона большое значение имеет показатель скручи- ваемости.

В России картон хромовый, картон хром-эрзац и собственно коробочный картон изготавливается в соответствии с ГОСТ 7933-89 «Картон для потре­бительской тары. Общие технические условия».

 

1.2. Картон тарный сплошной склеенный

Данный вид картона представляет собой многослойный материал, состо­ящий из двух или более плоских слоев картона, склеенных между собой. В основном этот картон применяется для изготовления ящичной тары, реше­ток и перегородок. Ящики из него используют для упаковки продукции раз­личных отраслей промышленности: пищевой, электротехнической, меди­цинской и др. Картон тарный плоский склеенный по ГОСТ 9421-80 выраба­тывается семи марок: КС, КС-1, КС-2, КС-3, КСВ, КСВ-1, КСВ-2 и постав­ляется в виде листов.

Картон тарный сплошной склеенный вырабатывается путем склеивания слоев картона-основы на склеивающей машине, состоящей из размоточных устройств, клеенаносящих валов, склеивающих прессов, раскройного узла и сушильного устройства. В качестве склеивающего материала используют силикатный клей (жидкое стекло), крахмал, ПВА-дисперсию и др. Масса 1 м² клеевой пленки составляет от 30 до 80 г. Показатели качества некоторых марок склеенного картона приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1

Показатели качества склеенного картона

 

Для наружных слоев картона марок КС и КС-1 применяется картон-осно­ва с поверхностным слоем из небеленой сульфатной хвойной целлюлозы, проклеенной в массе. Картон для внутренних слоев получают из 100 %-ной макулатурной массы или с добавкой до 45 % либо химико-меха­нической древесной массы, либо целлюлозы высокого выхода. Влажность картона при склейке должна составлять 5-8 %. При более высокой влажно­сти процесс склейки замедляется, а при низкой или неравномерной влажно­сти по ширине происходит коробление склеенного картона.

Число слоев определяется требованиями к ящикам и качественными ха­рактеристиками картона-основы. Склеивание производится на клеильной машине водостойким клеем.

 

1.3. Бумага и картон с полимерным покрытием

Тароупаковочные виды бумаги и картона с полимерным покрытием представляют собой целлюлозные композиционные материалы (ЦКМ), со­стоящие из основы - бумаги или картона с покрытиями из синтетических полимеров. Эти ЦКМ применяют для упаковки и сохранения пищевых продуктов, технических изделий, различных химических, лекарственных и т.п. веществ.

 

1.3.1. Бумага и картон с покрытием на основе термопластичных

полимеров

ЦКМ с полиэтиленовым покрытием обладает водонепроницаемостью, морозостойкостью, химической стойкостью и поэтому широко применяется для упаковки жидких, пастообразных, сыпучих, замороженных и других продуктов. Обладает хорошими печатными свойствами и способностью к термосварке, что позволяет использовать его для автоматизированной упа­ковки.

ЦКМ с полипропиленовым покрытием обладает устойчивостью к жи­рам и маслам и поэтому применяется для изготовления упаковки жиросо- держащих пищевых продуктов. Высокая термостойкость полипропилена позволяет применять этот ЦКМ при изготовлении упаковки для медика­ментов, подвергающихся стерилизации, а также упаковки продуктов, под­вергающихся обработке в микроволновых печах.

ЦКМ с комбинированным полимерным покрытием используют для упаковки жиросодержащих пищевых концентратов, пряностей, кофе.

ЦКМ с покрытием на основе полиэфиров выдерживает высокотемпера­турный нагрев. Используют такие материалы, например, при производстве подносов для приготовления выпечки.

Картон с одно- или двусторонним покрытием на основе термопла­стичных полимеров используется для упаковки молока и других жидких продуктов. В качестве основы используется плоский одно- , двух- или трех­слойный склеенный картон на основе беленой или небеленой сульфатной целлюлозы массой 1 м² от 150 до 500 г, в зависимости от области примене­ния.

Бумага и картон с соэкструдированным покрытием из термопло- стичных полимеров представляет собой ЦКМ, состоящий из бумаги или картона и многослойного покрытия. Покрытия из различных термопластич­ных полимеров последовательно наносятся на основу экструдерно-ламина- торным методом. Получается ЦКМ с комплексом свойств.

Покрытия из термопластичных полимеров наносят экструзионным мето­дом на экструдерно-ламинаторной установке. На современных предприяти­ях на одной установке имеется несколько экструдеров для последовательно­го нанесения нескольких слоев полимеров.

 

1.3.2. Бумага и картон с покрытием на основе латексов и дисперсий

Бумага и картон с покрытием на основе латексов и дисперсий характери­зуется низкой проницаемостью водяных паров, газов, ароматических ве­ществ, высокой жиростойкостью, хорошими печатными свойствами. Такой материал предназначен для упаковки пищевых продуктов ( содержащих жиры, ароматические вещества), гигроскопических продуктов, медикамен­тов в ампулах, перевязочных средств. Использование в покровных компози­циях латексов на основе термопластичных полимеров с низкой температу­рой плавления позволяет получить термосвариваемый материал.

Наносят покрытие на специальных установках, где в качестве наносяще­го устройства чаще всего используют валиковые системы.

Бумага и картон с покрытием из латекса и дисперсий легко подвергают­ся вторичной переработке по обычной схеме для переработки макулатуры, а также могут быть утилизированы путем сжигания или компостирования.

 

1.3.3. Парафинированная бумага

Бумага, пропитанная или покрытая парафином, модифицированным па­рафином или их смесью, а также смесью парафинов с термопластичными полимерами, называется парафинированной. Основная цель парафинирова- ния - повышение барьерных свойств: паро-, водо-, газонепроницаемости бу­маги за счет заполнения капиллярно-пористой структуры бумаги. Более вы­сокие барьерные свойства и глянцевая поверхность обеспечиваются нанесе­нием покрытия на бумагу. Используется парафинированная бумага для упа­ковки продуктов, кондитерских изделий, парфюмерии, фармацевтических изделий.

При выборе бумаги-основы для парафинирования (ГОСТ 16711-84) осо­бое внимание уделяется прочностным свойствам, так как парафинированная бумага должна выдерживать значительные нагрузки при автоматизирован­ной упаковке. Оптимальная плотность бумаги-основы для парафинирования должна составлять 0,5-0,65 г/см³, а масса 1 м² 25-35 г. По виду наносимого покрытия парфинированная бумага подразделяется на три категории: со 100% -ным рафинированным парафином, с модифицированным парафином, с различными добавками на основе термопластичных полимеров. В послед­нем случае бумага приобретает способность свариваться при температуре 80 ⁰С и небольшом давлении.

Парафинирование бумаги в основном осуществляется из горячих рас­плавов, содержащих наряду с основными компонентами специальные тех­нологические добавки. Разработано два способа обработки бумаги горячими расплавами: в режиме пропитки и в режиме покрытия. Они различаются конструкцией устройств и температурой расплава.

В режиме пропитки температура расплава выше 150 ⁰С , парафин свобод­но впитывается в капиллярно-пористую структуру проходящей через ванну бумаги-основы и равномерно распределяется по толщине, не образуя защит­ную пленку.

В режиме покрытия на поверхности бумаги-основы образуется эластич­ная пленка. Температура расплава поддерживается в пределах от 125 до 150⁰С. Масса покрытия составляет 20-23 г/м².

Двустороннее покрытие получают пропусканием бумаги через пропиточ­ную ванну. Бумажное полотно с размоточного устройства поступает в ван­ну, где при помощи валиков его погружают в расплав. Затем полотно с на­несенным слоем парафина проходит между двумя отжимными валиками, снимающими излишки состава. Далее оно подается на выравнивающие ва­лики, которые делают покрытие более равномерным и гладким благодаря высокой скорости их вращения. Для того чтобы слой парафина хорошо за­стыл, бумагу пропускают через ванну с холодной водой и холодильные ци­линдры. После этого ее направляют на накат.

 

1.3.4. Силиконизированная бумага

Силиконизированная (антиадгезионная) бумага представляет собой ЦКМ с одно- или двусторонним покрытием на основе кремнийорганического по­лимера (силикона). Силиконизированная бумага используется в качестве за­щитной бумаги для липких этикеток, лейкопластыря, для упаковки липких материалов, таких как каучук, асфальт, битум. Она применяется в произ­водстве липких обоев, клеевых лент, а также для упаковки продуктов пита­ния. Масса силиконового покрытия составляет 3-8 г/м², включая грунтовоч­ный слой.

Эффективность силиконовой обработки бумаги повышается в процессе отлежки в течение трех дней после изготовления.

 

1.3.5. Многослойные упаковочные ЦКМ (ламинаты)

Ламинаты представляют собой многослойные материалы, состоящие из одного или нескольких слоев бумаги или картона, нескольких слоев синте­тических полимеров (полиэтилена, микровоска), фольги. Все эти слои со­единены в многослойный материал методом ламинирования (каширования).

В зависимости от назначения производятся комбинированные материа­лы, например:

-      бумага-адгезив-фольга (паро-, водо-, ароматонепроницаемый мате­риал), используется для упаковки масла, пищевых жиров и чая;

-      фольга-адгезив-бумага-полиэтилен (бумага с одной стороны склеен­ная с фольгой и ламинированная полиэтиленом) используется для ав­томатизированной упаковки, стерилизации и длительного хранения пищевых продуктов.

Широкое применение получили ламинаты на основе картона. Эти мате­риалы используются для производства упаковки (типа тетра-пак, пюр-пак, комби-блок, квадро-блок) жидких продуктов (например, соков, молока, су­пов и соусов), которые подлежат длительному хранению.