Гофрированный картон и плоский слой гофрированного картона

Полезная модель относится к конструктивному выполнению бумажного или картонного слоистого материала, который используется, в частности, при производстве упаковок. Техническим результатом патентуемого решения является придание одновременно влагопрочных и гидрофобных свойств гофрированному картону, а также картонным и бумажным слоям, используемым для производства гофрированного картона, что позволит увеличить стойкость к воде. Также техническим результатом является обеспечение вторичной переработки использованных упаковок без загрязнения элементов оборудования, что приводит к сокращению времени и трудозатрат на переработку. Заявленный технический результат достигается за счет применения гофрированного картона (гофрокартона), состоящего из плоских и гофрированных листов, по меньшей мере, один из листов которого проклеен и/или пропитан в массе влагопрочной смолой и гидрофобным клеем, при этом в качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена, алкил- или алкенилянтарные ангидриды, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид. Также технический результат достигается за счет использования в конструкции гофрокартона листа, состоящего, по меньшей мере, из двух слоев, по меньшей мере, один из слоев которого проклеен и/или пропитан в массе влагопрочной смолой и гидрофобным клеем, при этом в качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена, алкил- или алкенилянтарные ангидриды, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид.

Полезная модель относится к конструктивному выполнению бумажного или картонного слоистого материала, который используется, в частности, при производстве упаковок.

Как общеизвестно, гофрированный картон (гофрокартон) состоит, по меньшей мере, из трех слоев: двух плоских слоев картона и одного слоя бумаги между ними, имеющего волнообразную (гофрированную) форму. Такая композиция слоев делает гофрокартон, несмотря на характеристики его компонентов, особенно жестким, обладающим сопротивлением как в направлении, перпендикулярном плоскости картона, так и в направлениях вдоль плоскостей.

Для изготовления гофрокартона используют целлюлозные продукты - картонные и бумажные слои.

Картонный (бумажный) слой представляет собой слоистую конструкцию, состоящую из, по меньшей мере, двух слоев, соединенных между собой методом прессования в мокрой части картоноделательной (КДМ) или бумагоделательной машины (БДМ).

В настоящее время известно множество конструктивных выполнений целлюлозных продуктов, в том числе устойчивых к воде. Устойчивость к воде определяется такими свойствами, как влагопрочность и гидрофобность.

Влагопрочность - способность упаковки, тары, тароупаковочных материалов сохранять первоначальную механическую прочность после увлажнения (см., например, http://www.upakovano.ru/glossary/92).

Гидрофобность - неспособность вещества (материала) смачиваться водой (см. Энциклопедический словарь, 2009, http://dic.academic.ru/).

В настоящее время известно множество конструктивных выполнений гофрокартона.

Так, из описания к патенту РФ 2422573 (опубликован 27.06.2011) известен целлюлозный продукт, содержащий термопластичные микросферы, который проклеивается гидрофобным проклеивающим веществом. Это вещество, являющееся ароматическим полимером, вводится в исходную смесь перед обезвоживанием и/или наносится на поверхность целлюлозного продукта. Проклеенные целлюлозные продукты показывают увеличенную стойкость к проникновению водных жидкостей. Предпочтительные проклеивающие вещества включают в себя взаимодействующие с целлюлозой проклеивающие вещества, такие как димеры или мультидимеры кетена, например димеры алкил- или алкенилкетена (AKD), янтарные ангидриды, например алкил- или алкенилянтарные ангидриды (ASA) и их смеси. Другие используемые проклеивающие вещества включают в себя невзаимодействующие с целлюлозой проклеивающие вещества, такие как канифоль, крахмал и другие полимерные проклеивающие вещества, например сополимеры стирола с винильными мономерами, такими как малеиновый ангидрид, акриловая кислота и ее алкиловые эфиры, акриламид и т.д. Одинаковые или различные проклеивающие вещества могут использоваться для различных слоев в целлюлозном продукте. Например, можно использовать AKD или ASA в одном или более слоев и канифоль в одном или более других слоев.

Кроме этого, известен многослойный гофрированный картон, состоящий, по меньшей мере, из одного создающего объем слоя, называемого далее объемный слой, и по меньшей мере одного вторичного слоя, расположенного на по меньшей мере одной из сторон объемного слоя, причем вторичный слой и объемный слой соединены друг с другом прямо или косвенно практически по всей площади поверхностей, обращенных друг к другу, при этом 40-95% объемного слоя состоят из волокон целлюлозы со степенью размола 550-950 мл CSF, вторичный слой/слои имеет/имеют большую плотность по сравнению с объемным слоем, а многослойный материал согласно настоящему изобретению имеет показатель жесткости при изгибе более 2,5 м⁷/кг³, но менее 14 Н·м ⁷/кг³, рассчитанный как среднегеометрическое значений по продольному и поперечному направлениям. Объемный слой может быть пропитан связующими, в частности, гидрофобными обмазывающими добавками (димер алкилкетона), производными малеиновой кислоты (патент РФ 2202021, опубликован 10.04.2003).

Также известно некрепированное высушенное полотно и впитывающая структура с низкой плотностью. Для придания влагопрочности бумаге и картону используют водорастворимые катионные олигомерные или полимерные смолы, способные сшиваться друг с другом (гомосшивание) или с целлюлозой, или с другим компонентом древесного волокна. Наиболее широко применяемыми для этой цели материалами является класс полимера, известный как смолы типа полиамидаминэпихлоргидрин (РАЕ). Другой класс агентов для придания постоянной влагопрочности представлен аминопластными смолами, полученными в результате реакции формальдегида с меламином или мочевиной (патент РФ 2153036, опубликован 20.07.2000).

Наиболее близким аналогом к патентуемому гофрированному картону является курсовая работа по дисциплине: «Материаловедение». Гофрокартон и особенности его производства», Юртаев С. В., Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, 2010 (http://www.bestreferat.ru/referat-215481.html). В известном источнике раскрыт гофрированный картон, состоящий из плоских и гофрированных листов, при этом для придания влагопрочности используют влагопрочные добавки.

Наиболее близким аналогом к патентуемому решению, относящемуся к листу патентуемого гофрированного картона является лист, используемый для производства гофрированного картона, состоящий, по меньшей мере, из двух слоев, при этом для придания листу влагопрочности используют влагопрочные добавки (курсовая работа по дисциплине: «Материаловедение». Гофрокартон и особенности его производства», Юртаев С.В., Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, 2010 (http://www.bestreferat.ru/referat-215481.html)).

Недостатками известных материалов является то, что все известные конструкции гофрированного картона обладают либо влагопрочными либо гидрофобными свойствами. Это также является существенным недостатком для изделий, изготавливаемых из такого картона, поскольку изделия, изготовленные из такого гофрированного картона, не будут обеспечивать полной стойкости к воде. Гидрофобные химические вещества придают бумаге нужную степень гидрофобности, снижают ее способность поглощать воду. Однако они не увеличивают, а зачастую даже несколько снижают механическую прочность сухой бумаги. Влагопрочные химические вещества увеличивают прочность бумаги в сухом состоянии и позволяют частично сохранить ее прочность во влажном состоянии. При этом прочность бумаги частично снижается по мере насыщения ее водой.

Техническим результатом патентуемого решения является придание одновременно влагопрочных и гидрофобных свойств гофрированному картону, а также картонным и бумажным слоям, используемым для производства гофрированного картона, что позволит увеличить стойкость к воде. Комплексное применение гидрофобных и влагопрочных химических веществ позволит снизить впитывающие свойства бумажных материалов, сохранить их прочность во влажном состоянии и тем самым повысить стойкость к воде. Также техническим результатом является обеспечение вторичной переработки использованных упаковок без загрязнения элементов оборудования, что приводит к сокращению времени и трудозатрат на переработку.

Заявленный технический результат достигается за счет применения гофрированного картона (гофрокартона), состоящего из плоских и гофрированных листов, при этом, по меньшей мере, один из листов проклеен и/или пропитан в массе влагопрочной смолой и гидрофобным клеем, в качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена, алкил- или алкенилянтарные ангидриды, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид.

Также технический результат достигается за счет использования в конструкции гофрокартона листа, состоящего, по меньшей мере, из двух слоев, по меньшей мере, один из слоев которого проклеен и/или пропитан в массе влагопрочной смолой и гидрофобным клеем, при этом в качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена, алкил- или алкенилянтарные ангидриды, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид.

Комплексное применение влагопрочных смол и гидрофобных клеев и выбор решения, в котором в качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена, алкил- или алкенилянтарные ангидриды, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид для пропитки и/или проклейки слоев картона позволяет усилить стойкость гофрокартона и составляющих его листов к воде. Гидрофобные клеи позволяют задерживать проникновение в бумажную массу молекул воды, а влагопрочные смолы препятствуют деструктивному действию той части воды, которая все же проникла в массу бумаги.

Кроме этого, для усиления прочностных характеристик листов между слоями может быть дополнительно нанесена влагопрочная смола и/или гидрофобный клей или крахмальный клей в сочетании с влагопрочной смолой и/или гидрофобным клеем, а также одна или обе поверхности, листа могут быть дополнительно проклеены и/или пропитаны влагопрочной смолой и/или гидрофобным клеем или крахмальным клеем в сочетании с влагопрочной смолой и/или гидрофобным клеем.

Для получения слоистой структуры картона (бумаги) используются многосеточные КДМ (БДМ). Бумажная масса напускается на сетки для обезвоживания, далее слои бумаги, снимаемые с сеток, соединяются вместе методом прессования. Вспомогательные химические вещества, в том числе гидрофобные клеи и влагопрочные смолы, вводятся в бумажную массу в мокрой части КДМ или БДМ.

Слоистая структура позволяет варьировать свойства картона (бумаги). Вспомогательные химические вещества могут вводиться в слои вместе или по отдельности в один слой, в несколько слоев или во все слои. Например, если в дальнейшем требуется нанесение воднорастворимых красок на плоский слой, а сильная проклейка гидрофобными веществами будет этому препятствовать, то в таком случае вспомогательные химические вещества целесообразно вводить во все слои, кроме внешнего. При этом во внешний слой можно ввести влагопрочные смолы, а гидрофобные клеи исключить. Аналогично, при изготовлении бумаги для гофрирования, на которую в дальнейшем будет наноситься крахмальный клей на водной основе, внутренние слои можно проклеить, а внешние слои бумаги можно оставить непроклееными или ввести пониженное количество гидрофобных веществ, при этом влагопрочные смолы можно ввести во все слои.

Гидрофобные клеи позволяют задерживать проникновение в бумажную массу молекул воды, а влагопрочные смолы препятствуют деструктивному действию той части воды, которая все же проникла в массу бумаги.

В качестве влагопрочной смолы как для проклейки (пропитки) листов, так и слоев листов гофрокартона предпочтительно использовать полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а именно, мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные.

Влагопрочные смолы, имеют положительный (катионный) заряд. Молекулы целлюлозы имеют отрицательный (анионный) заряд. За счет этого происходит сращивание молекул целлюлозы с молекулами смол. Действие влагопрочных смол необычно тем, что они вызывают нереверсируемые изменения в физических свойствах бумаги - ее прочности в сухом состоянии и стойкости к воде.

В качестве гидрофобного клея обычно используют димеры алкил- или алкенилкетена (AKD), алкил- или алкенилянтарные ангидриды (ASA), канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид.

Предпочтительно выбирают AKD или ASA, которые напрямую взаимодействуют с целлюлозой. Эти вещества не увеличивают влагопрочность картона (бумаги), но придают им гидрофобные свойства, т.е. препятствуют проникновению молекул воды в бумажную массу.

Слоистая структура картонных и бумажных листов, рассматриваемых в патентуемом решении, позволяет производить так называемую межслоевую проклейку. Для усиления влагопрочных и гидрофобных свойств картона и бумаги вспомогательные химические вещества помимо того, что они вводятся в бумажную массу, могут вводиться и между слоями, снимаемыми с сеток в мокрой части КДМ (БДМ), перед их соединением и прессованием.

Кроме того, вспомогательные химические вещества могут наноситься на поверхность готовых картонных и бумажных слоев на клеильном прессе в сушильной части КДМ (БДМ).

В патентуемом решении рассматривается гофрированный картон, выполненный в виде многослойной конструкции, состоящей из плоских и гофрированных слоев картона и/или бумаги, обладающий одновременно влагопрочными и гидрофобными свойствами. Сочетание этих свойств приводит к увеличению стойкости гофрокартона к воде.

Далее технический результат патентуемого решения подтверждается конкретными примерами.

Пример 1.

Брали бесшовный конус из плоского слоя картона, выполненного в виде многослойной конструкции, обладающего одновременно и влагопрочными и гидрофобными свойствами, и пропитанного полиамидаминэпихлоргидриновой смолой и ASA. В конус помещали воду. Конус хранился в течении двух недель в нормальных условиях. Через две недели вода испарилась. При этом вода сквозь плоский слой не протекала, капиллярной впитываемости замечено не было, форма конуса не изменилась.

Пример 2.

Брали овощной лоток из гофрокартона, состоящего из трех слоев (двух плоских и одного гофрированного между ними). Внутренний плоский слой гофрокартона был пропитан полиамидаминэпихлоргидриновой смолой и AKD. В лоток помещали овощи, ставили его в нижний ярус штабеля из семи деревянных лотков и хранили две недели в холодильной камере при температуре +7°С и относительной влажности 90%. В течении двух недель лоток не деформировался.

Пример 3.

Брали четырехклапанный короб из гофрокартона, состоящего из трех слоев (двух плоских и одного гофрированного между ними). Внутренний и внешний плоские слои гофрокартона были пропитаны полиамидаминэпихлоргидриновой смолой и AKD. В короб помещали замороженную рыбу и хранили в морозильной камере при температуре -25°С. Через месяц короб помещали в нормальные условия, при которых происходило размораживание. При этом короб не размокал и не деформировался.

Пример 4.

Брали межрядный лоток для штабелирования стеклотары на паллетах. Лоток был изготовлен из гофрокартона, состоящего из трех слоев (двух плоских и одного гофрированного между ними). Внутренний и внешний плоские слои, а также гофрированный слой гофрокартона были пропитаны полиамидаминэпихлоргидриновой смолой и ASA. На паллету укладывались стеклянные бутылки в семь ярусов. Каждый ярус перекладывался пластиковыми лотками. Экспериментальный лоток из гофрокартона размещали между двумя нижними ярусами бутылок. Паллета упаковывалась термоусадочной пленкой и размещалась на открытой площадке, на паллету ставилась еще одна паллета. Стеклотара с экспериментальным лотком хранилась в условиях естественных атмосферных осадков в течение месяца. За счет перепада температур и осадков внутри упакованной паллеты создавался парниковый эффект и выпадал конденсат, при этом относительная влажность достигала 100%. Через месяц паллета была разобрана и произведено обследование экспериментального лотка. Форма лотка не изменилась, слои гофрокартона не размокли, на гофрокартоне остались незначительные следы от бутылок, которые не мешают дальнейшему использованию таких лотков для хранения и транспортировки стеклотары. Кроме того, такой гофрокартон не представляет затруднений для автоматических депаллетайзеров.

Таким образом, как видно из приведенных испытаний, патентуемая конструкция гофрокартона и конструкция слоев для гофрокартона обладают повышенной влагопрочностью и гидрофобностью за счет чего длительное время сохраняют свою форму. Кроме того, как видно из приведенных испытаний, в некоторых случаях такой гофрокартон способен заменить пластик, что благоприятно скажется на охране окружающей среды. Такой гофрокартон подлежит вторичной переработке и является ценным сырьем для бумажных фабрик.

1. Гофрированный картон, состоящий из плоских и гофрированных листов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из листов проклеен и/или пропитан в массе влагопрочной смолой и гидрофобным клеем, при этом в качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена, алкил- или алкенилянтарные ангидриды, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид.

2. Гофрированный картон по п.1, отличающийся тем, что каждый из листов выполнен в виде многослойной конструкции, состоящей, по меньшей мере, из двух плоских и/или гофрированных слоев.

3. Гофрированный картон по п.1, отличающийся тем, что в качестве формальдегидных смол используют мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы.

4. Лист, используемый для производства гофрированного картона по п.1, состоящий, по меньшей мере, из двух слоев, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из слоев проклеен и/или пропитан в массе влагопрочной смолой и гидрофобным клеем, при этом в качестве влагопрочной смолы используют полиамидаминэпихлоргидриновые смолы или формальдегидные смолы, а в качестве гидрофобного клея используют димеры алкил- или алкенилкетена, алкил- или алкенилянтарные ангидриды, канифоль, крахмал, малеиновый ангидрид, акриловую кислоту, акриламид.

5. Лист по п.4, отличающийся тем, что между слоями дополнительно нанесена влагопрочная смола, и/или гидрофобный клей, или крахмальный клей в сочетании с влагопрочной смолой и/или гидрофобным клеем.

6. Лист по п.4, отличающийся тем, что одна или обе поверхности листа дополнительно проклеена и/или пропитана влагопрочной смолой, и/или гидрофобным клеем, или крахмальным клеем в сочетании с влагопрочной смолой и/или гидрофобным клеем.

7. Лист по п.4, отличающийся тем, что в качестве формальдегидных смол используют мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы.