книги из ГПНТБ / Сушкова Н.Д. Бумажные мешки. Производство, свойства и применение мешочной бумаги и мешков

Существуют разные методы проверки свойств бумаги при уско­ ренном старении, которое, по мнению ряда исследователей, подчи­ няется законам химической кинетики по уравнению Аррениуса:

K = A e ~ W ,

где К — постоянная скорости процесса; А — постоянная величина; Е — энергия активации, ккал/моль; R — газовая постоянная, эрг/моль • град; Т — абсолютная температура, °К.

Определив экспериментальным путем энергию активации Е по результатам старения при разной температуре, вычисляют ско­ рость разрушения бумаги при заданных условиях. Полагают, что 3 суток ускоренного старения при 100° С эквивалентны 25 годам хранения бумаги.

Фактические условия вызывают отклонения от данной зависи­ мости, и в экспериментальных работах трудно достичь результа­ тов, совпадающих с естественным старением.

Проверка, проведенная в ЦНИЛГУГМР и ВНПОбумпром, показала, что через 15 лет механическая прочность (разрывное усилие, сопротивление продавливанию и излому) непропитанной бумаги мешков, бывших в употреблении, снизилась примерно на 2 0 %, а битумированной — на 10—15%•

Вязкость медноаммиачного раствора мешочной бумаги из суль­ фатной небеленой целлюлозы после старения в естественных и ис­ кусственных условиях изменилась очень сильно. Бумага до старе­

ния мешков с продукцией в течение 5 лет имела вязкость 40,7 сП, а через 15 лет — 20,4 сП.

Динамическая прочность бумаги после длительного хранения проверялась на моделях, изготовленных отдельно из каждого слоя натурального мешка. Двухслойные мешочки, заполненные 400 г кварцевого песка, выдержали в среднем следующее число сбросов: непропитанные из внутренних слоев 7; из наружных слоев 9; из средних слоев 1 2 ; битумированные из средних слоев 2 2 .

Минимальной прочностью обладала непропитанная бумага вну­ тренних и наружных слоев мешков, что подтверждает отрицатель­ ное влияние затаренного продукта и окружающего воздуха на свойства бумаги. Битумированная бумага сохранилась немного лучше, чем непропитанная.

Влияние химикатов и продолжительности хранения на проч­ ность мешков подлежит дальнейшему изучению.

Наиболее подробно изучается поведение мешков при перевоз­ ках цемента и минеральных удобрений, как самых массовых грузов.

Мешки для цемента. Под строительные материалы (цемент, гипс, мел, известь и т. п.) используется примерно */з бумажных мешков, хотя в упакованном виде перевозится только около 1 0 % цемента [169]. Цемент затаривается в закрытые мешки, преиму­ щественно 5-слойные склеенные размером 65x49,5x9 см или 62X

150

X 51,5x9 см. Для морских и смешанных (железнодорожных и водных) перевозок цемента применяют, как правило, 6 -слойные сшитые мешки размером 7 3 X 4 2 , 7 5 x 4 2 и 7 8 X 4 2 см, иногда мешки с одним-двумя слоями битумированной, дублированной влагопрочной или ламинированной бумаги [1 6 9 , 17 0 ]. В эти мешки помещается от 3 7 до 5 0 кг цемента, в зависимости от марки и плотности, обусловленных составом исходного сырья и добавлен­ ных веществ. Портландцемент, вырабатываемый на экспорт, упа­ ковывается по 4 2 ,5 кг в мешки размером 7 8 x 4 2 см. Плотность кремнеземистого портландцемента равна 3 ,5 кг/дм3, обычного

не является постоянной величиной. Она зависит от степени уплот­ нения и составляет 0,8—1,7 кг/дмг для приведенных марок цемента.

Закрытые непропитанные мешки, заполненные цементом при 20—25° С, при испытании на сбрасывание плашмя с постоянной высоты стандартным способом выдерживают фактически более 20 ударов. Среднее число сбросов, выдерживаемых мешками, со­ ставляет 30—40 ударов, а прочность отдельных мешков превышает 10 0 ударов.

Известно, что высокая температура отрицательно влияет на прочность бумаги, поэтому в бумажные мешки не рекомендуется засыпать продукцию с температурой выше 65° С. Но на практике это ограничение зачастую не выдерживается, и температура це­ мента в момент заполнения иногда бывает 80—100° С.

Опыты ВНПОбумпром и НИИ морского флота показали, что прочность мешков почти сразу после заполнения их горячим це­ ментом снижается на 65—85% и тем сильнее, чем выше темпера­ тура цемента. В табл. 36 приведены результаты испытаний 5-слой­ ных сшитых мешков размером 73X42 см с 50 кг портландцемента марки 400 при сбрасывании плашмя с высоты 90 см до и после хра­ нения в штабеле в неотапливаемом складе. В период испытаний температура окружающей среды колебалась в пределах 2—10° С, а относительная влажность составляла 50—86%.

Как видно из табл. 36, минимальная прочность мешков отмеча­ лась через 2 0 ч после затаривания, что обусловлено снижением влажности бумаги с 10—12% до 2—4%. По мере остывания це­ мента влажность бумаги и прочность мешков постепенно повыша­ ются, но не всегда восстанавливаются до исходного значения. Мешки, заполненные цементом при 65° С, полностью восстановили свою прочность и влажность только через 1 2 суток хранения на складе. Повышение температуры цемента до 112° С привело к не­ обратимым изменениям влажности бумаги и прочности мешков. Влажность бумаги в мешках со слишком горячим цементом упала до 2% и в течение длительного времени не поднялась выше 4,4%, при этом прочность мешков через 7 суток осталась на уровне 30% от исходной.

151

Т а б л и ц а 36

С целью снижения температуры цемента и повышения проч­ ности мешков необходимо по примеру передовых предприятий по­ давать на шаровые мельницы остывший клинкер, а в силосах, где хранится цемент перед упаковкой, устанавливать охлаждающие устройства.

Длительное хранение цемента в мешках (более 3 месяцев) не­ желательно, так как при взаимодействии цемента с влагой воздуха образуется гидроокись кальция, ухудшающая качество бетона.

По данным Института цементной промышленности, при хране­ нии на открытой площадке в зимних условиях активность цемента снижается уже через месяц на 18% в непропитанных мешках и на 10% в битумированных (тип 6/2). Через 6 месяцев снижение ак­ тивности цемента достигает 28—22% соответственно.

Замена двух слоев битумированой бумаги на один слой, лами­ нированный полиэтиленом, обеспечивает лучшую сохранность ка­ чества цемента. В этом случае активность цемента через месяц падает всего на 1,2%, а через 6 месяцев — только на 3,5%.

Мешки для минеральных удобрений и химикатов. Под мине­ ральные удобрения и гигроскопические химикаты используется

152

около 30% бумажных мешков. Это главным образом битумирован­ ные, дублированные и ламинированные мешки, в которые рекомен­ дуется упаковывать аммиачную и натриевую селитру, синтетическую мочевину, нитрофоску, гранулированный суперфосфат, сульфат аммония, смешанные и сложные удобрения. В связи с сезонностью полевых работ часть удобрений хранится в мешках 3 — 6 месяцев. При длительном хранении внутрь мешка проникают пары воды, отчего свойства продукции изменяются. При перевозках навалом потери удобрений иногда достигают 15—20% [171, 172].

Аммиачная селитра является основным видом азотного удобре­ ния и материалом, используемым для производства различных взрывчатых веществ. Она выпускается в мелкокристаллической или гранулированной форме. При изменении влажности и' темпе­ ратуры селитра, как сильно гигроскопический продукт, легко по­ глощает влагу, а затем благодаря рекристаллизации соли теряет свою сыпучесть и слеживается, т. е. превращается в монолит, ко­ торый приобретает форму тары и с трудом поддается рыхлению. Переход из одной кристаллической модификации в другую сопро­ вождается изменением объема и плотности (1,44—1,79 г/см3), что отрицательно сказывается на прочности тары. Для предотвраще­ ния слеживаемости в селитру вводят различные добавки, приме­ няют гранулирование и стараются поддержать влажность на ми­ нимальном уровне (0 ,1 —0 ,2 %).

Следует учитывать, что аммиачная селитра потенциально пожаро- и взрывоопасна не только в процессе производства, но и во время хранения. Наибольшая опасность взрывов возникает при водных перевозках из-за скопления больших количеств селитры на судах. Установлено, что критическая температура для одного мешка селитры в нормальных условиях равняется 85° С, а при массе 50 тснижается до 50° С. Повышение влажности и продолжи­ тельности хранения селитры, присутствие органических окисляю­ щих веществ усиливают пожароопасность.

Синтетическая мочевина (карбамид) тоже гигроскопична, в мешках из непропитанной бумаги легко комкуется, слеживается, прилипает к внутреннему слою. Для карбамида нужны мешки ма­ лой проницаемости и достаточно чистые внутри, потому что он рас­ ходуется не только как удобрение, но и как добавка в корм скоту

[173].

Порошкообразный суперфосфат перевозят только навалом, по­ тому что в процессе хранения происходит изменение его химиче­ ского состава и выделяются агрессивные газообразные продукты (фтор и его производные). Свободная Р2О5, SiF4 и H2SiF4, осо­ бенно при температуре свыше 60° С, легко взаимодействуют с ме­ шочной бумагой и разрушают ее. Мешки из пластмассовой пленки могут разрываться выделяющимися газами.

Гранулированный суперфосфат содержит добавки, снижающие содержание свободной кислоты и фтора. Тем не менее в готовом продукте продолжаются процессы, ведущие к образованию агрес­ сивных веществ, особенно при высокой температуре. В связи

153

с этим под гранулированный суперфосфат используют мешки из пластмассовой пленки, обрезиненные и бумажные мешки с защит­ ными слоями.

О б р ё з и н е н н ы е м е ш к и рекомендуются для упаковки гра­ нулированного двойного суперфосфата, коллоидной серы, гербици­ дов, монохлорамина, кремнефтористого натрия, хлората магния и других агрессивных химикатов.

В 5-слойных сшитых мешках с внутренним слоем из обрезиненной бумаги влажность коллоидной серы через полгода хранения уменьшилась на 7%, а в дублированных — на 22% при исходной влажности серы 26%.

Прочность обрезиненных мешков по сравнению с прочностью битумированных и дублированных мешков М. Л. Михель [138] ил­

тремя слоями битумированной бумаги — основной вид мешков, вы­ рабатываемых отечественной промышленностью под минеральные удобрения.

Расположение слоев битумированной бумаги в мешках уста­ навливается при заказе.

В непропитанных и битумированных мешках увеличение при­ веса гигроскопического вещества довольно велико. По сравнению с другими видами мешков битумированные мешки сравнительно легко повреждаются при транспортировании (табл. 37 и 41). С целью повышения сохранности упакованной продукции битуми­ рованные мешки заменяются дублированными и ламинированными.

Д у б л и р о в а н н ы е м е ш к и — 4—5-слойные с одним-двумя слоями дублированной бумаги могут изготовляться открытыми и закрытыми, сшитыми и склеенными. Кроме дублированной бумаги в мешках применяется непропитанная, а иногда битумированная или ламинированная бумага. Расположение слоев обычно следу­ ющее:

М — Д — М — М — Д М — Д — М — М — Б М — М — М — Д М — М — М — М — Д М — М — М — Д — М

М — непропитанная мешочная бумага; Д — дублированная; Б — битумированная.

154

Мешки с внутренним дублированным слоем предназначаются иод гранулированный суперфосфат, с внутренним битумирован­ ный — под селитру. Наиболее удобные размеры мешков сшитых открытых: 100X42 см; склеенных открытых 92X50X13 см и закры­ тых 84X50X13 см. Эти мешки при стандартном испытании с це­ ментом выдерживают 7—90 сбросов.

При затаривании, хранении и транспортировании минеральных удобрений дублированные мешки повреждаются меньше, чем би­ тумированные, о чем свидетельствуют табл. 38, 41.

* Загружена в два 4-слойных мешка из непропитанной бумаги.

При длительном хранении гигроскопические продукты увлаж­ няются в дублированных мешках значительно меньше, чем в битумированных.

Л а м и н и р о в а н н ы е м е шк и — 4—5-слойные, сшитые и склеенные, содержат один-два слоя бумаги с полиэтиленовым по­ крытием. Наиболее распространены в СССР мешки открытые сши­ тые размерами 100X42, 100X53,5 и 100X52 см и закрытые скле­ енные размером 84X50X13 см. Ламинированная бумага употреб­ ляется, как правило, во втором слое, считая снаружи или изнутри мешка.

Ламинированные 5-слойные мешки размером 100X50 см (типа «подушки») при стандартном испытании с цементом на аппарате

Т а б л и ц а 39

Результаты испытания бумажных мешков в условиях эксплуатации

155

Петухова выдерживают в среднем 60 сбросов (от 7 до 120). Про­ верка качества этих мешков у потребителей подтвердила получен­ ные результаты: ламинированные мешки, заполненные минераль­ ными удобрениями, в условиях эксплуатации повреждаются значи­ тельно реже, чем битумированные (табл. 39).

МЕШКИ РАЗНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

А р м и р о в а н н ы е м е ш к и довольно сложны в изготовлении и дороги, поэтому применяются они редко и только в особо слож­ ных условиях. Сведений о качестве армированных мешков в лите­ ратуре почти нет.

Изготовление и испытание 4—5-слойных армированных мешков на отечественных предприятиях было проведено ВНИЭКИТУ и ВНПОбумпромом.

Армированная нитями бумага употреблялась для наружного слоя сшитых и склеенных мешков. В зависимости от назначения для внутреннего слоя использовали мешочную бумагу разных ви­ дов: непропитанную в мешках для продовольствия, цемента, син­ тетической мочевины; битумированную — для аммиачной селитры; дублированную — для суперфосфата.

Наблюдения показали, что имеющееся оборудование принципи­ ально пригодно для изготовления армированных мешков разных конструкций (правда, скорость изготовления армированных меш­ ков меньше, чем битумированных). Исключение составляют закры­ тые сшитые мешки, трубки для которых очень плохо отсекаются, потому что на выступах клапанов нити не всегда разрезаются. Для

Т а б л и ц а 40

Характеристика прочности армированных мешков

156

массового изготовления армированных закрытых мешков с узким дном (под цемент) необходимо наличие специального дноклеильного агрегата усиленной конструкции, способного выдерживать более высокие нагрузки при формировании дна.

Результаты испытания армированных мешков с 50 кг цемента на сбрасывание по стандартному методу приведены в табл. 40.

Повышенная прочность склеенных мешков по сравнению с сши­ тыми в данном случае обусловлена более равномерным качеством армированной бумаги повторной выработки. Подавляющее боль­ шинство армированных 5-слойных мешков получилось прочнее ана­ логичных битумированных, выдерживающих в среднем около 2 0 — 30 сбросов.

Испытания у потребителей показали, что при затаривании про­ дукции армированные мешки почти не повреждаются. При транс­ портировании в нормальных условиях и соблюдении правил погру­ зочно-разгрузочных работ количество разорванных мешков не пре­

(см. табл. 38). Однако армированные мешки в тех же условиях повреждаются реже, чем контрольные непропитанные, битумиро­ ванные и дублированные. Отмечается разный характер поврежде­ ний мешков: у армированных открытых мешков разрушается верх­ ний шов, прошитый после заполнения продукцией, у остальных меш­

ков разрывается бумага.

Склеенные армированные мешки дополнительно испытывались, на прочность при сбрасывании сразу после заполнения аммиачной селитрой (46,5 кг) (табл. 42).

15Г

Пр и м е ч а н и е . А — армированная бумага, Б — битумированная бумага марки Б, М — мешочная непропитанная бумага М-80.

Данные табл. 42 подтверждают, что армированные мешки прочнее обычных битумированных.

Испытания доказали пригодность выбранной конструкции и размеров клапанных мешков для упаковки аммиачной селитры, мо­ чевины, соды и цемента на одно-трехрожковых расфасовочных ма­ шинах. Для упаковки соды на автоматах карусельного типа конст­ рукция клапана оказалась недостаточно прочной и требует дора­ ботки.

Опытные перевозки продуктов в армированных мешках, прове­ денные в различных по тяжести условиях, а именно: прямые пере­ возки на расстояние от 2 до 5 тыс. км и смешанные перевозки с перегрузкой на баржи, автомашины и гужевой транспорт и вы­ грузкой на причалы портов Дальнего Востока, показали, что арми­ рованные мешки являются наиболее прочными из всех существу­ ющих в настоящее время мешков и дают наименьшее число по­ вреждений.

По данным Стерлитамакского содово-цементного комбината, число повреждений непропитанных мешков с содой достигает 10%. По данным, представленным из районов Крайнего Севера и Даль­ него Востока, количество поврежденных армированных мешков составляло от 1,4 до 3%, причем наличие нитей снижало до мини­ мума россыпь продукта.

Армированные мешки рекомендуются для отгрузки соды на экс­

применяются под цемент, удобрения, продовольствие, легкие про­ дукты, бытовые отходы [174—176].

Разработаны методы изготовления мешков, позволяющие со­ кратить расход бумаги. Мешки для удобрений состоят из трех слоев микрокрепированной бумаги массой 80 г/м2, из которых внут­ ренний слой покрыт пленкой полиэтилена толщиной 15 мкм. Такие мешки финская фирма «Типпи Ой» вырабатывает для арктических условий взамен 5-слойных мешков с двумя битумированными сло­

158

ями из обычной бумаги. При сбрасывании с высоты 1,3 м на ис­ пытательном аппарате эти мешки выдержали 8 сбросов; мешки из обычной бумаги выдерживают только 3 сброса.

Мешки из двух слоев непропйтанной микрокрепированной бу­ маги массой 80 г/м2 под продовольствие усиливают особыми про­ кладками в углах и на ребрах, и они становятся прочнее 3-слой­ ных мешков из обычной бумаги той же массы.

Микрокрепированная бумага для мешков под цемент применя­ ется в разных вариантах (табл. 43) [175]. Чаще всего употребля­ ются 3-слойные мешки из бумаги массой 80 г/м2, которые в со­ поставимых условиях выдерживают 10 сбросов до разрыва вместо 3—4 сбросов, характерных для обычной бумаги.

Мешки из микрокрепированной бумаги можно изготовлять на том же самом оборудовании, что и другие виды мешков. Однако для успешной его работы желательно иметь бумагу массой не ниже 75 г/м2 (лучше 80—90 г/м2), иначе снижается скорость машин

на 20—30%.

Под мусор шведская фирма «Биллеруд» предлагает большие

грузов или сыпучих материалов, подвергающихся увлажнению при транспортировании главным образом водным путем. Они могут быть открытого или закрытого типа, сшитые или склеенные, исполь­ зуются для сбора бытовых отходов, для затаривания цемента, кар­ бамида, ядохимикатов и других материалов.

Вырабатываются влагопрочные мешки на обычном оборудова­ нии, за исключением мешков очень большого размера. Все слои мешков или только наружный и внутренний, прилегающий к про­ дукту, изготовляются из влагопрочной бумаги, полученной с ис­ пользованием карбамидной смолы или латекса синтетического каучука и окрашенной в зеленый или иной цвет. Наряду с влаго­ прочной бумагой возможно применение других видов бумаги: не­ пропитанной для средних слоев, дублированной битумом или

15»