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

где е„ — удлинение нитей, %; е — удлинение бумаги в поперечном направлении, %; сс— угол наклона нитей к машинному направле­ нию бумаги.

Автор рекомендует выбирать нити с удлинением, составляющим 25—75% от удлинения бумаги. Однако, кроме этого условия, при подборе нитей следует учитывать вытяжку нитей во время раз­ мотки и раскладки. Характеристика армированной бумаги приве­ дена в табл. 18, 19.

*В машинном направлении; ширина полоски 150 мм.

**По прибору типа Риддер—Кельха [97].

Влияние вида бумаги-основы и размеров ячеек нитяной ре­ шетки на прочность армированной бумаги показано в табл. 19, из которой видно, что армирование бумаги повышает разрывное уси­ лие и особенно сопротивление проколу. Крепированная бумага отличается от гладкой еще более высоким сопротивлением про­ колу при меньшей величине разрывного усилия в машинном на­ правлении [98].

Уменьшение размеров ячеек армирующей решетки с 36X36 мм до 20x20 мм (или соответственно увеличение количества нитей) позволяет в 1,5 раза повысить сопротивление проколу (ср. образцы

2 и 3).

Армированная бумага получилась более прочной и менее прони­ цаемой для воды и паров, чем битумированная. Влагопрочность армированной бумаги достигала 13—15%, а водонепроницаемость превысила, по гидростатическому методу, 6 ч, т. е. даже в более жестких условиях оказалась значительно выше, чем у битумиро­ ванной бумаги.

Из-за сложности изготовления армированную бумагу целесо­ образно применять для изготовления мешков, эксплуатируемых в особо сложных условиях.

70

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Количество битума определяется по разнице массы 1 м2 бумаги , до и после обработки битумом или после экстракции битума в органическом растворителе (бензине, толуоле, ацетоне, скипидаре).

Водонепроницаемость битумированной бумаги характеризуется временем про­ хождения первой капли воды сквозь дно бумажной коробочки (10X10 см), на­ полненной 150 мл дистилированной воды при 20° С. Водонепроницаемость дубли­ рованной и армированной бумаги определяется под гидростатическим давлением по стандартной методике.

Паропроницаемость измеряется количеством водяных паров, поглощенных гигроскопическим веществом в металлическом сосуде, закрытом бумагой.

Хрупкость битумной пленки оценивается по разнице проницаемости воздуха или паров воды через гладкую и согнутую в двух направлениях бумагу.

Морозостойкость проверяется после смятия образца бумаги в виде цилиндра диаметром 50 мм под резким воздействием осевой нагрузки на приборе в холо­ дильной камере при —25 —40° С. Бумага считается выдержавшей испытание, если на ней не появляются трещины.

Теплостойкость характеризуется температурой, при которой битум проходит на наружную сторону бумаги. При определении теплостойкости испытываемые образцы выдерживают в термостате при заданной температуре между листами белой бумаги под нагрузкой около 30 г/см2.

Качество склейки слоев дублированной и армированной бумаги проверяется после ее кондиционирования расслаиванием образцов вручную или на приборах с небольшой нагрузкой.

Г Л А В Л V

БУМАГА С ПОЛИЭТИЛЕНОВЫМ ПОКРЫТИЕМ

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЛАМИНИРОВАННОЙ БУМАГИ

Мешочная бумага с полиэтиленрвым покрытием (ламинирован­ ная) предназначена для изготовления мешков,под минеральные удобрения, ядохимикаты, гигроскопические сыпучие материалы и продовольственные товары. Ламинированная бумага пригодна для непосредственного контакта с пищевыми продуктами, за исключе­ нием жирсодержащих, так как полиэтилен хотя и не токсичен, но в жирах набухает. Характеристика ламинированной мешочной бу­ маги представлена в табл. 20.

Полиэтиленовая пленка способствует повышению химической устойчивости и прочности бумаги: увеличиваются разрывное уси­ лие, удлинение и особенно сопротивление раздиранию. До 10—15% возрастает влагопрочность. Со стороны покрытия бумага стано­ вится практически водонепроницаемой при отсутствии случайных механических повреждений полиэтилена.

Бумага с полиэтиленовым покрытием обладает минимальной проницаемостью для водяных паров (3—5 г/м2), которая почти не увеличивается даже после перегибов бумаги. Вместе с тем ламини­ рованная бумага пропускает углекислый газ, что имеет большое значение при хранении продовольственных продуктов в бумажных мешках.

71

Ламинированная бумага отличается способностью к термо­ сварке при ПО—120° С и морозостойкостью при —40° С. При даль­ нейшем понижении температуры поли­ этилен становится хрупким, растрески­ вается. Температура и влажность ок­ ружающей среды очень сильно изме­ няют проницаемость ламинированной

бумаги (рис. 25).

Прочность сцепления основы с поли­ этиленовым покрытием косвенно отра­ жается на всех показателях готовой про­ дукции. При хорошей адгезии более 90% поверхности пленки, отделенной механи­ ческим способом от бумаги, покрыто

Рис. 25. Влияние температуры окружающего

Физико-механические показатели мешочной бумаги с полиэтиленовым покрытием

*Двустороннее покрытие.

**В числителе — для гладкой бумаги; в знаменателе — для согнутой бумаги.

72

К недостаткам ламинированной бумаги относятся плохая вос­ приимчивость к печатным краскам и клею и низкая устойчивость к световому старению. Стабилизаторы, повышающие срок службы пленки, снижают адгезию полиэтилена к бумаге и поэтому в ме­ шочной бумаге практически не применяются.

Ионизация полиэтилена повышает его адгезию к другим матери­ алам и позволяет изготовлять из ламинированной бумаги склеен­ ные мешки, покрытые красочной печатью.

Как видно из табл. 21, с увеличением толщины пленки поли­ этилена паропроницаемость ламинированной бумаги значительно

В связи с частичным прониканием расплава полиэтилена в бу­ магу-основу толщина ламинированной бумаги получается меньше суммы толщин каждого компонента в отдельности.

Производство бумаги с полиэтиленовым покрытием непрерывно расширяется.

73

ПОЛИЭТИЛЕН ДЛЯ ЛАМИНИРОВАНИЯ БУМАГИ

Для покрытия бумаги методом экструзии применяют нестабили­ зированный полиэтилен [—СН2—СН2—]п низкой плотности (0,92 г/см3), полученный полимеризацией этилена по радикаль­ ному механизму при высоком давлении (1200—1500 кгс/см2) и вы­ сокой температуре (около 200° С) в присутствии инициаторов. По­ лиэтилен, полученный по этому способу, имеет относительно не­ большую молекулярную массу (18000—35000), низкую степень кристалличности (55—67% при 20° С) и наиболее разветвленную структуру: на 1000 атомов углерода приходится около 20 групп СНз. Строение макромолекул:

СН3-С Н 2-С Н 2-С Н 2-С Н 2- линейное

СНз

I

сн2

I

сн3-сн2-сн2-сн2-сн-сн2-сн2-

разветвленное

Разветвленная структура облегчает адгезию полиэтилена к дру­ гим материалам, но способствует повышению газопроницаемости и снижению устойчивости к агрессивным химикатам по сравнению с полиэтиленом, полученным при низком или среднем давлении

[99, с. 9—17].

При классификации полиэтилена по маркам руководствуются плотностью и индексом (или показателем текучести) расплава (ПТР). ПТР зависит от молекулярной массы и определяется по скорости истечения расплава полиэтилена при 190°С под давле­ нием через стандартный капилляр за 10 мин. При равных значе­ ниях ПТР возможны заметные различия в свойствах полиэтилена, обусловленные неодинаковым распределением по молекулярной массе, поэтому в процессе переработки не рекомендуется смеши­ вать разные партии полиэтилена даже с одинаковым индексом расплава.

Полиэтилен высокого давления обладает большой химической устойчивостью к агрессивным средам и органическим растворите­ лям при низких температурах. При повышении температуры до 50—100°С концентрированная азотная кислота, бензол, хлоро­ форм и трихлорэтилен растворяют полиэтилен полностью.

Полиэтилен относительно стоек к действию спиртов, мыл, жи­ ров. Однако с повышением температуры и времени воздействия стойкость полиэтилена к этим веществам снижается, полиэтилен набухает и растрескивается.

Проницаемость полиэтилена определяется главным образом скоростью диффузии газов, которая зависит от толщины и струк­ туры пленки, химической природы газа, температуры среды и пере-

74

пада давления. Коэффициенты проницаемости К некоторых газов на единицу толщины пленки полиэтилена низкой плотности (0,92 г/см3) высокого давления при 20° С приведены ниже:

Коэффициент проницаемости водяных паров равен (10-У 30) X

ХІ0~10 г/см2 (ч- мм рт. ст.).

Характеристика полиэтилена, применяемого для нанесения по­

Полиэтилен марки 16802-070 изготовляется в трубчатых реак­ торах, а марки 11802-070 — в автоклавах с перемешивающим уст­ ройством. Автоклавный полиэтилен более однороден, но он со­ держит повышенное количество экстрагируемых веществ, главным образом масел, которые легко разлагаются при высокой темпера­ туре экструзии. Продукты разложения издают неприятный запах и ухудшают адгезионную способность полиэтилена.

Полиэтилен для экструзии выпускается в виде роговидных гранул с насыпной массой 0,5—0,55 г/см3, которые должны быть одинаковой формы размером 2—5 мм. Количество серых и окисленнных гранул регламентируется. От формы гранул зависит на­ сыпная масса, угол естественного откоса полиэтилена и, как след­ ствие, производительность экструдера.

Гранулированный полиэтилен должен храниться в пленочных или бумажных мешках в условиях, исключающих конденсацию

75

водяных паров на гранулах и попадание посторонних предметов (волокон, частичек угля, песка и т. п.).

В будущем свойства полиэтилена могут быть видоизменены путем смешения полиэтилена е полипропиленом, сополимерами этилена с винилацетатами или акрилатами и другими полиолефи­ нами, пригодными для совместной экструзии, что открывает пер­ спективу для значительного расширения ассортимента бумаги и мешков.

НАНЕСЕНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ПОКРЫТИЯ

Существует несколько способов соединения бумаги с полиэти­ леном: экструдирование, кэширование, склеивание, нанесение из растворов и дисперсий. Наибольшее распространение получил ме­

тод экструзии, позволяющий покрывать бумагу полиэтиленом тол­ щиной от 10 до 60 мкм со скоростью 50—600 м/мин.

Полиэтиленом покрывается обычная или микрокрепированная мешочная бумага массой 70—90 г/м2. Для лучшего сцепления с полиэтиленом поверхность бумаги должна быть по возможности ровной, но не слишком гладкой (до 200 с по Бекку). Влажность бумаги-основы не должна быть слишком высокой, иначе образую­ щиеся водяные пары ухудшают адгезию и повреждают пленку.

Полиэтилен на бумагу наносится на экструзионно-ламинатор- -ном агретаге, схема которого изображена на рис. 26, 27. Перед включением в работу экструзионная установка (рис. 26) распола­ гается рядом с ламинатором [100, 101].

Полиэтилен в виде гранул поступает через питательный бункер / в обогреваемый шнек 2 с водяным охлаждением 3, где гранулы сжимаются, перемешиваются и расплавляются. Полиэтилен выдав­ ливается через фильтр 5 в головку 6, распределяется по плоскому мундштуку 7 и вытекает через щель (фильеру), длина которой со­

76

ответствует ширине полотна бумаги. Кромки бумаги шириной 2 см могут оставаться без покрытия. Температура полиэтилена регулируется термоэлементами 4 в каждой зоне нагрева шнека 11

ряется. Толщина пленки зависит от показателя текучести расплава, температуры полиэтилена, скорости вращения шнека и скорости движения бумаги. До получения пленки требуемого качества по­ лиэтилен из фильеры поступает в сборник отходов.

После того как заправлена бумага и отрегулировано качество пленки, экструзионный агрегат перемещается по рельсам и уста­ навливается таким образом, что мундштук 7 располагается над бу­ магой 10 между прижимным 9 и охлаждаемым валами 8 с не­ которым смещением от линии соприкосновения валов в сторону прижимного (неопренового) вала.

Рис. 27. Схема экструзиошю-ламинаторного агрегата

Из рис. 27 видно, что бумага от раската 1, допускающего за­ мену рулонов на ходу, проходит через правильные, бумаговедущие 2 и натяжные 3 валики и огибает неопреновый вал 4, где она со­ единяется с полиэтиленовой пленкой. Неопреновый вал при по­ мощи сжатого воздуха прижимается к металлическому хромиро­ ванному цилиндру 5, охлаждаемому водой (температура 5—20°С).

С повышением давления между валами (9—19 кгс/см) и умень­ шением температуры поверхности металлического цилиндра (20— 40° С) улучшается адгезия полиэтилена к бумаге. Ламинированная' бумага проходит через установку 6 для ионизации полиэтилена,

Ионизация полиэтилена может производиться периодически по мере надобности. Обрезка кромок необходима в подавляющем большинстве случаев, потому что из-за краевого эффекта толщина кромок пленки, вытекающей из щелевидной фильеры, всегда не­ сколько больше, чем по всей ширине полотна, что может привести к надрыву кромок бумаги при намотке рулонов.

При наличии второго раската бумага с помощью расплавлен­ ного полиэтилена может соединяться с другим полотном бумаги,

77

или алюминиевой фольгой, или пластмассовой пленкой, подавае­ мой в зазор между валом 4 и хромированным цилиндром 5.

Температура полиэтилена в экструдере, температура валов и охлаждающей воды должны тщательно контролироваться. Коле­ бания температуры вызывают дефект покрытия, известный под названием «апельсиновой корки», ухудшают адгезию, изменяют реличину усадки пленки, вытекающей из фильеры 9. Допускается

Оборотный брак бумаги с полиэтиленовым покрытием обычно не используется, уничтожается (сжигается). На крупных предприя­ тиях бумага с полиэтиленовым покрытием измельчается в гидроразбивателе: волокно отделяется от пленки и используется после тщательной очистки; полиэтилен удаляется с отходами.

В табл. 23 приведена характеристика экструзионно-ламинатор- ного агрегата, а в табл. 24 — температурные режимы ламинирова­ ния мешочной бумаги. Схема расположения зон нагрева полиэти­ лена в экструдере показана на рис. 26.

Температурный режим ламинирования мешочной бумаги (°С)

78

В процессе ламинирования очень большое внимание уделяется степени адгезии полиэтилена к бумаге, которая зависит от ряда факторов: показателя текучести расплава и температуры полиэти­ лена, давления между прессующими валами и их температуры, расстояния от фильеры до бумаги и соотношения скоростей движе­ ния бумаги и пленки, структуры и влажности бумаги, а также от условий ее предварительной обработки.

Прочность сцепления бумаги с полиэтиленом повышается при нанесении расплава пониженной вязкости с последующим быст­ рым охлаждением при значительном давлении. Расплавленный по­ лиэтилен находится в аморфном состоянии, но по мере охлажде­ ния, начиная от 110° С, стремится упорядочить свою структуру и кристаллизуется. Происходит взаимное проникновение кристалли­ ческих структур полиэтилена и целлюлозы, причем прочность связи

фильеры до линии контакта прижимного и охлаждающего цилинд­ ров. Хотя увеличение температуры расплава и окисление полиэти­ лена кислородом воздуха повышают прочность сцепления полиэти­ лена с бумагой, качество пленки при этом ухудшается и полиэти­ лен приобретает неприятный запах. Объясняется это следующим образом.

В зависимости от скорости охлаждения кристаллизация поли­ этилена протекает по-разному: при быстром охлаждении образу­ ется мелкие кристаллиты равномерной структуры, а при медлен­ ном охлаждении получается неравномерная структура с крупными сферолитами. Чем выше расположена фильера и чем горячее рас­ плав, тем медленнее охлаждение. При повышении температуры расплава усиливается термоокислительная деструкция полиэти­ лена с образованием свободных радикалов по схеме

а) -С Н 2-С Н 24-СН2-С Н 2----* -С Н 2- С Н 2— |— СН2-С Н 2- ;

б) -С Н 2~ С Н - С Н 2-^-СН2— 1— СН2- С Н 2—

I

н

— -С Н 2-С Н = С Н 2-С Н 2— I— СН2-С Н з

Реакции свободных радикалов ведут к образованию кислород­ содержащих групп и сшиванию цепей с возникновением крупных сферолитов, ухудшающих свойства пленки. Кроме того, происхо­ дит разложение и окисление сопутствующих веществ. В итоге об­ разуются кислоты, эфиры, непредельные углеводороды, перекис­ ные и карбонильные соединения (формальдегид, ацетальдегид), двуокись и окись углерода, для удаления которых необходима хо­ рошая вентиляция помещения [103].

79