Меню

Материал подготовлен Содиковым Исмоилом, инженером инновационно-технологического центра "Современные технологии переработки биоресурсов Севера".  

Если вы нашли неточности в переводе, свяжитесь, пожалуйста, с Исмоилом. Вы можете написать Исмоилу, какие темы в области ЦБП вам интересны, и мы о них напишем. С Исмоилом можно связаться по телеграмму. 

Если у вас есть интересные материалы и наработки, которыми вы хотели бы поделиться с коллегами, мы с радостью их опубликуем. Также мы ищем редакторов направлений Целлюлоза, Лайнеры, Другие картоны (специальные виды картонов). Если бы вы хотели писать и редактировать статьи на технические темы, свяжитесь с Ириной Летягиной. 

Представьте, что вы берёте коробку, упаковку или книгу, и они внезапно начинают впитывать воду, хотя были специально обработаны, чтобы этого не происходило. Такое явление — не просто неприятность, а серьёзная проблема, с которой сталкиваются производители бумаги и упаковочных материалов. В основе этой проблемы лежит интересный химический процесс, связанный с веществом, известным как алкенилянтарный ангидрид (АСА).

Чтобы бумага была устойчивой к влаге, её обрабатывают специальными химикатами — проклеивающими агентами. Один из таких агентов — это алкенилянтарный ангидрид (ASA). Он делает бумагу гидрофобной, то есть водоотталкивающей, уменьшая её способность впитывать воду. Проклейка важна, потому что благодаря ей упаковочные материалы не промокают, сохраняют товар внутри сухим и защищённым.

Обычно ASA добавляют в бумажную массу в виде эмульсии (смесь ASA с крахмалом или другими веществами), которая вступает в химическую реакцию с волокнами целлюлозы, образуя прочные связи. Благодаря этому бумага становится водоотталкивающей, а её качество измеряется тестом Кобба — он показывает, сколько граммов воды впитает один квадратный метр бумаги за определённое время. Чем меньше показатель Кобба, тем лучше бумага проклеена.

Однако существует проблема — обратимость проклейки. Бумага, проклеенная с помощью ASA, может со временем снова стать восприимчивой к воде. Это явление называют «обратимостью проклейки». Основная причина такой обратимости — автоокисление, когда молекулы ASA взаимодействуют с кислородом воздуха и изменяют свою структуру, теряя способность отталкивать воду.

Учёные провели серию экспериментов, чтобы понять, почему происходит такое окисление и какие условия на него влияют.

Исследователи протестировали образцы бумаги, хранившиеся в различных условиях: под действием ультрафиолетового (УФ) света, солнечного света, обычного освещения, в полной темноте, а также в условиях с ограниченным доступом кислорода (в пластиковых пакетах с осушителем и фольгой). Вот что удалось выяснить:

- Свет — главный враг: Бумага, подвергавшаяся воздействию УФ-лучей, солнечного или флуоресцентного света, значительно быстрее теряла свои водоотталкивающие свойства (см. рис. 1–3 ). Это связано с тем, что свет ускоряет окисление ASA, разрушая химические связи.

- Температура имеет умеренное влияние: Перепады температур также влияли на ASA, но эффект был намного меньше по сравнению с воздействием света.

- Без кислорода окисление почти не происходит: Образцы, защищённые от кислорода (хранившиеся в герметичных пакетах с осушителем и фольгой), почти не подвергались окислению и сохраняли проклейку дольше.

Таким образом, для обратимости проклейки нужны два основных условия: кислород и свет. Без них ASA практически не окисляется.

Молекулы ASA имеют особую структуру с двойными связями, которые очень чувствительны к кислороду. Под действием света и кислорода эти связи разрушаются, образуются новые группы (гидроксильные, карбоксильные и кетонные), которые делают бумагу снова восприимчивой к влаге (см. рис. 4).

Эксперименты показали, что после 15 дней воздействия света около 60% молекул ASA разрушились, значительно ухудшив защитные свойства бумаги (см. рис. 5 и 6).

Изучив механизм обратимости, учёные предложили практическое решение: чтобы сохранить водоотталкивающие свойства бумаги, ASA нужно добавлять не на поверхность бумаги, а в её внутренние слои, защищённые от воздействия света. Это предотвращает проникновение УФ-лучей к химикату, что значительно снижает скорость его окисления.

Эксперименты подтвердили, что, если ASA наносится глубже в структуру бумаги, его деградация существенно замедляется (см. рис. 7–9).

Для производителей бумаги и упаковочных материалов эти исследования имеют большое значение. Понимание механизмов обратимости проклейки позволяет контролировать условия хранения и способы нанесения проклеивающих агентов, тем самым повышая стабильность и долговечность продукции.

Зная, как свет и кислород влияют на ASA, бумажные фабрики могут адаптировать технологию нанесения химикатов, минимизируя риски потери качества и экономя средства за счёт уменьшения необходимости дополнительных обработок или использования избытка дорогостоящих химикатов.

Таким образом, казалось бы, простая проблема — потеря водоотталкивающих свойств бумаги — на самом деле скрывает интересные и сложные химические процессы, понимание которых помогает делать нашу повседневную жизнь комфортнее и безопаснее.