/
28 мая 2023
711

Технология “холодного” гофрирования

Технология “холодного” гофрирования

“Холодное” гофрирование не самая распространенная, но многообещающая технология изготовления гофрокартона. Авторы при написании статьи о холодном гофрировании основывались на испытаниях оборудования, экспериментах с гофроагрегатами, собственном производственном опыте и опыте коллег.

Традиционное гофрирование бумаги выполняется при высоких температурах - около 150-180 градусов по Цельсию. Высокая температура необходима для образования волн гофрирования на бумаге, а также для сохранения клея в клестеризованном виде виде. Тем не менее при повышенных температурах возникают сложности с эксплуатацией оборудования, себестоимость производства также высока из-за стоимости пара и тепла, необходимых для нагрева, кондиционирования и гофрирования. Чтобы избежать трудностей при эксплуатации оборудования при высоких температурах и снизить затраты на оборудование инженеры разработали процесс “холодного” гофрирования. При холодном гофрировании формование и склеивание выполняются при комнатной температуре, иногда допускается небольшой нагрев бумажных компонентов.

Процессы обычного и холодного гофрирования значительно отличаются. В этой статье мы остановимся на принципиальных различиях в производстве. Они заключается в следующем:

  • Тип клея, его применение и температура схватывания
  • Система управления натяжением полотна
  • Коэффициент трения бумаги
  • Стойкость поверхности бумаги к выщипыванию
  • Намотка на верхний вал для гофрирования
  • Средняя влажность
  • Давление контакта
  • Предварительная обработка бумаги
  • Склеивание двухслойного картона
  • Склеивание многослойного картона

 Рассмотрим принципиальные отличия подробнее

А) Адгезив и формирование связи

В процессе классического горячего гофрирования не клейстеризованный крахмал диспергируют в растворителе с добавками. При повышенных температурах гранулы крахмала набухают за счет поглощения воды и происходит клейстеризация. Эта суспензия попадает в поры и пустоты бумаги и затвердевает там, образуя связь. В процессе холодного гофрирования происходит нечто обратное: клей приобретает высокую вязкость в процессе охлаждения вместо клейстеризации при нагревании при горячем гофрировании. Клей состоит из кластеризованного крахмала, который наносится при высокой температуре на холодную бумагу с очень низкой вязкостью; затем он подвергается охлаждению. Клей химически изготовлен путем термохимической модификации кукурузного крахмала. Варку проводят при температуре около 130/150°С в присутствии персульфата аммония. Затем добавляется гидроксид натрия при высоком pH (9-10), что помогает повысить щелочность, стабилизировать раствор и склеивающие свойства. Борная кислота также может быть добавлена для улучшения вязкости.

При нанесении клея, температура которого достигает 90°C, молекулы крахмала проникают в поры и пустоты бумаги. Это происходит в процессе абсорбирования из-за того, что бумага при комнатной температуре находится в равновесии с горячим клеем, в процессе происходит теплопередача, абсорбирование воды и миграция молекул в бумагу. Далее процессу способствует высокое давление вала для гофрирования, которое примерно на 25 % больше, чем при классическом процессе гофрирования. Впитывание клея под высоким давлением происходит за доли секунды, так как гофроагрегат работает со скоростью 300-350 м/мин. Впоследствии, через несколько секунд, когда клей остывает, его вязкость повышается все больше и больше, прочно склеивая листы между собой.

(Б) Скорость и натяжение бумаги

Бумага входит между валами для гофрирования с очень высокой скоростью, последующая скорость ее прохождения через прессовую часть должна быть намного выше. При этом если начальная скорость выше, чем нужно, это может привести к плохому гофрированию: бумага просто не успеет сформировать волны и захватить достаточно клея. Это может привести к плохому склеиванию и расслаиванию.

Натяжение бумажного полотна еще более критично. При сильном натяжении волны могут растрескиваться на концах, потому что в холодном процессе бумага не нагревается и не увлажняется, поэтому бумажное полотно не такое податливое, как при классическом гофрировании. В холодном состоянии бумага является довольно хрупкой или менее пластичной по своей природе, и когда такая бумага гофрируется под высоким натяжением, она обязательно растрескивается на концах волн. Поэтому в процессе холодного гофрирования необходимо предусмотреть автопитатель, который будет контролировать натяжение и скорость.

Автопитатель и регулировка натяжения полотна также помогут выровнять формирование волн, иначе бумажное полотно будет образовывать складки и неравномерные гофры. Регулировка натяжения гофрированного слоя бумаги требуется также для выравнивания движения бумаги в случае плохой намотки рулона, что также обеспечивает необходимое натяжение для правильной подачи бумаги в гофроагрегат вдоль верхнего вала для гофрирования.

(В) Коэффициент трения

В классическом гофрировании трение снижается благодаря более высокому нагреву, гибкой, предварительно нагретой и увлажненной поверхности бумаги, и, в частности, благодаря использованию химических добавок. При холодном гофрировании из-за низкой температуры трение между бумагой и металлической поверхностью валов очень велико. Следовательно, движение бумажного полотна становится затруднительным, это приводит к неравномерным волнам. Поэтому при холодном гофрировании нужно, чтобы коэффициент трения с самого начала производства бумаги был низким, например, 0,35 - 0,45. Снизить коэффициент трения можно за счет обработки поверхности бумаги водой или канифолью в клеильном прессе и последующего каландрирования. Небольшое уменьшение толщины из-за каландрирования может не создавать никаких проблем в случае с холодным гофрированием, потому что бумага подвергается меньшему уменьшению объема в таком процессе по сравнению с классическим гофрированием.

Коэффициент трения также можно уменьшить за счет использования химических добавок, например, парафина, поддерживая более высокую влажность полотна, а также за счет более слабого наматывания полотна на гофрирующий вал и за счет автопитателей.

Новейшие достижения в области металлургии могут помочь в производстве валов с меньшим коэффициентом трения и высокой гладкостью, чтобы бумага под натяжением и скоростью могла плавно перемещаться по таким валам. Тем не менее, важно следить за тем, чтобы трение не было очень низким, чтобы избежать проскальзывания бумаги, что гораздо опаснее.

(Г) Стойкость поверхности бумаги к выщипыванию

Выщипывание связано со скоплением свободных волокон, оторвавшихся от поверхности бумаги. При производстве гофрокартона классическим способом количество ворсинок и свободных волокон уменьшается за счет антиадгезионных свойств поверхности рулона бумаги из-за высокой температуры. При холодном процессе гофрирования свободные волокна можно сдуть с помощью специально разработанного очистителя полотна с воздушной струей. Некоторые химические вещества также могут быть использованы для обработки поверхности бумажного полотна.

(Д) Намотка на верхний вал для гофрирования

По мере непрерывного образования канавок флютинг начинает наматываться на верхний вал для гофрирования. Натяжение намотки при холодном гофрировании должно быть уменьшено, чтобы отделение от вала было легким. Это можно сделать с помощью регулировки направляющих механизмов или вакуумной транспортировки.

(Е) Другие факторы

Давление во время формования является одним из важных факторов, который способствует впитыванию клея, а также формированию гофров. В классическом гофрировании бумага гибкая, поэтому для ее сгибания в гофрированную форму не требуется больше усилий. В холодном процессе бумага менее гибкая, и, следовательно, требуется большее давление, примерно на 25% больше, чем обычно.

Увлажнение бумаги перед попаданием в гофроагрегат помогает сделать бумагу более гибкой, однако следует соблюдать осторожность, чтобы не произошло потери прочности или поверхностных свойств.

Также бумагу обычно подвергают предварительной обработке с добавлением химических веществ для уменьшения трения/выщипывания и увлажнения, чтобы сделать бумагу менее хрупкой или слегка пластичной.

(Ж) Склеивание лайнера и флютинга

Склеивание лайнера и флютинга в холодном процессе происходит при большем давлении, требует предварительного увлажнения и относительно низкой скорости (200 м/мин). Это начальное соединение должно быть достаточно прочным, чтобы выдерживать последующие механические операции на подъемнике и накопительном мосту. Следовательно, машина работает на относительно более низкой скорости, чтобы позволить молекулам клея проникать в бумагу и затвердевать. Вязкость клея в холодном гофрировании очень высока (30% твердых веществ), и, следовательно, частицы крахмала приобретают силу путем абсорбирования под высоким давлением. Двухслойный картон, изготовленный холодным гофрированием, будет такими же прочными как и изготовленный классическим гофрированием, потому что при холодном гофрировании используется частично приготовленный клейстер, который затвердевает в порах и пустотах бумаги.

(З) Склеивание многослойного гофрокартона

Нанесение клея для двустороннего склеивания требует больших усилий. Его необходимо наносить на гофрированную поверхность, когда она не поддерживается каким-либо опорным валом. Между нанесением клея и склеиванием при изготовлении трехслойного гофрокартона проходит много времени. Следовательно, клей для многослойного картона должен немного отличаться по составу, чтобы учитывать время между нанесением и склеиванием. Если клей затвердевает до присоединения лайнера, то слои не склеятся между собой. В таком случае может помочь предварительный нагрев лайнера примерно до 40-50°C (или немного выше комнатной температуры), чтобы клей мог легко проникнуть в лайнер. Этот предварительный нагрев требуется только для изготовления многослойного картона.
Процесс холодного гофрирования все еще находится на экспериментальной стадии в Индии и в Китае. Очевидно, что у этого способа есть потенциал на замещение классического горячего способа гофрирования.

Другие новости