Основы производства гофрокартона

Гофрокартон — используемый в промышленности и бизнесе упаковочный материал, отличающийся малой массой, дешевизной и высокими физическими параметрами. Является одним из наиболее распространенных материалов в мире для применения в качестве упаковки. Особенностью производства гофрокартона является возможность использовать бумагу и картон, полученные из макулатуры, что положительно с точки зрения экономии ресурсов и защиты окружающей среды.
Википедия

Немного истории

Гофрированная бумага была запатентована в 1856 году в Великобритании и использовалась как подкладка под шляпы. Гофрокартон в сегодняшнем понимании этого слова был запатентован пятнадцатью годами позже, — 20 декабря 1871 года, американцем Альбертом Джонсом из Нью­Йорка. Патент США № 122023 под названием «Усовершенствованная бумага на упаковочных предприятиях». Им рассматривалась возможность применения гофрокартона в качестве упаковки стеклянных колб и бутылок. Рекомендованный автором патента способ применения гофробумаги с изгибом поперек незакрепленных гофров в дальнейшем потребовал усовершенствования.

25 августа 1874 года был выдан патент № 154498 на двухслойный гофрокартон. Владелец патента американец Оливер Лонг предлагал приклеивать к гофрированному картону плоский слой бумаги, располагая его на поверхности упаковываемого сосуда. Главным предназначением гофрокартона тогда была упаковка стеклянных бутылей.

В 1875 году в Нью­Йорке была образована фирма «Томпсон и Норрис», которая с 1882 году производила двух­ и трехслойный гофрокартон. Тогда же в США была выпущена машина с механическим приводом для изготовления двухслойного гофрокартона и сматывания его в рулон.

17 января 1882 года американец Роберт Томпсон получил патент на трехслойный гофрокартон, который первоначально изготовлялся путем приклеивания вручную плоского слоя в виде листов или формы заготовок. В 1883 году фирма «Томпсон и Норрис» открывает первую в Европе фабрику по производству гофрокартона. В 1886­м эта фирма строит завод по производству гофрокартона в г.Кирхберге (Германия), а в 1888­м — во Франции.

В 1895 году американец Сефтон создал первую комбинированную машину для производства гофрокартона (по патенту Томпсона). Машины для производства гофрокартона поставлялись в Европу из Лондона. В 1899 году служащий фирмы «Томпсон и Норрис» Л.Л. Дуерден зарегистрировал патент США № 620750 о производственном процессе. Он использовал нагревательный стол, длинную транспортировочную ленту и «застуденевающий» под воздействием жара «сильный» клей.

В конце XIX века немецкие фирмы начали производить гофроагрегаты. Некие Густав Леске и Оскар Сперлинг создают фирму «Лейпцигский машиностроительный завод и гофрокартонная фабрика Спеллинга».

С начала XX столетия производство гофрированного картона охватило весь мир. С 1907 года он стал известен в России (кстати, в Италии, Финляндии и Дании он появился на несколько лет позже). Важным шагом в ходе дальнейшего совершенствования конструкции явилось внедрение в 1916 году пятислойного (двухволнового) гофрированного картона, а в 1953­м — семислойного (три гофрированных слоя и четыре плоских). Постепенно изменялись виды и размеры гофров. Первоначально они примерно соответствовали современному гофру А, в 1905­1906 годах появился гофр В, в 1925­м — гофр С, в 1951­м — гофр Е.

После 1917 года производство гофрокартона в России было полностью приостановлено. В середине 80­х годов в СССР решением партии и правительства было принято постановление о необходимости полного «перехода на гофрокартонную тару» (в основном тогда в СССР использовалась деревянная). По мнению специалистов, этот «переход» завершился уже после распада СССР, в середине 90­х годов XX века.

Виды гофрокартона

Гофрокартон состоит, как правило, из трех слоев: двух плоских слоев картона (топ­лайнеры) и одного слоя бумаги между ними, имеющего волнообразную (гофрированную) форму (флютинг). 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 дальнейшего улучшения физических свойств упаковки из гофрокартона применяется пяти­ и семислойный материал, при котором слои картона и бумаги чередуются один за другим. Размеры, качество и прочие параметры упаковки из гофрокартона устанавливаются отраслевыми стандартами, налагающими также свои требования к процессу производства.

Виды гофрокартона: пятислойный, трехслойный, микрогофра

Виды профилей гофрокартона

По физическим свойствам и строению гофрокартон делится на классы, маркируемые буквой, обозначающей количество слоев, и номером класса. Наиболее широко в промышленности употребляется трехслойный гофрокартон классов Т­21, Т­22, Т­23, Т­24. Пятислойный гофрокартон обозначают буквой П, двухслойный — буквой Д.

Гофрокартон различают по виду профиля — геометрическим размерам внутренних волн, определяющим геометрические и физические характеристики гофрокартона. Диапазоны размеров высоты и ширины волн группируют по классам, обозначаемым латинскими буквами A, B, C и т.д. В приведенной таблице указаны виды профилей гофрокартона

Марки картона отличаются друг от друга абсолютным сопротивлением продавливанию (МПа), удельным сопротивлением разрыва с приложением разрушающего усилия вдоль гофров (кН/м), сопротивлением торцевого сжатия гофров (кН/м).

Микрогофрокартон

Микрогофрокартон — трехслойный гофрированный картон толщиной от 1,5 до 1,8 мм. В отличие от гофрокартона, микрогофрокартон за счет меньшей толщины имеет несколько более низкие прочностные характеристики, применяется для более легких конструкций, требующих товарного вида. Микрогофрокартон имеет более низкие амортизирующие качества по сравнению с гофрокартоном, что следует учитывать при выборе материала для хрупкой упаковки.

Двухслойный гофрокартон

Микрогофрокартон маркируется буквой «Е», которая исторически закрепилась от первоначального на­именования марки микрогофрокартона «Элита» (Elite), производство которого было налажено в США. Малая высота гофры и меньшая ширина гофров у этой марки позволяет получить ровную поверхность и высокую плоскостную жесткость.

Используется микрогофрокартон для индивидуальной презентабельной картонной упаковки, как правило, с офсетной и флексопечатью.

Плюсы использования микрогофрокартона:

• легкая и прочная конструкция, которая лучше защищает находящийся внутри товар;
• подходит для упаковки как крупных, так и небольших по размерам товаров.

Этот вид гофры позволяет создавать даже очень маленькие коробки, которые имеют довольно привлекательный внешний вид.

Двухслойный гофрокартон

Маркируется буквой «Д» (так называемая двухслойка), состоит из одного плоского и одного гофрированного слоев. Этот вид гофрированного картона гибкий, сматывается в рулон, хотя может быть изготовлен и в листах.

Пятислойный гофрокартон

«П» — пятислойный гофрокартон, состоящий из трех плоских (двух наружных и одного внутреннего) и двух гофрированных слоев. Возможно изготовление пятислойного гофрокартона типа «В+В», «В+С» «В+Е» и т.д.

Редко применяемые виды гофрокартона

Четырехслойный гофрированный картон — это сочетание одного наружного и одного внутреннего лайнера и двух гофрированных сред. Этот вид гофрокартона изготавливается в листах и используется, как правило, для каширования. В России наиболее популярен четырехслойный гофрокартон с профилем «С+Е».

Семислойный гофрированный картон состоит из трех гофрированных, двух плоских наружных и двух плоских внутренних слоев.

Производство гофрокартона

Для того чтобы производить гофрокартон, применяют бумагу для гофрирования, которая обладает массой от 100 до 140 г/м2, а также картон, предназначенный для плоских слоев, массой от 150 до 235 г/м2 белого или бурого цвета, и клей, крахмальный или силикатный.

Гофрокартон производят в специальном помещении, площадь которого достаточна для данного производства. Необходимо также наличие подъемного механизма (тельфера или электропогрузчика) и соблюдение определенного температурного режима. Температура должна быть не ниже 18 °C, а влажность не превышать 80%.

Гофроагрегат 2GT150 для производства
двухслойного гофрокартона

Перед тем как начать производственный процесс, рулоны с бумагой для гофрирования и картоном для плоских слоев должны в течение суток быть кондиционированы.

Эти рулоны далее закрепляются на размоточном станке, а потом бумага и картон проходят через специальные разогревающие цилиндры и промежуточные валики. Тут они увлажняются и нагреваются. Такая процедура способствует более глубокому проникновению клея в толщину бумаги и приводит к гораздо лучшему скреплению с картонным слоем.

Бумага для гофрирования затем проходит в специальную гофрировальную машину (гофрирующий пресс). Тут эта бумага транспортируется между зубчатых гофрирующих валов, которые предварительно нагреты до температуры 150­180 °С. В результате этого процесса образуется волнистый слой определенного профиля. Размеры гофров зависят от конфигурации зубьев валов.

Гофрированная бумага затем поступает в клеенаносящую машину. Тут при помощи специального клеевого вала на вершины гофров (флютинга) одной из сторон производится нанесение клеевой пленки (количество клея, который наносится, регулируют с помощью изменения положения дозирующего вала). Гофрированный слой далее совмещается с плоским картоном (лайнером). Под действием прижимного вала он плотно приклеивается к вершинам гофров. Таким образом происходит процесс производства двухслойного гофрированного картона.

Двухслойный гофрированный картон, получившийся в итоге, передается по наклонной транспортерной ленте на специальный накопительный мост, а далее проходит в клеильную машину. Здесь происходит процесс нанесения клея на свободную сторону гофробумаги.

Гофрированный картон после этого подается в специальное сушильное устройство, где идет его склеивание и происходит сушка.

В процессе сушки из слоев гофрированного картона удаляется лишняя влага и и клей окончательно затвердевает. После чего гофрированный картон поступает на охлаждающую часть линии. Процесс сушки с последующим охлаждением определяет в итоге качество получившегося гофрированного картона. Далее гофрокартон подается в секцию продольно­поперечной резки, где происходит его раскраивание и разрезание при помощи системы дисковых ножей.

Процесс резки обычно сочетается с рилеванием, или уплотнением гофрокартона на прямолинейном участке определенной ширины. В итоге образуются линии рилевки, вдоль которых происходит сгиб листов гофрированного картона. Рилевание проходит при помощи так называемых рилевочных муфт. Затем гофрокартон нарезается на листы необходимой длины, из которых в дальнейшем производится гофротара.

Каширование

Также упаковка из гофрокартона (и микрогофрокартона) часто требует каширования, которое заключается в том, что предварительно с помощью офсета на один из плоских слоев наносят полноцветную печать, отвечающую всем требованиям и правилам современной упаковки. После этого запечатанный и нарезанный плоский слой наклеивают на двухслойный гофрокартон, который предварительно нарезан на листы того же размера. Этот картон позже кашируется (приклеивается) на свою основу — микрогофру, которая состоит только из нижнего слоя и собственно так называемой волны — гофры, флютинга. С помощью метода каширования можно легко соединить все главные достоинства «гофры» и высокое качество офсетной печати. В итоге получается трехслойный (микро)гофрокартон с полноцветной печатью.

Для того чтобы придать гофрокартону глянец, используют следующие технологии: сплошное УФ­лакирование, водно­дисперсионное лакирование, лакирование методом шелкографии, ламинирование, а также тиснение фольгой. Непосредственный процесс изготовления основной массы гофрокартона проходит на высокопроизводительных картоноделательных аппаратах, которые, в свою очередь, оснащены автоматическими системами контролирования и регулирования технологических процессов производства.

Форма гофры

Более 90% производимого гофрокартона в мире имеет синусообразную форму гофры. Иногда для специальных целей производится V­образная гофра.

Картон

Картон является многослойным материалом с ярко выраженной анизотропией свойств. Для анализа характеристик картона можно выделить четыре основных слоя: поверхностный, промежуточный, прослойку и внутренний. Поверхностный слой вместе с промежуточным составляют около 25% от общей толщины картона, прослойка — около 55%, внутренний слой — около 20%.

Поверхностный слой картона предназначен для обеспечения необходимой твердости, прочности, жесткости, износостойкости, стойкости к истиранию и к царапинам поверхности картона. Этот слой определяет внешний вид тары и способность воспринимать различные способы печати.

Наилучшей способностью к получению высококачественных изображений отличаются сорта картона с мелованным покрытием. Покрытие состоит из пигментов и связующего. В качестве пигментов могут применяться сульфат бария, оксид титана, белый цинк, карбонат кальция, тальк и др. Связующими могут быть казеин, дисперсии полимеров, целлюлозный клей и др. Величину мелованного слоя выражают в граммах на квадратный метр (г/м2) поверхностей картона. Обычно она составляет от 160 до 200 г/м2.

Для получения поверхностных слоев используют самые высококачественные полуфабрикаты, а для прослойки — самые дешевые, например макулатуру.

По составу слои подразделяют на не содержащие древесную массу, с малым и большим содержанием древесной массы и на сырье. Не содержащие древесную массу слои состоят преимущественно из целлюлозы с незначительными примесями древесной массы, не превышающими 5%. Слои с малым содержанием древесной массы состоят из целлюлозы с древесной массой не более 30%. В слоях с большим содержанием количество древесной массы превышает 30%. Серые слои состоят из полуфабрикатов макулатуры и древесной массы или только из древесной массы.

Белыми называют слои из отбеленных полуфабрикатов, светлыми — из неотбеленных.

По отделке поверхности сорта картона подразделяют на три группы: литого мелования, мелованные, немелованные.

Увеличение влагостойкости плоского склеенного картона является предметом современных исследований. Исследования направлены на повышение влагостойкости материалов слоев и влагостойкости клеев. Для этого материалы слоев получают из массы, пропитанной различными растворами. В качестве влагостойких клеев применяют поливинилацетатные эмульсии, латексы, битумные клеи.

В производстве гофрокартона принято употреблять такие термины, как «лайнер» и «флютинг».

Лайнер

Лайнер (от англ. liner — прямой, ровный, гладкий) — это обобщенное название картона для плоских слоев гофрированного картона. В нормативной документации термин «лайнер» отсутствует. Он перекочевал в наш лексикон из англоязычных стран. По классификации (FEFCO) лайнеры подразделяются на крафт­ и тест­лайнеры.

Крафт­лайнер (от нем. kraft — сила) — это картон, состоящий не менее чем на 80% из волокон лиственной целлюлозы. Оставшиеся 20% — любая смесь из первичных волокон (целлюлозы разных способов варки, полуцеллюлозы, древмассы, макулатуры, соломы, тростника, льна, конопли и т.д.). То есть композиция картона многокомпонентна, однако, чтобы называться крафт­лайнером, процент вторичных волокон в нем должен быть минимальным.

В международной практике крафт­лайнер, на 100% состоящий из крафт­целлюлозы (полученной сульфатным способом), также называют топ­лайнером.

Крафт­лайнер — это многослойный материал. Количество слоев колеблется от двух до восьми в зависимости от возможностей картоноделательной машины. Чаще всего производят двухслойный крафт­лайнер: базовый коричневый слой состоит из вторичного волокна, а наружный — в основном из длинноволокнистых первичных волокон. Крафт­лайнер, как правило, используют для производства изделий и тары с повышенными требованиями к механическим показателям.

Тест­лайнер — также многослойный материал. Он изготавливается в основном из тех же компонентов, что и крафт­лайнер, но в другом соотношении. Обычно наружный слой подвергают специальной обработке: поверхностной проклейке, кашированию; всевозможные добавки придают тест­лайнеру специальные водоотталкивающие, морозостойкие, антикоррозионные и другие свойства.

Картоны для плоских слоев (лайнеры) должны отвечать требованиям ГОСТ 7420­89 ((СТ СЭВ 1686­89) Картон для плоских слоев гофрированного картона. Технические условия (с Изменением N 1)), где марка картона К­1 — высшей, К­2 и К­3 — первой категории качества.

Международная практика подразделяет лайнер на:

• К (kraft) — лайнер, состоящий из целлюлозных волокон;
• Т (test 3) — лайнер, волокнистая композиция которого полностью состоит из вторичных волокон;
• Т2 (test 2) — лайнер, состоящий из частично переработанных волокон;
• С (chip) — лайнер на основе макулатуры;
• BW (fully bleached white) — крафт­лайнер из беленой целлюлозы;
• WT (white top) — лайнер из вторичных волокон с верхним мелованным слоем;
• MK (mottled kraft) — крафт­лайнер белого цвета с вкраплениями;
• OY (oyster) — крапчатый тест­лайнер.

Для лайнеров нормируемыми являются следующие показатели: сопротивление продавливанию, торцовому сжатию, излому в поперечном направлении.

Флютинг

Термин «флютинг», так же как «лайнер», в нормативных документах не фигурирует. Однако он уже довольно давно прочно вошел в терминологию специалистов, связанных с гофроиндустрией. Официальное название флютинга согласно ГОСТ — «бумага для гофрирования, предназначенная для изготовления гофрированного слоя гофрированного картона».

На Западе флютингом называют бумагу для гофрирования, произведенную из полуцеллюлозы (Semichemical fluting, SF). В основном это масса, полученная путем неглубокой химической обработки хвойной древесины. Бумага для гофрирования, почти на 100% состоящая из вторичного сырья (макулатуры), называется веленштофф (Wellenstoff, WS). Рекуперационные волокна в среднем проходят трехступенчатую переработку, поэтому в волокнистой композиции веленштоффа все равно присутствует некоторый процент первичного волокна, что обеспечивает жесткость флютинга.

Шренц (Schrenz) — это бумага для гофрирования, а также материал для тест­лайнера самого низшего сорта с низкими техническими характеристиками, к которым выдвигают не столь жесткие требования.

Флютинг отличается очевидной грубостью поверхности на ощупь и менее эстетичен на вид, так как предназначен для изготовления внутреннего слоя гофрокартона. Чаще всего состав по волокну флютинга аналогичен материалам, которые используются для изготовления тест­лайнера (Waste based fluting, WBF). Однако при производстве гофрокартона и тары из него флютинг играет, пожалуй, самую важную роль — гофр принимает на себя основную нагрузку, и именно от технических характеристик бумаги для гофрирования зависят амортизационные свойства гофрокартона и тары из него.

ГОСТы, регламентирующие производство гофрокартона, включают требования, которым должен соответствовать данный продукт.

Бумага для гофрирования должна соответствовать требованиям ГОСТ 7377­85 (Бумага для гофрирования. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3)), согласно которому это бумага­основа, используемая для внутреннего слоя гофрокартона. Изготавливаются следующие марки такой бумаги: Б­0, Б­1, Б­2 и Б­3. Флютинг марки Б­1 в основном производится из сульфатной небеленой целлюлозы; Б­2 — преимущественно из смеси сульфатной небеленой целлюлозы и других ненормированных материалов; Б­3 — из ненормированных волокнистых материалов. Поскольку бумага для гофрирования используется для изготовления внутреннего слоя гофрированного картона, ее физико­механические показатели должны обеспечивать стабильное качество при возникающих статических и динамических нагрузках (при складировании, штабелировании, хранении и т.д.), а главное — обеспечивать сохранность гофра.

В данном контексте обращаем внимание читателя на государственные стандарты: ГОСТ 7376­89 Картон гофрированный. Общие технические условия (с Поправкой), ГОСТ Р 53207­2008 Картон для плоских слоев гофрированного картона. Технические условия, ГОСТ Р 53206­2008 Бумага для гофрирования. Технические условия.

Клей для производства гофрокартона

Ошибочно считается, что клей — это маловажная и незначительная составляющая в стоимости производства гофрокартона, поэтому часто забывают, что без хорошего клея не бывает хорошего гофрокартона. Потери, вызванные плохим качеством клея, весьма серьезны — это испорченные дорогостоящие лайнер и флютинг, потерянное рабочее время, невыполненные вовремя заказы. Если добавить к этому поток рекламаций от потребителей на некачественный гофрокартон, то сразу меняется картина роли клея в его производстве.

Для производства гофрокартона используются различные клеи, в зависимости от способа нанесения, возможностей предприятия для его приготовления, а кроме того, применяется готовый клей.

На производственном предприятии используются два вида клея: один для склейки слоев гофрокартона, другой — для склейки продукции из гофрокартона. Сначала поговорим о клеях для склеивания коробов.

Склеивание коробов производится как водно­дисперсионными, так и термоплавкими клеями. Для каждого из типов клеев характерны свои клеевые системы. А для клеевых систем существует свой способ нанесения клея. На современном этапе скрепление коробов скобами отходит в прошлое, а на передний план выходят два основных способа склеивания коробов и гофрокоробов: контактный и бесконтактный. Есть еще роликовый способ нанесения, но он не пользуется популярностью у специалистов, так как не позволяет быстро переналаживать систему под новый заказ и новые параметры.

Контактный способ — это системы низкого давления клея с простой клеевой головкой, обычно входящей в контакт с обрабатываемой поверхностью под определенным углом. Бесконтактный способ нанесения стал возможен после изобретения быстродействующих электрических клапанов. Это позволило наносить клей с некоторого расстояния от картона.

Контактная система часто используется при склеивании гофрокартона, а бесконтактная — для склеивания тары из картона.

Контактный способ нанесения клея

В основе клеев, используемых для контактного метода, лежат клеи с высокой вязкостью. Головка в такой клеевой системе имеет довольно большие размеры (диаметр от 1 до 1,5 мм). И только при достаточной вязкости возможна бесперебойная подача необходимого количества клея в зону контакта форсунки и картона.

В случае контактного нанесения сам контакт с обрабатываемой поверхностью помогает «вытягивать» клей из клапана на поверхность картона. Данный метод требует полного контакта форсунки и картона. При его нарушении клей не всегда попадает на картон и часто выбрасывается из клеенаносящей установки в направлении движения картона, что вызывает загрязнение установки и клеевые следы на полу. Поэтому важным элементом является правильная настройка направляющих и пружин, которые обеспечивают возможность правильного нанесения клея. На оборудовании, работающем на скоростях до 20 тыс. коробок в час, обязательно используются направляющие.

Емкость с клеем обычно устанавливается отдельно от клеенаносящих систем в удобное место в цехе. От этой емкости клей по ПВХ­трубопроводу подается к оборудованию и распределяется по клеенаносящим системам, в которых устанавливается необходимое для нанесения клея низкое давление.

Если ширину наносимого клеевого рисунка необходимо расширить, то для контактных систем характерно добавление специальных аппликаторов, которые позволяют расширить клеевой рисунок до 10 см на обычных машинах и до 15 см — на больших машинах. Это очень удобно при склеивании крупногабаритной тары. Контактный метод обеспечивает очень точное нанесение клея на гофрокартон. При этом форсунки чистятся автоматически.

Бесконтактный способ нанесения клея

При бесконтактном нанесении необходим выброс клея на расстояние приблизительно 10 мм. Следовательно, требуется создание довольно высокого давления для придания достаточной скорости потоку клея, чтобы обеспечить его нанесение в нужное место на поверхности картона. При недостаточном давлении клея возможна закупорка форсунки. Поэтому для такого метода используются жидкие клеи на основе каучука. Только при низкой вязкости в данных условиях можно обеспечить чистоту нанесения и прерывание на головке. Низкая вязкость клея обусловлена также меньшим размером отверстий в форсунках и большими скоростями.

Бесконтактные системы обычно основаны на использовании одного большого клапана и специальных насадок с несколькими отверстиями, или нескольких клапанов, встроенных в одну линию. В результате ширина клеевого рисунка ограничена двумя­четырьмя линиями (каплями) с расстоянием 0,6 см между их центрами или суммарной шириной рисунка в 2,5 см. Данные характеристики очень хороши при работе на малых машинах и с небольшими коробками, но для коробок большего размера покрытия не хватает.

Для бесконтактного метода характерны высокие скорости производства, а следовательно — высокая производительность. Бесконтактный метод нанесения имеет особенность: диаметр отверстия форсунки меньше, а само малое отверстие, через которое проходит клей, — длиннее, чем в контактных системах. При простое в течение нескольких минут в головке может застыть некоторое количество клея, что, в свою очередь, может испортить первую коробку, которая будет обрабатываться после запуска системы.

Для предотвращения этого недостатка используется специальный изолятор, который накрывает форсунку, когда на входе нет картона и оборудование простаивает. После запуска конвейера изолятор открывается, свежий клей поступает на обрабатываемый материал и первая коробка нормально склеивается.

Клей для склейки слоев гофрокартона

Обязательными компонентами приготовления крахмального клея для производства гофрокартона являются крахмал, вода, бура и каустическая сода. Помимо них могут использоваться дополнительные компоненты.

Состав 1 тонны клея для производства гофрокартона выглядит так:

• вода — 767 кг,
• крахмал — 225 кг,
• каустическая сода — 5 кг,
• бура — 3 кг.

Клей готовится 15­27­процентной концентрации по всему крахмалу, из которого 10­25% составляет крахмал клейстеризованный и соответственно 90­75% — крахмальные зерна.

Зерна крахмала являются основным адгезивом, а также выполняют функцию поглотителя воды из раствора. За счет этого на гофропрессе или на сушильном столе в условиях высокой температуры происходит быстрое схватывание клея в месте контакта гофробумаги и плоского картонного слоя.

Вода служит растворителем крахмального клея. Содержание воды в клее составляет от 73 до 85%, и вся она, за исключением молекулярно связанной с крахмалом (примерно 12%), должна быть удалена на гофроагрегате.

Каустическая сода снижает температуру клейстеризации крахмала и ускоряет набухание крахмальных зерен.

Бура способствует образованию поперечных связей в клее, повышая вязкость дисперсии. Бура сообщает клею «короткую» структуру, клей не образует капелек при нанесении его на вершины гофров и не пачкает гофровалы. Также бура повышает липкость клея и выполняет роль антисептика.

В случаях плохой склейки нельзя назвать определенно одну причину, все же можно отметить, что чаще всего плохая склейка гофрокартона происходит от того, что суспендированный крахмал в составе клея не успевает клейстеризоваться. На то есть две основные причины:

• недостаточная водоудерживающая способность той части клея, которую принято называть «носителем»;
• недостаточная скорость набухания крахмальных зерен, составляющих суспендированную часть крахмала.

При недостаточной водоудерживающей способности клея происходит быстрая потеря первых порций влаги. При дефиците влаги крахмал просто не способен клейстеризоваться и проявлять свои клеящие свойства. Тот момент, когда крахмал способен клейстеризоваться с проявлением клеящих свойств, прекращается, когда содержание влаги в крахмальной суспензии становиться меньше 60%. Если до этого момента крахмальные зерна не успели клейстеризоваться, то далее они ведут себя как инертный наполнитель клеевого шва.

Поэтому важно, чтобы клей обладал повышенной водоудерживающей способностью на начальной стадии, когда происходит клейстеризация крахмала, и быстро досыхал на второй стадии, после склейки, чтобы не снижать производительности оборудования. В состав клея входят модифицированные крахмалы, водоудерживающие добавки и добавки, которые ускоряют высыхание клея на стадии досыхания клеевого шва.

Добавки

Для придания клеевому шву водостойких свойств в пропорции от 5 до 15% к содержанию всего крахмала в готовый клей добавляют ацетоно­ и мочевиноформальдегидные смолы, латексы бутадиенового, изопренового и бутадиенстирольного каучуков и некоторые другие химикаты. В весеннее­летний период для борьбы с микробиологическими организмами в клей целесообразно периодически добавлять биоциды в количестве до 1% от содержания крахмала.

Гофротара

Вид крахмала — нативный или модифицированный — не играет особой роли при изготовлении клея для гофрокартона. Заявления некоторых фирм об особой стабильности клея, приготовленного с использованием холодно­растворимого или окисленного крахмала, являются скорее маркетинговым ходом, чем техническим решением. Модификацию крахмала можно выполнить самостоятельно при обработке его щелочью совместно с интенсивным перемешиванием. Модификации крахмала щелочью достаточно для получения гофрированного картона на любой скорости гофроагрегата.

Контроль качества крахмального клея осуществляется измерением концентрации, температуры, вязкости и температуры клейстеризации. Концентрация, при которой клей гарантированно склеивает слои картона, составляет по сухому остатку от 15 до 27%. Нижний предел концентрации ограничивается из­за замедления скорости схватывания и скорости высыхания клея, а также коробления гофрокартонного листа. Верхний предел ограничивается дефицитом воды, необходимой для клейстеризации крахмальных зерен.

Применение и переработка гофрокартона

Сейчас в России выпускается в основном трехслойный гофрокартон марки Т­23 с профилем С и трехслойный гофрокартон с профилем В (обеспечивает высокую жесткость упаковки); доля микрогофрокартона крайне незначительна.

Тарный картон применяется для упаковки различных товаров, не требовательных к внешнему виду тары. Гофрокартон используется для изготовления ящиков, транспортной и потребительской упаковки.

Из пяти­ и семислойного гофрокартона производится транспортная упаковка для мебели, больших бытовых электроприборов, промышленного оборудования. В этой области упаковки он практически «монополист», что связано как с дешевизной и легким весом упаковки из гофрокартона, так и с ее привычностью для потребителей. Кашированный гофрокартон с полноцветной печатью служит для производства потребительской упаковки дорогих товаров.

Микрогофрокартон толщиной 1­2 мм (в том числе кашированный) используется для изготовления индивидуальной упаковки широкого спектра товаров (в основном косметической и фармацевтической промышленности). В последнее время он вытесняет из этой сферы обычный картон благодаря своей эстетичности и меньшему весу при той же жесткости.

Сегодня примерно 80% производимого в России гофрокартона используется для производства транспортной упаковки. В то же время 76­78% транспортной упаковки составляют картонные ящики.

Наибольшую долю среди подотраслей пищевой промышленности по объемам потребления гофротары в обшей российской статистике занимает производство алкогольной и безалкогольной продукции — 38%, по 12% приходится на кондитерские изделия и молочные продукты.

Основным потребителем упаковки из гофрокартона является пищевая промышленность (около 80%), и ее доля в потреблении растет, что связано, конечно, с ростом самой пищевой промышленности. Примерно по 5% упаковки из гофрокартона потребляют следующие отрасли: химическая, производство бытовой техники, производство синтетических моющих средств.

Преимущества гофрокартона по сравнению с другими упаковочными материалами

Плюсы

Основные преимущества картона общеизвестны. Он легок (ящик из гофрированного картона в три­четыре раза легче аналогичного пластмассового, в три раза — ящика из дерева). Соответственно при транспортировке упакованного в картонные ящики товара экономится горючее, сами ящики могут доставляться заказчику в сложенном виде. Картон многофункционален — его можно использовать для упаковки различных товаров.

Картон также пригоден для вторичной переработки. При должной организации достигается многократный возврат в экономический цикл использованной при производстве картона первичной целлюлозы, что существенно экономит материальные ресурсы производителей. Кроме макулатурного картона, из вторсырья также изготавливаются различные волокнистые плиты, бугорчатые прокладки и другие, как правило строительные, материалы. Макулатура является заменителем целлюлозы, древесной и бумажной массы, что благоприятно сказывается на экологической обстановке.

Важным плюсом картона является его привычность для потребителей, которые доверяют упаковке, сделанной из целлюлозного сырья. Имидж картона как экологически чистого материала часто является важным фактором в выборе упаковки.

Минусы

К недостаткам относятся более высокая себестоимость, чем у некоторых видов пластика, высокая газо­ и влагопроницаемость большинства его видов; негибкость картона как материала, плохая устойчивость к механическим, а особенно к химическим воздействиям. Недостатком, присущим отечественному картону, также можно назвать не самое высокое качество.

Картон vs пластик

Картон обладает несколькими серьезными преимуществами перед своим основным конкурентом — пластиком. Его производство требует меньшего расхода электроэнергии и других ресурсов, а кроме того, оно более экологично. На картоне легко напечатать различными способами (офсетом, флексографией, шелкографией) любое нужное изображение.

Вместе с тем, пластик заведомо превосходит картон по следующим пунктам:

• возможность создания упаковки практически любой конфигурации и размера, удобной для транспортировки и хранения;
• стойкость к химическому воздействию, пыле­ и влагонепроницаемость.

Пластик по своей природе больше подходит для создания упаковки, которая используется многократно, каждый день. Картонная упаковка в таких условиях быстро приходит в негодность. Во многом именно с этим связан переход на использование пластика для упаковки видеокассет, книг, бумажных документов.

Современные технологии позволяют создавать из пластика упаковку, которая будет обладать заданными свойствами — например, пропускать кислород и выпускать углекислый газ, что будет способствовать сохранению продуктов питания, прежде всего фруктов, в идеальном состоянии. Активная упаковка содержит функциональные добавки (поглотители газов и влаги, антимикробные препараты, ароматизаторы и т.д.), способствующие улучшению товарного вида и сохранению заданных органолептических свойств пищевой продукции. Сегодня проводится разработка и внедрение биологически активных упаковочных материалов с ферментами, иммобилизованными на полимерном носителе. Такие материалы будут способны регулировать состав, биологическую и вкусовую ценность продуктов питания, ускорять процессы получения пищевой продукции.

Перспективы гофрокартона

В целом же, по данным Abercade Consulting, доля бумаги и картона в потребительской таре на сегодня составляет 15,1% общего объема потребления, в производственной таре — 73,9% (сравнение проводилось по весу упаковки). На долю картона для упаковки (в том числе тарного картона и картона для потребительской тары) приходится более 80% всего объема производства картона в России. По всей видимости, картон и бумага в ближайшие годы по­прежнему будут широко применяться в качестве материла для производственной и групповой тары, а картон, к тому же, — в качестве транспортной тары.

Статистика последних лет показывает, что у картона и производных из него упаковочных материалов перспективы применения по­прежнему остаются вполне радужными. По оценкам Всемирной организации производителей картона (WCO), Россия — единственная в Восточной Европе страна, где ожидается ежегодный прирост потребления тарного картона на уровне 6,5­7% в год. По прогнозам экспертов, рост спроса на упаковку из гофрокартона в ближайшей перспективе будет составлять около 4­5% в год.

Из других объективных факторов, влияющих на рост производства картона, прежде всего отметим, что в нашей стране продолжается процесс импортозамещения в отрасли упаковки и этот процесс все­таки стимулирует рост отечественного производства картона.

Если судить по данным статистики, производство как картона, так и полимеров, растет примерно одинаковыми темпами в процентном выражении, хотя в абсолютном выражении объем производства картона, естественно, находится на первом месте.

В то же время, исходя из общемировых тенденций перехода на пластик (в странах Европы и США 41% производимых полимерных материалов используется для упаковки, а доля продуктов питания, упакованных в пластик, составляет более 60%), можно сказать, что применение полимеров в упаковке будет постепенно обгонять использование картонов.

Кратко о производстве гофротары

Выбор оборудования и технология производства гофротары зависят от номенклатуры и объемов производства.

На первом этапе необходим роспуск (нарезка и рилевка) гофрокартона на нужные размеры. Для роспуска гофрокартона применяется резательно­рилевочный станок.

На втором этапе с помощью флексографской печатной машины на гофрокартон наносится печать.

На третьем этапе производятся заготовки для будущего гофроящика:

• для изготовления стандартной четырехклапанной коробки используется просекательно­рилевочный станок (слоттер), который осуществляет просечку и рилевку;
• для изготовления нестандартных видов гофротары, а также для изготовления четырехклапанной коробки с ручками, вентиляционными отверстиями и прочим используется станок высечной ротационный или плосковысечной.

На четвертом этапе производится склейка гофроящиков. Здесь используется автоматический фальцевально­склеивающий станок. Данный станок осуществляет склейку в автоматическом режиме и укладку в пачки четырехклапанного гофрокороба. Автоматический фальцевально­склеивающий станок выгодно использовать при объемах производства одного типоразмера гофротары не менее 30 тыс. штук. В случае если производитель ориентируется на широкую номенклатуру и небольшие объемы производства по каждому типоразмеру, рекомендуется применять фальцевально­склеивающий станок (полуавтомат). Данный станок является автоматизированным рабочим местом оператора, который будет производить склейку гофротары, и позволяет увеличить производительность одного оператора­склейщика.

На пятом этапе с помощью специальной машинки производится обвязка гофроящиков в пачки полипропиленовой лентой.

На шестом этапе необходимо спрессовать отходы в кипы с помощью пресса для отходов.