Склад розчину для надання водонепроникності паперу

Склад для надання водонепроникності паперу, що містить поліамідепіхлоргідринову смолу і воду, який відрізняється тим, що додатково містить полівініловий спирт та карбамід за такого співвідношення компонентів, мас. %: полівініловий спирт 6-8 карбамід 4-6 поліамідепіхлоргідринова смола, марки Ультрарез-200 4-6 вода решта. (19) (21) u201101514 (22) 10.02.2011 (24) 25.07.2011 (46) 25.07.2011, Бюл.№ 14, 2011 р. (72) ОСИКА ВІКТОР АНАТОЛІЙОВИЧ, КОПТЮХ ЛЕОНІД АНДРІЙОВИЧ, МОСТИКА КОСТЯНТИН ВІКТОРОВИЧ (73) ОСИКА ВІКТОР АНАТОЛІЙОВИЧ, КОПТЮХ ЛЕОНІД АНДРІЙОВИЧ, МОСТИКА КОСТЯНТИН ВІКТОРОВИЧ 3 забезпечує можливість зберігання запакованої продукції протягом регламентованого терміну, а також дозволяє здійснювати автоматичне пакування виробів на спеціальному швидкісному обладнанні. Виробництво парафінованого паперу здійснюється у два етапи, що пов'язане з великими виробничими втратами, з використанням додаткового обладнання для просочування паперу-основи та дорогих дефіцитних матеріалів (парафіну тощо). Це підвищує вартість паперу. Значні ускладнення виробництво та використання парафінованого паперу викликають у сфері екологічної безпеки, оскільки утилізація відходів просоченого паперу потребує підвищених витрат, а використання їх як вторинної сировини викликає низку технологічних утруднень. У якості речовин, які використовуються для надання паперу вологоміцності широке застосування знаходять поліамідні смоли, модифіковані епіхлоргідрином. Зокрема, відомий папір для пакування виробів із високим вмістом вологи за описом патенту України № 10696, кл. МКІ D21H27/10, D21H17/3, опубл. 25.12.1996, який містить розмелені до 50-75°ШР целюлозні волокна, що оброблені поліамідною смолою, модифікованою епіхлоргідрином (Водамін-115), з масовим показником середньої довжини волокна 85-120 дг (дециграм). Вміст вказаної смоли у відомому папері досягає 1-2 % від абсолютно сухого волокна (а.с.в.). Відомий папір відрізняється високим опором продавлюванню та високою вологоміцністю, яких досягають за рахунок вмісту в ньому розмелених до 50-75°ШР целюлозних волокон та значної (1-2 % від маси а.с.в.) витрати поліамідної смоли, модифікованої епіхлоргідрином. Відомий папір виготовляють в один етап на папероробному обладнанні, він не потребує додаткової обробки парафіном. Проте за рівнем водонепроникності, а також іншими характеристиками міцності, такими як руйнівне зусилля та подовження під час розтягування, зокрема в поперечному напрямку, які найбільш важливі для пакування карамелі та інших аналогічних кондитерських виробів на автоматах, цей папір помітно поступається парафінованому, а тому не застосовується для пакування вказаних виробів. Також відомий папір для пакування карамелі за описом патенту України № 10014 А, опубл. 16.07.2001, який містить оброблені поліамідною смолою, що модифікована епіхлоргідрином, целюлозні волокна із ступенем млива 35-50°ШР та масовим показником їх середньої довжини 150-120 дг, щільність паперу знаходиться в межах 0,6-0,8 3 г/см . Описаний папір обрано нами за прототип, що найбільш близький до паперу за винаходом за своєю технічною суттю. Такий папір має підвищені міцнісні показники та щільність у порівнянні з попереднім аналогом, однак поліамідна смола, модифікована епіхлоргідрином, дає підвищення лише вологоміцності паперу, але, як показали наші дослідження, не знижує його водопроникності. Тобто вологоміцний папір не створює бар'єр проходженню рідини і тому пропускає воду до запакованого продукту, а також незначною мірою знижує 61813 4 поверхневу вбирність води. Але для зберігання гігроскопічних харчових продуктів необхідно створити такий пакувальний матеріал, який би захищав цю продукцію від впливу вологи навколишнього середовища, тобто був водонепроникним або малопроникним для вологи і одночасно був вологоміцним. Вирішення цієї задачі вимагає створення такого складу, який після нанесення на поверхню паперу надавав би водонепроникних властивостей, підвищував гідрофобність поверхні паперу і зберігав високу міцність під дією вологи, тобто мав підвищену вологоміцність. В основу корисної моделі "Склад розчину для надання водонепроникності паперу" поставлено завдання шляхом введення додаткових компонентів до складу розчину знизити рівень його водопроникності та поверхневої вбирності води, а також підвищити вологоміцність паперу. Поставлене завдання вирішується тим, що склад для надання водонепроникності паперу, який містить поліамідну смолу, модифіковану епіхлоргідрином, і воду, відповідно до корисної моделі, додатково містить полівініловий спирт та карбамід за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 6-8 карбамід 4-6 поліамідепіхлоргідринова смола, марки Ультрарез 200 4-6 вода решта. Просочення паперу складом, який містить Ультрарез-200, з одного боку, підвищує його гідрофільні властивості завдяки наявності гідрофільних центрів (NH- і СО-групи), що здатні сорбувати воду, а з іншого - перешкоджає сорбції води целюлозними волокнами за рахунок закриття пор і капілярів. В залежності від того чи іншого процесу змінюються гідрофільні властивості паперу. За малими витратами Ультрарез-200 сприяє, головним чином, утворенню міжволоконних зв'язків і не перешкоджає доступу води до гідрофільних центрів целюлози. Утворення міжволоконних зв'язків за участю Ультрарез-200 за малих витрат, на відміну від утворення міжволоконних зв'язків молекул целюлози, призводить до зростання об'єму мікрокапілярів, оскільки в цьому випадку не відбувається змикання целюлозних волокон і закриття міжволоконних просторів. Не зважаючи на те, що малі витрати зв'язувальної речовини не призводять до значної гідрофобізації поверхні паперу, його вологоміцність зростає. Це обумовлено тим, що міжволоконні зв'язки за участю Ультрарез-200, що має зшиту трьохмірну структуру, на відміну від зв'язків, утворених ОН-групами целюлози, не руйнуються під дією вологи. Такі властивості Ультрарезу-200 дають можливість в сукупності з целюлозою та іншими компонентами створювати стабілізаційну систему, яка буде захищеною від дії вологи. Це дає можливість додати до складу полівініловий спирт (ПВС) - продукт лужного омилення полівінілацетату, синтетичний лінійний високомолекулярний полімер, в сухому стані тверда речовина білого кольору, стійкий до дії жирів, розбавлених кислот та лугів, розчинний у воді і концентрованих розчинах бага 5 тоатомних спиртів. Покриття з ПВС прозорі, не взаємодіють з маслами і жирами, наносяться без ґрунтувального шару, фізіологічно нешкідливі. Саме завдяки додаванню ПВС до складу забезпечується цілий комплекс позитивних властивостей: щільна і зімкнута структура; водонепроникність; підвищення механічної міцності паперу, його еластичності, пластичності та гнучкості, зниження поверхневої вбирності води. Однак розчини ПВС мають високу в'язкість, що сприяє довготривалому та слабкому проникненню його у міжволоконний простір та капіляри целюлози. Тому до складу розчину вводиться карбамід діамід вугільної кислоти, безбарвна кристалічна речовина, розчинна у воді. Водний розчин карбаміду легко проникає у волокна целюлози, сприяючи їхньому набуханню, під час якого відбувається розширення пор та капілярів, а отже і проникнення ПВС та Ультрарез-200 відбувається швидше та інтенсивніше. Карбамід також сприяє розм'якшенню волокон целюлози під час набухання, а тому, після каландрування просоченого даним розчином паперу, утворюється більш щільна та зімкнута структура. Розроблений склад є стійкою системою полімер-полімер, а його сумісність з целюлозою забезпечує досягнення високих показників водонепроникності, вологоміцності, споживчих, експлуатаційних і санітарно-гігієнічних властивостей паперу з нанесеним на його поверхню складом. Корисна модель ілюструється такими прикладами. Приклад 1. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас. %: полівініловий спирт 2 карбамід 6 Ультрарез-200 4 вода 88 Приготовлений склад наносять на папір2 основу з масою паперу площею 1 м 45 г. Маса 2 нанесеного покриття при цьому складає 6,6 г/м . Папір висушують і отримують вологоміцний папір. Водонепроникний папір піддають випробуванням за методами і нормативною документацією, що прийняті в целюлозно-паперовій промисловості. Дані випробувань наведені в таблиці. Приклад 2. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 2 карбамід 4 Ультрарез-200 6 вода 88 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 5,8 2 г/м . Приклад 3. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 2 карбамід 6 Ультрарез-200 2 вода 90 61813 6 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 6,0 2 г/м . Приклад 4. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 2 карбамід 2 Ультрарез-200 8 вода 88 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 4,5 2 г/м . Приклад 5. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 6 карбамід 6 Ультрарез-200 4 вода 86 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 7,9 2 г/м . Приклад 6. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 4 карбамід 4 Ультрарез-200 6 вода 86 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 7,8 2 г/м . Приклад 7. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 4 карбамід 6 Ультрарез-200 2 вода 88 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 10,2 2 г/м . Приклад 8. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 4 карбамід 2 Ультрарез-200 8 вода 86 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 5,7 2 г/м . Приклад 9. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 8 карбамід 6 Ультрарез-200 4 вода 82 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 6,2 2 г/м . Приклад 10. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення 7 61813 компонентів, мас.%: полівініловий спирт 8 карбамід 4 Ультрарез-200 6 вода 82 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 8,4 2 г/м . Приклад 11. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 8 карбамід 6 Ультрарез-200 2 вода 84 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 9,0 2 г/м . Приклад 12. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 8 карбамід 2 Ультрарез-200 8 вода 82 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 6,9 2 г/м . Приклад 13. Готують склад для надання водо 8 непроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 12 карбамід 6 Ультрарез-200 4 вода 78 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 11,2 2 г/м . Приклад 14. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: полівініловий спирт 6 карбамід 4 Ультрарез-200 6 вода 84 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 7,7 2 г/м . Приклад 15 (найближчий аналог). Зразки паперу виготовляють згідно з описом патенту України № 10014 А, опубл. 16.07.2001. Готують склад для надання водонепроникності паперу за такого співвідношення компонентів, мас.%: Ультрарез-200 4 вода 96 Наносять склад на такий же папір-основу. Маса нанесеного покриття при цьому складає 5,1 2 г/м . Таблиця Значення показника за прикладань Найменування показника Маса паперу, г/м2 Маса покриття, г/м2 Товщина, мкм Щільність, г/см3 Поверхнева вбирність води, г/м2 Водопроникність, с Повітропроникність, см3/хв Руйнівне зусилля, Н у машинному напрямі у сухому стані у вологому стані у поперечному напрямі у сухому стані у вологому стані Непросочений папір-основа 1 2 3 4 5 6 7 8 45.0 0 47.4 0.95 50.1 5.1 51.4 0.97 50.3 5.3 52.6 0.96 50.0 5.0 52.0 0.96 49.9 4.9 52.1 0.96 49.7 4.7 50.6 0.98 50.3 5.3 51.6 0.97 50.0 5.0 51.4 0.97 49.6 4.6 51.0 0.97 50.5 50.2 50.3 50.2 50.1 5.5 5.2 5.3 5.2 5.1 51.4 50.2 50.4 50.7 50.4 0.98 1.00 1.00 0.99 0.99 50.5 5.5 51.7 0.98 15 (найближчий аналог) 49.5 4.5 54.2 0.91 55.0 30.8 29.2 32.4 31.6 25.4 25.9 26.3 26.1 24.0 20.5 20.2 22.3 21.9 25.1 45.2 9 10 11 12 13 14 72 111 116 104 104 192 198 180 185 420 1950 2453 1195 1195 14400 105 42 28 13 40 26 26 26 22 21 21 21 17 11 10 12 13 45.0 2.4 62.0 63.0 58.0 63.0 64.0 67.0 65.0 66.0 67.0 70.0 72.0 68.0 72.0 20.2 20.8 20.0 21.2 22.4 22.0 22.0 23.2 22.6 24.0 26.4 23.8 24.2 73.0 16.8 48.0 10.5 34.0 1.8 48.0 50.0 46.0 48.0 52.0 55.0 52.0 54.0 56.0 57.0 60.0 56.0 58.0 15.6 16.0 15.6 16.0 17.4 17.5 17.4 17.5 18.3 19.0 20.3 18.8 19.3 60.0 12.6 35.0 7.4 9 Міцність під час розтягування, кН/м у машинному напрямі у сухому стані у вологому стані у поперечному напрямі у сухому стані у вологому стані Вологоміцність, % у машинному напрямі у поперечному напрямі Розривна довжина, м у машинному напрямі у поперечному напрямі Відносне видовження в момент руйнування, % у машинному напрямі у поперечному напрямі Жиропроникність, хв 61813 10 1.80 0.10 2.48 2.52 2.32 2.52 2.56 2.68 2.60 2.64 2.68 2.80 2.88 2.72 2.88 0.81 0.83 0.80 0.85 0.90 0.88 0.88 0.93 0.90 0.96 1.06 0.95 0.97 2.92 0.67 1.91 0.40 1.36 0.07 1.92 2.00 1.84 1.92 2.08 2.20 2.08 2.16 2.24 2.28 2.40 2.24 2.32 0.62 0.64 0.62 0.64 0.70 0.70 0.70 0.70 0.73 0.76 0.81 0.75 0.77 2.40 0.50 1.42 0.28 5.3 32.6 33.0 34.5 33.7 35.0 32.8 33.8 35.2 33.7 34.3 36.7 35.0 33.6 23.0 20.9 5.3 32.5 32.0 33.9 33.3 33.5 31.8 33.5 32.4 32.7 33.3 33.8 33.6 33.3 21.0 19.7 4080 5050 5110 4740 5150 5260 5440 5310 5430 5420 5690 5840 5530 5870 5900 3940 3080 3910 4060 3760 3930 4270 4460 4250 4440 4530 4640 4870 4550 4730 4850 2930 1.3 2.5 2.6 2.5 2.6 2.8 3.0 3.0 3.0 3.1 3.2 3.3 3.3 3.5 2.7 2.6 1.4 5.8 5.6 5.6 5.7 5.8 5.9 5.9 6.0 6.3 7.0 7.4 6.8 6.8 6.1 3.8 2 15 17 15 16 22 25 23 24 28 29 33 31 30 150 2 Як свідчать результати досліджень та аналіз результатів випробування зразків паперу згідно з заявкою і аналогом, що наведені в таблиці, застосування розчину з концентрацією ПВС понад 8 % є недоцільним, оскільки висока в'язкість композиції призводить до її слабкого проникнення у волокна целюлози, вимагає збільшення часу просочення паперу, викликає прилипання покриття до сушильних циліндрів під час висушування просоченого паперу. Як наслідок, це призводить до погіршення якості паперу за деякими показниками, зокрема вологоміцності, та руйнування його структури, про що свідчать дані за прикладом 14. За рівних концентрацій ПВС підвищеними показниками якості володіють зразки паперу, просочені розчинами з концентрацією карбаміду та Ультрарез-200 в діапазоні 4-6 % (приклади 10-11). Збільшення вмісту цих речовин у складі розчину не значною мірою підвищує значення показників якості, однак сприяє зростанню вартості паперу, просоченого цим розчином. Папір згідно з заявкою у порівнянні з аналогом має досить високий рівень водонепроникності та вологоміцності, а також одночасно сприяє зниженню рівня поверхневої вбирності води. Застосування розробленого складу сприяє досягненню рівномірності показників, що характеризують бар'єрні і захисні властивості, механічну міцність та інші властивості по всій ширині паперового полотна як у машинному, так і в поперечному напрямках. Отриманий папір характеризується гнучкістю, що виключає можливість утворення тріщин, забезпечуючи збереженість, стабільність та непоруш ність бар'єрного шару друку під час його перероблення, фасування та упакування продукції. Про це свідчать підвищені показники відносного видовження паперу як у машинному, так і в поперечному напрямках, які значно вищі цього показника для аналога. Цей показник є також дуже важливим фактором для виготовлення пакувального паперу з так званим «твіст-ефектом» - важливою і необхідною вимогою до паперу для упакування карамелі, шоколадних цукерок на високошвидкісних автоматах. Під час автоматичного завертання папір, який не відрізняється високим відносним видовженням у поперечному напрямку, розривається, при цьому порушуючи "замок" цього наповнення, що є небажаним і неприпустимим під час виробництва таких виробів. Показник поверхневої вбирності під час однобічного змочування паперу, просоченого розроб2 леним складом, знаходиться на рівні 20-22 г/м , що характеризує достатньо високий ступінь проклеювання паперу та його гідрофобності, а це свідчить про те, що поверхня паперу відповідає вимогам поліграфії під час нанесення багатофарбової етикетки на один з боків паперу, рівномірного фарбосприйняття і отримання якісної друкованої продукції. Розроблений склад сприяє створенню більш зімкнутої мікропористої структури, яка є непроникною не тільки для води, але і світлових променів і повітря, тобто такий пакувальний матеріал сприятиме захисту продукції протягом подовженого терміну зберігання. Про створення такої мікропористої структури свідчать показники 11 61813 повітропроникності розроблених дослідних зразків паперу, які є значно нижчими у порівнянні з аналогом. Рівень мікропористості структури паперу забезпечує одночасно зростання водонепроникності і незначне «дихання» запакованого продукту – тобто продукт в такому пакуванні не задихається. Як показали дослідження, застосування запропонованого розчину також сприяє зниженню рівня жиропроникності паперу, що дає можливість пошуку нових напрямів використання такого пакувального матеріалу. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 12 Таким чином, запропонований склад розчину надає паперу підвищених водонепроникності, вологоміцності та інших міцнісних і бар'єрних властивостей, а також знижує рівень поверхневої вбирності води (тобто підвищує гідрофобність) у порівнянні з папером-аналогом. Пакування кондитерських виробів в паперові матеріали, просочені розробленим складом, сприяє кращому збереженню їхніх споживних властивостей протягом подовженого терміну. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601