Процес виготовлення жиронепроникного волокнистого матеріалу

Процес виготовлення жиронепроникного волокнистого матеріалу, який включає нанесення на поверхню волокнистої основи складу для надання жиронепроникності, що містить полівініловий спирт, гліцерин і воду, і сушіння отриманого волокнистого матеріалу, який відрізняється тим, що волокнисту основу використовують з повітропроникністю не більше 140 см3/хв, а склад додатково містить поліамідну смолу, модифіковану епіхлоргідрином, за такого співвідношення компонентів складу, мас. %: полівініловий спирт 0,1-33,0 гліцерин 0,03-10,9 поліамідна смола, модифікована епіхлоргідрином 0,3-6,0 вода решта. Винахід належить до целюлозно-паперового виробництва, зокрема до виробництва пакувальних матеріалів із жиронепроникним покриттям для упакування продуктів, що містять жири, у тому числі і харчових. Процес формування покриття, що визначає властивості волокнистого матеріалу з покриттям, розпочинається з моменту нанесення рідкого шару на волокнистий матеріал. Склад для покриття проникає на визначену глибину в капіляри волокнистого матеріалу, одночасно відбувається часткове відокремлення води і її всмоктування волокном. Глибина і швидкість проникнення складу у волокнистий матеріал визначається такими чинниками: - змочуванням поверхні складом для покриття; - ефективною в'язкістю складу; - водоутриманням складу; - електростатичним зарядом складу. Швидкість проникнення зменшується пропорційно підвищенню в'язкості розчину [А.И. Бонда рев. Производство бумаги и картона с покрытием. - М.: Лесная промышленность. - 1985, С.11]. У зв'язку з цим важливе значення має стабільність в'язкості складу для покриття у заданих межах. Це дає змогу точно регулювати витрату складу під час його нанесення, а також витрату повітря для рівномірного розподілу складу на полотні. Після сушіння на поверхні волокнистого матеріалу утворюється непомітна неозброєним оком жиронепроникна плівка, зв'язана з волокнистим матеріалом силами адгезії. Пакувальні волокнисті матеріали з жиронепроникним покриттям повинні забезпечувати цілісність запакованого продукту, що містить жири, і запобігати появі масляних плям на поверхні пакувального матеріалу. Пакувальні волокнисті матеріали для харчових продуктів, що містять жири, повинні не тільки не надавати продуктам неприємного запаху, але й запобігати псуванню продуктів під впливом окисних процесів, вологи навколиш (19) UA (11) 86291 (13) (21) a200708288 (22) 19.07.2007 (24) 10.04.2009 (46) 10.04.2009, Бюл.№ 7, 2009 р. (72) КОПТЮХ ЛЕОНІД АНДРІЙОВИЧ, UA, РИБАЛЬЧЕНКО ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ, UA, ОСИКА ВІКТОР АНАТОЛІЙОВИЧ, UA, БУТКО ТЕТЯНА ЛЕОНІДІВНА, UA (73) ЗАКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "ІНСТИТУТ ПАПЕРУ", UA (56) UA 34385, D21H19/00, 15.05.2003 SU 1266914, D21D3/00, D21H1/38, 30.10.86 UA 10697, D21H 27/10,17/00, 25.12.1996 UA 49568, D21H27/10, 17/33, 15.09.2002 US 4501640, D21H5/24, 26.02.1985 US 5439010, A24B15/28, B32B29/06, 08.08.1995 RU 95111930, C09D129/04, 5/20, 27.06.1997 RU 2021410, D21H11/12, 27/00, 15.10.1994 Фляте Д.М. Свойства бумаги. - М.: Лесная пром., 1976. - С. 266-269, 560-563 Технология упаковочной бумаги. Под ред. Н.Е. Трухтенковой. - М.: Лесная пром., 1974. - С. 10-12 C2 1 3 86291 4 нього повітря, мікроорганізмів, ультрафіолетових Покриття на основі ПВДХ хоча і має високі запроменів та ін. хисні властивості, але недостатньо еластичне і Відомо, що жиронепроникність волокнистому легко пошкоджується під час згинання, що призвоматеріалу (картону) можна надати за допомогою дить до погіршення якості та захисних властивоссилікату натрію. Картон із покриттям, що містить тей матеріалу і, як наслідок, упакованої продукції. силікат натрію, перешкоджає втраті ароматичних Для підвищення еластичності покриття викомасел із продуктів, що упаковуються, а також ристовують співполімер ПВДХ, що містить третій утворенню масляних плям на поверхні картону. мономер, який виконує роль пластифікатора. За Однак, жиронепроникні покриття, що складакордоном знайшли застосування співполімери ються із силікату натрію, стають крихкими, особвініліденхлориду і хлористого вінілу з акрилатами, ливо якщо їх наносять у вигляді товстих шарів. ацетатами, ефірами вищих кислот жирного ряду Щоб уникнути крихкості та надати гнучкості покта ін. ["Технология упаковочной бумаги" под ред. риттям із силікату натрію, до складу для нанесенН.Е. Трухтенковой, М., "Лесная промышленность", ня вводять пластифікатори. [Джеймс П. Кейси 1974, С.10-12]. Еластичність покриття з ПВДХ мо"Производство полуфабрикатов и бумаги", т.I, кн.II, жна підвищити, здійснивши попереднє ґрунтуванГослесбумиздат, 1958, С.273]. Під час старіння ня волокнистого матеріалу латексним покриттям. силікатні плівки біліють і втрачають свій глянець [Д.М. Фляте, "Свойства бумаги", М., " Лесная провнаслідок поглинання з повітря вуглекислого газу, мышленность ", 1976, С.560]. Проте, нанесення в результаті чого погіршується зовнішній вигляд двошарового покриття ускладнює технологію й матеріалу і його експлуатаційні властивості. підвищує вартість продукції. У якості складів для покриття широке застосуВідомо, що жиронепроникність волокнистому вання знаходять латекси, що являють собою висоматеріалу надають за допомогою покриття з полікоконцентровані колоїдні дисперсії синтетичних вінілового спирту (ПВС) - розчинного у воді предполімерів. Латекси мають низьку в'язкість, стабіставника вінілових смол. Покриття з ПВС прозорі, льні властивості, стійкі до біологічного руйнування. не взаємодіють з маслами і жирами, наносяться Але при цьому на властивості латексу і якість покбез ґрунтувального шару, фізіологічно нешкідливі. риття на його основі великий вплив мають розміри Вони мають високі захисні властивості, проте, нечасток латексу. Латекс для покриттів повинен місдостатньо еластичні і легко пошкоджуються під тити частки чітко визначеного розміру - 0,1-0,2мкм. час згинання, що є причиною зниження захисних Збільшення розміру часток призводить до зниженвластивостей паковання і передчасного псування ня стійкості латексу і поверхневого натягу, що, в продуктів. свою чергу, призводить під час нанесення латексу Для підвищення еластичності покриття в ПВС до посилення піноутворення, яке перешкоджає вводять пластифікатор - гліцерин - найпростіший досягненню рівномірного і однорідного покриття. триатомний спирт, що змішується у всіх співвід[А.И. Бондарев "Производство бумаги и картона с ношеннях з водою і не розчиняється в жирах [Д.М. покрытием", М, "Лесная промышленность", 1985, Фляте, "Свойства бумаги", М., Лесная промышС.32-33]. Для одержання волокнистого матеріалу з ленность, 1976, С.267]. високою жиронепроникністю латекси необхідно Відомий, наприклад, склад, що містить: 10 чаодночасно вводити як у волокнисту масу після її стин полівінілового спирту, 5 частин гліцерину і 85 розмелювання, так і на поверхню виготовленого з частин води [Джеймс П. Кейси "Производство понеї волокнистого матеріалу. [Д.М. Фляте "Свойстлуфабрикатов и бумаги", т.I, кн.II, Гослесбумиздат, ва бумаги", М, "Лесная промышленность", 1976, 1958, С.274]. С.562]. Однак, це ускладнює технологію виробницВідомий склад для надання жиронепроникноства матеріалу та підвищує вартість продукції. ті волокнистому матеріалу, що містить, мас.%: Відомо, що на поверхню волокнистих матеріаполівініловий спирт 7,0-10,0 лів, призначених для упакування харчових продукгліцерин 3,0-4,3 тів, що містять жири, наносять емульсію полівінілістабілізуючу добавку 0,35-2,5 денхлориду (ПВДХ). Одержувані при цьому плівки воду решта до 100%. перешкоджають проходженню через волокнистий Відомо також, що для стабілізації в'язкості матеріал водяної пари, масел, жирів, газів і аромаскладу для надання жиронепроникності волокнистичних речовин. Але необхідною умовою при цьотому матеріалу до нього вводять стабілізуючу дому є те, що основа волокнистого матеріалу повинбавку, в якості якої виступають солі лужних метана бути попередньо проклеєною, мати щільну та лів [патент №34385 Україна, МПК D21H19/00, гладку структуру поверхні, у зв'язку з чим не допузаявл.30.06.1999, опубл.15.05.2003]. Така добавка скається використання в композиції основи деревстабілізує в'язкість розчину протягом певного часу, ної маси, що також ускладнює технологію виготовзавдяки чому папір має достатню жиронепрониклення та підвищує вартість матеріалу. ність після нанесення складу, що має певний строк Сам по собі ПВДХ важкорозчинний, тому зберігання до нанесення на поверхню паперу (не ПВДХ співполімеризують з іншими мономерами, відразу після виготовлення складу). Така добавка зокрема акрилонітрилом. Покриття із співполімеру не впливає на рівень жиронепроникності паперу, ПВДХ має високу стійкість не тільки до жирів і маале може призвести до підвищення корозії обладсел, а також і до мінеральних кислот, лугів, спирнання, а також до зниження адгезії (з'єднання) тів. Проте під впливом сонячного світла покриття утвореної жиронепроникної плівки до волокнистого жовтіє, що погіршує зовнішній вигляд і приваблиматеріалу. Показник жиропроникності волокнистовість паковання. [Д.М. Фляте, "Свойства бумаги", го матеріалу з нанесеним відомим складом нерівМ., "Лесная промышленность", 1976, С.560]. номірний по ширині полотна, що пояснюється не 5 86291 6 рівномірністю під час нанесення складу на повердія цього полімеру з негативно зарядженими волохню матеріалу та нерівномірним всмоктуванням кнами целюлози і мінеральними наповнювачами, целюлозним волокном його складових. Крім того, що вводяться до композиції паперу. Ця смола, на жиронепроникність волокнистого матеріалу не нашу думку, також підвищує та стабілізує на оптистабільна після початку використання, під час якомальному рівні в'язкість складу для надання жирого волокнистий матеріал піддають багаторазовим непроникності волокнистому матеріалу. Заявлений перегинам, особливо під час виготовлення з нього склад має оптимальну композицію, що дає змогу упаковки для різноманітних продуктів, в тому числі не перевищувати його витрати під час нанесення і харчових. Під час використання матеріалу руйнуна волокнистий матеріал, зокрема папір (картон). ється жиронепроникна плівка в місцях перегину і Склад проникає в товщу паперу або картону на фактично в цих місцях матеріал втрачає властиоптимальну глибину рівномірно по всій площі павість жиронепроникності. перу. Ця обставина дозволяє надати паперу рівЗгаданий процес виготовлення жиронепроникномірної жиронепроникності по площині полотна. ного волокнистого матеріалу обраний нами за Крім того, поліамідна смола, модифікована епіхнайближчий аналог як найбільш близький за призлоргідрином, у взаємодії з іншими компонентами наченням і за технічною суттю. складу надає еластичності отриманому покриттю В основу винаходу "Процес виготовлення жита запобігає розтріскуванню під час багаторазових ронепроникного волокнистого матеріалу" поставперегинів. Така властивість складу дозволяє не лено завдання шляхом використання волокнистого втрачати жиронепроникність у місцях перегинів і матеріалу з певною повітропроникністю та введосягти рівномірності та стабільності жиронепродення додаткового компоненту до складу для наникності по всій площі полотна волокнистого мадання жиронепроникності підвищити жиронепротеріалу під час його експлуатації. никність волокнистого матеріалу, стабілізувати Винахід ілюструється такими прикладами. рівень жиронепроникності по всій площі полотна Приклад 1. Готують склад для надання жиропаперу та забезпечити її стабільний рівень після непроникності волокнистому матеріалу за такого багаторазових перегинів, а також забезпечити виспіввідношення компонентів, мас. %: сокий рівень механічної міцності. полівініловий спирт 4,0 гліцерин 2,4 Поставлене завдання вирішується тим, що в поліамідна смола, модифікованаепіхлопроцесі виготовлення жиронепроникного волокниргідрином, (Водамін 115) 3,0 стого матеріалу, що включає нанесення на повервода 90,6. хню волокнистої основи складу для надання жиПриготовлений склад наносять на папірронепроникності волокнистому матеріалу, який основу з масою паперу площею 1м2 60г та повітмістить полівініловий спирт, гліцерин і воду, і суропроникністю 68см3/хв. Маса покриття при цьому шіння отриманого волокнистого матеріалу, відпоскладає 4г/м2. Папір висушують і отримують жировідно до винаходу волокнисту основу використонепроникний папір. Жиронепроникний папір підвують з повітропроникністю не більше 140см3/хв, а дають випробуванням за методами і нормативною склад додатково містить поліамідну смолу, модидокументацією, що прийняті в целюлознофіковану епіхлоргідрином, за такого співвідношенпаперовій промисловості. Дані випробувань навеня компонентів, мас.%: дені в таблиці 1. полівініловий спирт 0,1-33,0 Приклад 2. Готують склад для надання жирогліцерин 0,03-10,9 непроникності волокнистому матеріалу за такого поліамідна смола, модифікованаепіхлоргідрином 0,3-6,0 співвідношення компонентів, мас. %: полівініловий спирт 8,0 вода решта. гліцерин 4,8 Рівень жиронепроникності (опір проникненню поліамідна смола, модифікована епіхжиру) волокнистого матеріалу (паперу, картону) лоргідрином, (Водамін 115) 6,0 визначається показником жиропроникності, який вода 81,2. згідно з діючими методами випробування вимірюНаносять склад на папір-основу з масою пається в міліграмах. Високий показник жиропроникперу площею 1м2 49г та повітропроникністю ності означає, що рівень жиронепроникності мате36см3/хв. Маса покриття при цьому складає 4г/м2. ріалу зменшується, тобто матеріал має низький Приклад 3. Готують склад для надання жироопір проходженню жиру, що є небажаним, і навпанепроникності волокнистому матеріалу за такого ки, зниження показника жиропроникності означає співвідношення компонентів, мас. %: підвищення рівня жиронепроникності волокнистого полівініловий спирт 10,0 матеріалу - покращення його бар'єрних і захисних гліцерин 6,0 властивостей. поліамідна смола, модифікована епіхПоліамідна смола, модифікована епіхлоргідлоргідрином, (Водамін 115) 3,0 рином (ПААЕ), є водорозчинною термореактивною вода 81,0. смолою - сполукою, що утворюється як результат Приготовлений склад наносять на папірреакції обміну водорозчинних поліамід-поліамінів основу з масою паперу площею 1м2 64г та повіт(продукт взаємодії поліамінів і дікарбонових кисропроникністю 130см3/хв. Маса покриття при цьолот) з епіхлоргідрином. Поліамідна, смола, модиму складає 4г/м2. фікована епіхлоргідрином, завдяки позитивно заПриклад 4. Готують склад для надання жирорядженому атому азоту, має чітко виражені непроникності волокнистому матеріалу за такого катіонні властивості, а тому має високу споріднеспіввідношення компонентів, мас. %: ність з целюлозою і цим же обумовлена і взаємо 7 86291 8 полівініловий спирт 10,0 полівініловий спирт 7,0 гліцерин 6,0 гліцерин 3,0 поліамідна смола, модифікована епіхвода 90,0. лоргідрином, (Водамін 115) 3,0 Наносять склад на папір-основу з масою павода 81,0. перу площею 1м2 37г та повітропроникністю Наносять склад на папір-основу з масою па98см3/хв. Маса покриття при цьому складає 8г/м2. 2 перу площею 1м 37г та повітропроникністю Приклад 10 (найближчий аналог). Готують 98см3/хв. Маса покриття при цьому складає 2г/м2. склад для надання жиронепроникності волокнисПриклад 5. Готують склад для надання жиротому матеріалу за такого співвідношення компоненепроникності волокнистому матеріалу за такого нтів, мас. %: співвідношення компонентів, мас. %: полівініловий спирт 7,0 полівініловий спирт 10,0 гліцерин 3,0 гліцерин 3,0 вода 90,0. поліамідна смола, модифікована епіхНаносять склад на папір-основу з масою па3,0 лоргідрином, (Водамін 115) перу площею 1м2 72г та повітропроникністю вода 84,0. 140см3/хв. Маса покриття при цьому складає 8г/м2. Наносять склад на папір-основу з масою паПриклад 11. Проводять порівняльний аналіз перу площею 1м2 37г та повітропроникністю показників паперу, виготовленого за заявленим 98см3/хв. Маса покриття при цьому складає 8г/м2. способом та виготовленого за найближчим аналоПриклад 6. Готують склад для надання жирогом. Для цього наносять заявлений склад на папірнепроникності волокнистому матеріалу за такого основу з масою паперу площею 1м2 37г, маса покспіввідношення компонентів, мас. %: риття складає 8г/м2. Визначають жиропроникність полівініловий спирт 10,0 та поверхневу вбирність паперу під час однобічногліцерин 6,0 го змочування (метод Кобб) у шести точках через поліамідна смола, модифікована епіхкожні 140мм по ширині полотна паперу. Крім цьолоргідрином, (Водамін 115) 3,0 го, у зазначених зразках паперу визначають також вода 81,0. показник жиропроникності в шести точках по шиНаносять склад на папір-основу з масою парині полотна після піддавання його подвійним пеперу площею 1м2 61г та повітропроникністю регинам (від 2 до 64 перегинів) і оцінюють коли4см3/хв. Маса покриття при цьому складає 2г/м2. вання і змінювання цілісності структури паперу. На Приклад 7. Готують склад для надання жиротой же папір-основу наносять склад за найближнепроникності волокнистому матеріалу за такого чим аналогом та визначають аналогічно ті ж покаспіввідношення компонентів, мас. %: зники у шести точках по ширині полотна паперу. полівініловий спирт 10,0 Дані випробування наведені в табл. 2. гліцерин 6,0 Використання складу для надання жиронепрополіамідна смола, модифікована епіхникності, що містить полівінілового спирту менше лоргідрином, (Водамін 115) 4,0 за 0,1мас.% та гліцерину менше за 0,03мас.%, вода 80,0. недоцільно, оскільки жиронепроникність волокнисНаносять склад на папір-основу з масою патого матеріалу при цьому не досягає необхідного перу площею 1м2 65г та повітропроникністю рівня. У той же час недоцільно використання скла9,5см3/хв. Маса покриття при цьому складає 8г/м2. ду для надання жиронепроникності, що містить Приклад 8. Готують склад для надання жиробільше 33,0мас.% полівінілового спирту та більше непроникності волокнистому матеріалу за такого 10,9мас.% гліцерину, оскільки зростають витрати співвідношення компонентів, мас. %: на виготовлення паперу, а рівень жиронепроникполівініловий спирт 10,0 ності зростає незначно. гліцерин 6,0 Не впливає на рівень жиронепроникності паполіамідна смола, модифікована епіхперу і використання складу для надання жиронеп4,0 лоргідрином, (Водамін 115) роникності, що містить менше 0,3мас.% поліамідвода 80,0. ної смоли, модифікованої епіхлоргідрином. Наносять склад на папір-основу з масою паЗбільшення масової долі поліамідної смоли, моперу площею 1м2 72г та повітропроникністю дифікованої епіхлоргідрином, вище за 6,0мас.% 140см3/хв. Маса покриття при цьому складає 8г/м2. також є недоцільним, оскільки не призводить до Приклад 9 (найближчий аналог). Готують подальшого покращення технічного результату, а склад для надання жиронепроникності волокнисматеріальні витрати при цьому зростають. тому матеріалу за такого співвідношення компонентів, мас. %: 9 86291 10 Таблиця 1 Найменування показника 1 Повітропроникність паперу-основи, 68 см3/хв Щільність паперу-основи, г/см3 0,68 Маса паперу-основи площею 1м2, г 60 Маса покриття, г/м2 4 Склад для нанесення покриття, мас.%: спирт полівініловий 4 гліцерин 2,4 поліамідна смола, модифікована епі3,0 хлоргідрином 90,6 вода Жиропроникність, мг 2,0 Поверхнева вбирність паперу під час 28 однобічного змочування (метод Кобб), г/м2 Руйнівне зусилля, Н в машинному напрямку 76 в поперечному напрямку 42 Значення показника Приклади 4 5 6 7 98 98 4 9,5 2 36 3 130 8 140 9(ан) 10(ан) 98 140 0,89 49 4 0,81 64 4 0,55 37 2 0,55 37 8 0,98 61 2 0,72 65 8 0,77 72 8 0,55 37 8 0,77 72 8 8 4,8 6 10 6 3 10 6 3 10 3 10 6 3 10 6 4 10 6 4 7,0 3,0 7,0 3,0 81,2 0,30 15 81,0 1,40 35 81,0 4,2 33 3 84 0,8 28 81,0 0,96 22 80,0 0,23 22 80,0 0,6 22 90,0 12,6 42 90,0 8,8 56 76 34 72 36 52 24 89 44 88 44 90 48 86 24 48 29 42 25 Таблиця 2 Найменування показника Жиропроникність паперу, мг заявлений спосіб найближчий аналог Поверхнева вбирність паперу під час однобічного змочування (метод Кобб), г/м2 заявлений спосіб найближчий аналог Жиропроникність паперу після піддавання його подвійним перегинам, мг заявлений спосіб найближчий аналог Папір згідно з заявкою має досить високий рівень жиронепроникності у порівнянні з аналогом, високу рівномірність її по ширині полотна і стабільність цього показника після багаторазових перегинів паперу. Слід зазначити, що високий рівень жиронепроникності забезпечується розробленим складом для паперу низької товщини і маси площею 1м2 (наприклад, 37г/м2). Рівномірність і стабільність показників по ширині полотна забезпечує сучасний дизайн і привабливий вигляд пакування для жировмісних продуктів - відсутність плям, нерівномірності просвіту, нерівномірності друку тощо. Застосування розробленого процесу виготовлення паперу сприяє досягненню рівномірності показників, що характеризують бар'єрні і захисні властивості, механічну міцність та інші властивості по всій ширині паперового полотна в машинному і поперечному напрямках. 1 0,8 12,6 28 42 2 0,8 12,6 Значення показника Точки відбору 2 3 4 5 0,8 0,8 0,7 0,8 12,0 11,2 12,6 12,1 26 26 27 27 46 46 46 40 Кількість перегинів 4 8 16 32 0,8 0,8 0,8 1,2 12,6 13,4 18,4 28,6 6 0,8 11,9 26 46 64 3,6 36,2 Отриманий папір характеризується гнучкістю, що виключає можливість утворення тріщин, забезпечуючи схоронність, стабільність та непорушність бар'єрного шару і багатофарбового друку під час його перероблення, фасування та упакування продукції. Крім того, як свідчать результати дослідження (табл. 1), заявлений процес виготовлення паперу сприяє значному зростанню механічної міцності паперу у порівнянні з найближчим аналогом, що є дуже важливим під час перероблення паперу на високошвидкісному фасувальнопакувальному обладнанні, не знижуючи його продуктивності. Покриття сприяє забезпеченню високого рівня показника проклеювання (за показником поверхневої вбирності) на рівні, що забезпечуватиме рівномірне всмоктування фарби і фарбосприйняття при нанесенні етикетки на один з боків паперу, чорнило- і водонепроникнення. 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 86291 Підписне 12 Тираж 28 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