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 та воду, і сушіння отриманого волокнистого матеріалу, який відрізняється тим, що волокнисту основу використовують з повітропроникністю не більше 140 см3/хв, а склад для надання жиронепроникності додатково містить поліамідну смолу, модифіковану епіхлоргідрином, і поліакриламід 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 поліакриламід 0,1-0,3 вода решта. UA (21) a200708290 (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 996584, D21D3/00, D21H3/00, 15.02.83 SU 1266914, D21D3/00, D21H1/38, 30.10.86 UA 10697, D21H27/10, 17/00, 25.12.1996 JP 5005299, B05D7/00, D21H27/00, 27/30, 14.01.1993 WO 9615321, D21H19/36, 27/06, 27/10, 23.05.1996 US 5439010, A24B15/28, B32B29/06, 08.08.1995 US 6720371, C08K5/06, 13.04.2004 Технология упаковочной бумаги. Под ред. Н.Е. Трухтенковой. - М.: Лесная пром., 1974. - С. 10-12 Фляте Д.М. Свойства бумаги. - М.: Лесная пром., 1976. - С. 266-269, 560-563 C2 2 (19) 1 3 86293 4 вість паковання. [Д.М. Фляте, "Свойства бумаги", ного запаху, але й запобігати псуванню продуктів М., "Лесная промышленность", 1976, С.560]. під впливом окисних процесів, вологи навколишПокриття на основі ПВДХ хоча і має високі занього повітря, мікроорганізмів, ультрафіолетових хисні властивості, але недостатньо еластичне і променів та ін. легко пошкоджується під час згинання, що призвоВідомо, що жиронепроникність волокнистому дить до погіршення якості та захисних властивосматеріалу (картону) можна надати за допомогою тей матеріалу і, як наслідок, упакованої продукції. силікату натрію. Картон із покриттям, що містить Для підвищення еластичності покриття викосилікат натрію, перешкоджає втраті ароматичних ристовують співполімер ПВДХ, що містить третій масел із продуктів, що упаковуються, а також мономер, який виконує роль пластифікатора. За утворенню масляних плям на поверхні картону. кордоном знайшли застосування співполімери Однак, жиронепроникні покриття, що складавініліденхлориду і хлористого вінілу з акрилатами, ються із силікату натрію, стають крихкими, особацетатами, ефірами вищих кислот жирного ряду ливо якщо їх наносять у вигляді товстих шарів. та ін.["Технология упаковочной бумаги" под ред. Щоб уникнути крихкості та надати гнучкості поН.Е. Трухтенковой, М., "Лесная промышленность", криттям із силікату натрію, до складу для нанесен1974, С.10-12]. Еластичність покриття з ПВДХ моня вводять пластифікатори. [Джеймс П. Кейси жна підвищити, здійснивши попереднє ґрунтуван"Производство полуфабрикатов и бумаги", т.I, кн.II, ня волокнистого матеріалу латексним покриттям. Гослесбумиздат, 1958, С.273]. Під час старіння [Д.М. Фляте, "Свойства бумаги", М., " Лесная просилікатні плівки біліють і втрачають свій глянець мышленность ", 1976, С.560]. Проте, нанесення внаслідок поглинання з повітря вуглекислого газу, двошарового покриття ускладнює технологію й в результаті чого погіршується зовнішній вигляд підвищує вартість продукції. матеріалу і його експлуатаційні властивості. Відомо, що жиронепроникність волокнистому У якості складів для покриття широке застосуматеріалу надають за допомогою покриття з полівання знаходять латекси, що являють собою висовінілового спирту (ПВС) - розчинного у воді предкоконцентровані колоїдні дисперсії синтетичних ставника вінілових смол. Покриття з ПВС прозорі, полімерів. Латекси мають низьку в'язкість, стабіне взаємодіють з маслами і жирами, наносяться льні властивості, стійкі до біологічного руйнування. без ґрунтувального шару, фізіологічне нешкідливі. Але при цьому на властивості латексу і якість поВони мають високі захисні властивості, проте, некриття на його основі великий вплив мають розмідостатньо еластичні і легко пошкоджуються під ри часток латексу. Латекс для покриттів повинен час згинання, що є причиною зниження захисних містити частки чітко визначеного розміру -0,1властивостей паковання і передчасного псування 0,2мкм. Збільшення розміру часток призводить до продуктів. зниження стійкості латексу і поверхневого натягу, Для підвищення еластичності покриття в ПВС що в свою чергу призводить під час нанесення вводять пластифікатор - гліцерин -найпростіший латексу до посилення ціноутворення, яке перетриатомний спирт, що змішується у всіх співвідшкоджає досягненню рівномірного покриття. [А.И. ношеннях з водою і не розчиняється в жирах [Д.М. Бондарев "Производство бумаги и картона с поФляте, "Свойства бумаги", М., Лесная промышкрытием", М, "Лесная промышленность", 1985, ленность, 1976, С.267]. С.32-33]. Для одержання волокнистого матеріалу з Відомий, наприклад, склад, що містить: 10 чависокою жиронепроникністю латекси необхідно стин полівінілового спирту, 5 частин гліцерину і 85 одночасно вводити як у волокнисту масу після її частин води [Джеймс П. Кейси "Производство порозмелювання, так і на поверхню виготовленого з луфабрикатов и бумаги", т. I, кн.II, Гослесбумизнеї волокнистого матеріалу. [Д.М. Фляте "Свойстдат, 1958, С.274]. ва бумаги", М, "Лесная промышленность", 1976, Відомий склад для надання жиронепроникносС.562]. Однак, це ускладнює технологію виробницті волокнистому матеріалу, що містить, мас.%: тва матеріалу та підвищує вартість продукції. полівініловий спирт 7,0-10,0; Відомо, що на поверхню волокнистих матеріагліцерин 3,0-4,3; лів, призначених для упакування харчових продукстабілізуючу добавку 0,35-2,5; тів, що містять жири, наносять емульсію полівініліводу решта до 100%. денхлориду (ПВДХ). Одержувані при цьому плівки Відомо також, що для стабілізації в'язкості перешкоджають проходженню через волокнистий складу для надання жиронепроникності волокнисматеріал водяної пари, масел, жирів, газів і ароматому матеріалу до нього вводять стабілізуючу дотичних речовин. Але необхідною умовою при цьобавку, в якості якої виступають солі лужних метаму є те, що основа волокнистого матеріалу повилів [патент №34385 Україна, МПК D21H19/00, нна бути попередньо проклеєною, мати щільну та заявл.30.06.1999, опубл.15.05.2003]. Така добавка гладку структуру поверхні, у зв'язку з чим не допустабілізує в'язкість розчину протягом певного часу, скається використання в композиції основи деревзавдяки чому папір має достатню жиронепроникної маси, що також ускладнює технологію виготовність після нанесення складу, що до нанесення на лення та підвищує вартість матеріалу. поверхню паперу має певний строк зберігання (не Сам по собі ПВДХ важкорозчинний, тому відразу після виготовлення складу). Така добавка ПВДХ співполімеризують з іншими мономерами, не впливає на рівень жиронепроникності паперу, зокрема акрилонітрилом. Покриття із співполімеру але може призвести до підвищення корозії обладПВДХ має високу стійкість не тільки до жирів і манання, а також до зниження адгезії (з'єднання) сел, а також і до мінеральних кислот, лугів, спирутвореної жиронепроникної плівки до волокнистого тів. Проте під впливом сонячного світла покриття матеріалу. Показник жиропроникності волокнистожовтіє, що погіршує зовнішній вигляд і привабли 5 86293 6 го матеріалу з нанесеним відомим складом нерівПоліакриламід [СН2-СН-(СОNН2)]n є добавкою, номірний по ширині полотна, що пояснюється нещо розчиняється в воді. У водних розчинах поліакрівномірністю під час нанесення складу на поверриламід частково гідролізується до амонієвої солі хню матеріалу та нерівномірним всмоктуванням поліакрилової кислоти. Ця водорозчинна сіль, на целюлозним волокном його складових. Крім того, нашу думку, підвищує та стабілізує на оптимальжиронепроникність волокнистого матеріалу не ному рівні в'язкість складу для надання жиронепстабільна після початку використання, під час якороникності волокнистому матеріалу. го волокнистий матеріал піддають багаторазовим Введення аніонного поліакриламіду - кислої перегинам, особливо під час виготовлення з нього солі поліакрилової кислоти призводить до більш упаковки для різноманітних продуктів, в тому числі складної зміни в'язкості розчину залежно від коні харчових. Під час використання матеріалу руйнуцентрації полімеру та вмісту інших компонентів ється жиронепроникна плівка в місцях перегину і складу, знижуючи тим самим вміст води у складі фактично в цих місцях матеріал втрачає властита сприяючи більш ефективній дії розробленого вість жиронепроникності. складу. Згаданий процес виготовлення жиронепроникВведення до складу поліакриламіду, який легного волокнистого матеріалу обраний нами за ко розчиняється у воді, сприяє також підвищенню найближчий аналог як найбільш близький за пригідрофобності поверхні паперу. значенням і за технічною суттю. Поліамідна смола, модифікована епіхлоргідВ основу винаходу "Процес виготовлення жирином (ПААЕ), є водорозчинною термореактивною ронепроникного волокнистого матеріалу" поставсмолою - сполукою, що утворюється як результат лено завдання шляхом використання волокнистої реакції обміну водорозчинних поліамід-поліамінів основи з певною повітропроникністю та введення (продукт взаємодії поліамінів і дікарбонових кисдодаткового компоненту до складу для надання лот) з епіхлоргідрином. Поліамідна смола, модифіжиронепроникності підвищити жиронепроникність кована епіхлоргідрином, завдяки позитивно заряволокнистого матеріалу, стабілізувати рівень жидженому атому азоту, має чітко виражені катіонні ронепроникності по всій площі полотна паперу та властивості, а тому має високу спорідненість з забезпечити її стабільний рівень після багаторазоцелюлозою, цим же обумовлена і взаємодія цього вих перегинів. полімеру з негативно зарядженими волокнами Поставлене завдання вирішується тим, що в целюлози і мінеральними наповнювачами, що процесі виготовлення жиронепроникного волокнивводяться до композиції паперу. Ця смола, на настого матеріалу, що включає нанесення на повершу думку, також підвищує та стабілізує на оптимахню волокнистої основи складу для надання жильному рівні в'язкість складу для надання жиронеронепроникності волокнистому матеріалу, який проникності волокнистому матеріалу. містить полівініловий спирт, гліцерин і воду, і суЗаявлений процес виготовлення паперу вклюшіння отриманого волокнистого матеріалу, відпочає застосування складу для надання жиронепровідно до винаходу використовують волокнисту никності, що дає змогу не перевищувати його виоснову з повітропроникністю не більше 140см3/хв, трати під час нанесення на волокнистий матеріал, а склад додатково містить поліамідну смолу, мозокрема папір (картон). Склад проникає в товщу дифіковану епіхлоргідрином, і поліакриламід за паперу або картону на оптимальну глибину рівнотакого співвідношення компонентів, мас. %: мірно по всій площі паперу. Ця обставина дозвополівініловий спирт 0,1-33,0 ляє надати паперу рівномірної жиронепроникності гліцерин 0,03-10,9 по всій площині полотна. Крім того, поліакриламід поліамідна смола, модифікована сприяє найбільш ефективній взаємодії компоненепіхлоргідрином 0,3-6,0 тів складу з целюлозними волокнами паперу, а поліакриламід 0,1-0,3 поліамідна смола, модифікована епіхлоргідрином, вода Решта. у взаємодії з іншими компонентами складу надає Рівень жиронепроникності (опір проникненню еластичності отриманому покриттю та запобігає жиру) волокнистого матеріалу (паперу, картону) розтріскуванню під час багаторазових перегинів. визначається показником жиропроникності, який Така властивість складу дозволяє не втрачати згідно з діючими методами випробування вимірюжиронепроникність у місцях перегинів та досягти ється в міліграмах. Високий показник жиропроникрівномірності жиронепроникності по всій площі ності означає, що рівень жиронепроникності матеполотна волокнистого матеріалу під час його ексріалу зменшується, тобто матеріал має низький плуатації. опір проходженню жиру, що є небажаним, і навпаВинахід ілюструється такими прикладами. ки, зниження показника жиропроникності означає Приклад 1. Готують склад для надання жиропідвищення рівня жиронепроникності волокнистого непроникності волокнистому матеріалу за такого матеріалу - покращення його бар'єрних і захисних співвідношення компонентів, мас. %: властивостей. полівініловий спирт 8,0; Полівініловий спирт (ПВС) та поліакриламід гліцерин 4,8; (ПАА) відносяться до еластичних полімерів, які поліамідна смола, модифікована епіхмають щільне упаковання, а целюлоза - пухке лоргідрином 6,0; (крихке) упаковання. Концентрація ПВС повинна поліакриламід 0,3; бути максимальною, щоб проникнення ПВС у повода 80,9. лотно паперу було мінімальним, тому однією з Приготовлений склад наносять на папірфункцій ПАА є підвищення його в'язкості. основу з масою паперу площею 1м2 49 г та повітропроникністю 36см3/хв. Маса покриття при цьому 7 86293 8 складає 4г/м2. Папір висушують і отримують жироНаносять склад на папір-основу з масою панепроникний папір. Жиронепроникний папір підперу площею 1м2 37г та повітропроникністю дають випробуванням за методами та норматив98см3/хв. Маса покриття при цьому складає 8г/м2. ною документацією, що прийняті в целюлозноПриклад 7. Готують склад для надання жиропаперовій промисловості. Дані випробувань навенепроникності волокнистому матеріалу за такого дені в таблиці 1. співвідношення компонентів, мас. %: Приклад 2. Готують склад для надання жирополівініловий спирт 10,0; непроникності волокнистому матеріалу за такого гліцерин 6,0; співвідношення компонентів, мас. %: поліамідна смола, модифікована епіхполівініловий спирт 8,0; лоргідрином 6,0; гліцерин 2,4; поліакриламід 0,3; поліамідна смола, модифікована епіхвода 77,7. лоргідрином Наносять склад на папір-основу з масою па4,0; поліакриламід 0,3; перу площею 1м2 72г та повітропроникністю 140 вода 85,3. см3/хв. Маса покриття при цьому складає 4г/м2. Наносять склад на папір-основу з масою паПриклад 8 (найближчий аналог). Готують перу площею 1м2 46г та повітропроникністю склад для надання жиронепроникності волокнис40см3/хв. Маса покриття при цьому складає 2г/м2. тому матеріалу за такого співвідношення компонеПриклад 3. Готують склад для надання жиронтів, мас. %: непроникності волокнистому матеріалу за такого полівініловий спирт 7,0; співвідношення компонентів, мас. %: гліцерин 3,0; полівініловий спирт 10,0; вода 90,0. гліцерин 6,0; Наносять склад на папір-основу з масою паполіамідна смола, модифікована епіхлоперу площею 1м2 37г та повітропроникністю ргідрином 6,0; 98см3/хв. Маса покриття при цьому складає 8г/м2. поліакриламід 0,3; Приклад 9. Проводять порівняльний аналіз повода 77,7. казників паперу, виготовленого за заявленим споНаносять склад на папір-основу з масою пасобом та виготовленого за найближчим аналогом. перу площею 1м2 54г та повітропроникністю Для цього наносять заявлений склад на папір320см3/хв. Маса покриття при цьому складає 4г/м2. основу з масою паперу площею 1м2 37г, маса поПриклад 4. Готують склад для надання жирокриття складає 8г/м2. Визначають жиропроникність непроникності волокнистому матеріалу за такого та поверхневу вбирність паперу під час однобічноспіввідношення компонентів, мас. %: го змочування (метод Кобб) у шести точках через полівініловий спирт 10,0; кожні 140мм по ширині полотна паперу. Крім цьогліцерин 6,0; го, у зазначених зразках паперу визначають також поліамідна смола, модифікована епіхлопоказник жиропроникності в шести точках по ширгідрином 3,0; рині полотна після піддавання його подвійним пеполіакриламід 0,6; регинам (від 2 до 64 перегинів) і оцінюють коливода 80,4. вання і змінювання цілісності структури паперу. На Наносять склад на папір-основу з масою патой же папір-основу наносять склад за найближперу площею 1м2 58 г та повітропроникністю 4 чим аналогом та визначають аналогічно ті ж покасм3/хв. Маса покриття при цьому складає 4г/м2. зники у шести точках по ширині полотна паперу. Приклад 5. Готують склад для надання жироДані випробування наведені в табл. 2. непроникності волокнистому матеріалу за такого Використання складу для надання жиронепроспіввідношення компонентів, мас. %: никності, що містить полівінілового спирту менше полівініловий спирт 10,0; за 0,1мас.% та гліцерину менше за 0,03мас.%, гліцерин 6,0; недоцільно, оскільки жиронепроникність волокнисполіамідна смола, модифікована епіхлотого матеріалу при цьому не досягає необхідного ргідрином рівня. У той же час недоцільно використання скла6,0; поліакриламід 0,6; ду для надання жиронепроникності, що містить вода 77,4. більше 33,0мас.% полівінілового спирту та більше Наносять склад на папір-основу з масою па10,9мас.% гліцерину, оскільки зростають витрати перу площею 1м2 37г та повітропроникністю 98 на виготовлення паперу, а рівень жиронепрониксм3/хв. Маса покриття при цьому складає 2г/м2. ності зростає незначно. Приклад 6. Готують склад для надання жироНе впливає на рівень жиронепроникності панепроникності волокнистому матеріалу за такого перу і використання складу для надання жиронепспіввідношення компонентів, мас. %: роникності, що містить менше 0,3мас.% поліамідполівініловий спирт 10,0; ної смоли, модифікованої епіхлоргідрином, та гліцерин 6,0; менше 0,1мас.% поліакриламіду. Збільшення маполіамідна смола, модифікована епіхлорсової долі поліамідної смоли, модифікованої епіхгідрином лоргідрином, вище за 6,0мас.% та масової долі 3,0; поліакриламід 0,6; поліакриламіду вище за 0,3мас.% також є недоцівода 80,4. льним, оскільки не призводить до подальшого покращення технічного результату, а матеріальні витрати при цьому зростають. 9 86293 10 Таблиця 1 Найменування показника Повітропроникність паперу-основи, см3/хв Щільність паперу-основи, г/см3 Маса паперу-основи площею 1м2, г Маса покриття, г/м2 Склад для нанесення покриття, мас. %: спирт полівініловий гліцерин поліамідна смола, модифікована епіхлоргідрином поліакриламід вода Жиропроникність, мг Поверхнева вбирність паперу під час однобічного змочування (метод Кобб), г/м2 Значення показника Приклади 1 2 3 4 5 6 7 8(аналог) 36 40 320 4 98 98 140 98 0,89 0,79 0,74 0,93 0,55 0,55 0,77 0,55 49 46 54 58 37 37 72 37 4 2 4 4 2 8 4 8 8 4,8 6 0,3 80,9 0,9 25 8 2,4 4 0,3 85,3 1,1 37 10 6 6 0,3 77,7 7,8 35 10 6 3 0,6 80,4 0,30 26 10 6 6 0,6 77,4 1,6 28 10 6 3 0,6 80,4 0,2 26 10 6 6 0,3 77,7 1,9 22 7 3 90 12,6 42 Таблиця 2 Найменування показника 1 Жиропроникність паперу, мг заявлений спосіб найближчий аналог Поверхнева вбирність під час однобічного змочування (метод Кобб), г/м2 заявлений спосіб найближчий аналог Жиропроникність паперу після піддавання його подвійним перегинам, мг заявлений спосіб найближчий аналог Показник поверхневої вбирності під час однобічного змочування паперу за розробленою технологією знаходиться на рівні 25-26г/м2, що характеризує достатньо високий ступінь проклеювання паперу, а це значить, що поверхня паперу відповідає вимогам поліграфії під час нанесення багатофарбової етикетки на один з боків паперу, рівномірного фарбосприйняття і отримання якісної продукції. Для аналогу цей показник знаходиться на рівні 34-42г/м2, що свідчить про низький рівень ступеня проклеювання і, що не менш важливо, нерівномірність цих властивостей паперу по площі полотна, а це, в свою чергу, призведе до отримання не зовсім якісного друкованого зображення під час нанесення кольорової етикетки. За рахунок більш інтенсивного всмоктування фарби відбувається проникнення її крізь папір і попадання в продукт, а це призводить до зниження якості запакованого продукту. Крім того, результати дослідження показали, що папір з нанесеним складом згідно з заявкою має необхідний рівень повітропроникності на рівні 0,2-1,0см3/хв, що є важливою і необхідною умовою для пакувальних матеріалів, особливо призначених для пакування тих продуктів, до яких повинен бути доступ повітря, наприклад, фруктів, винограду тощо, тобто, папір повинен Значення показника Точки відбору 2 3 4 5 0,20 12,6 0,20 11,6 26 38 26 42 2 0,2 12,6 0,20 12,0 0,20 13,8 0,22 12,4 26 25 25 32 34 40 Кількість перегинів 4 8 16 32 0,2 0,2 0,2 0,4 12,8 13,4 18,4 28,6 6 0,20 12,4 25 46 64 0,8 36,2 "дихати". Разом з тим, папір-основа, на поверхню якого було нанесено склад покриття за прикладом 3, що має високу початкову повітропроникність (на рівні 320см3/хв), забезпечує значно нижчий рівень жиронепроникності, що є причиною крупнопористої структури паперу-основи (пори великого діаметра). 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). 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. Застосування розробленого складу 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. 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 86293 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