Поверхностная проклейка крахмалом

Категория:
Полуфабрикаты из бумаги


Поверхностная проклейка крахмалом

При поверхностной проклейке употребляется значительное количество крахмала. Крахмал гораздо дешевле животного клея и при поверхностной проклейке заменил его во всех бумагах, исключая лишь самые высокие сорта. Большая часть крахмала, применяемого в США, изготовляется из маиса, хотя употребляется также большое количество крахмала из тапиоки, а также разные сорта картофельного крахмала.

Общие свойства крахмала, применяемого для поверхностной проклейки

Крахмал, цвет которого колеблется в широких пределах от чисто белого до бледно-желтого, бывает в виде порошка, зерен или кристаллов. Размер, форма и физические особенности зерен или гранул крахмала служат достаточным признаком для определения той или иной его разновидности.

Крахмал в основном содержит два химических вещества: амилозу (полимер глюкозы с нормальной цепью) и амилопектин (полимер глюкозы с разветвленной цепью), хотя некоторые крахмалы (восковидные разновидности) содержат только амилопектин. Все крахмалы содержат в небольшом количестве жирные кислоты, белки и неорганические соли. Ниже приведен типичный анализ немодифп-цированного маисового крахмала:

Крахмал, предназначенный для поверхностной проклейки, пере употреблением должен быть нагрет в воде до температуры 88—99’ в течение примерно 10—20 минут. Во время нагревания гранулы крахмала поглощают воду, набухают, часть гранул растворяется и гранула начинает распадаться. Степень механического разложения гранул И вязкость раствора крахмала зависят от типа крахмала, степени модификации, продолжительности и температуры нагревания и интенсивности перемешивания.

Растворы крахмала умеренно стабильны, но при старении наблюдаете некоторая деградация, которая выражается в том, что раствор начинает мутнеть, вязкость его увеличивается и даже при достаточно высокой концентрации может произойти желатинизация раствора. Деградация усиливается при низких значениях рН, низкой температуре, при наличии некоторых катионов (например, кальция или алюминия) и при медленном охлаждении. В этом отношении определенное влияние также оказывает выщелачивание глинозема из бумаги при прохождении ее через клей.

Растворы природного, или немодифицированного, крахмала имеют слишком высокую вязкость для обыкновенной поверхностной проклейки, вследствие чего обычно применяются модифицированные крахмалы с более низкой вязкостью. Чаще всего применяются два типа модифицированных крахмалов: окисленные и обработанные энзимами, из которых самым лучшим и наиболее широко применяющимся является окисленный крахмал. Для поверхностной проклейки также шщ око используется крахмал, обработанный энзимами, который дает удовлетворительные результаты применительно ко всем бумагам, за исключением наиболее высоких сортов. Выбор обработанного энзимами или окисленного крахмала может быть сделан исходя из того, что окисленный крахмал особенно эффективен при проклейке тряпичных бумаг, тогда как крахмал, обработанный энзимами, дает приемлемые результаты при проклейке бумаги, содержащей целлюлозу и тряпичную полумассу. Обработанные энзимами крахмалы стоят значительно дешевле и им, естественно, отдается предпочтение в тех случаях, где они по результатам существенно не уступают окисленным крахмалам.

Вязкость окисленного крахмала весьма разнообразна, что достигается обработкой взвеси природного крахмала в воде щелочным гипохлоритом натрия при температуре не выше 55°. При гидролизе образуются растворимые продукты, которые затем удаляются фильтрованием и промывкой. После этого крахмал высушивается и упаковывается.

Окисленный крахмал образует растворы, обладающие лучшими коллоидными свойствами по сравнению с большинством других форм модифицированного крахмала.

Ферментированный крахмал должен приготовляться на бумажной фабрике путем обработки энзимами специально предназначенных для этой цели крахмалов. Энзимы — это биокатализаторы, которые бывают в виде жидкости, порошка, гранул и капсюль. Жидкие препараты менее стабильны, чем другие формы, и поэтому не рекомендуются в тех случаях, когда необходимо длительное их хранение. Все энзимы, как жидкие, так и сухие, должны храниться в прохладном месте. При обработке энзимами крахмал разводится холодной водой до желаемой кондентрации, а рН этой взвеси устанавливается в пределах от 6,5 до 7,5. После добавления к крахмалу нужного количества энзима (обычно 0,05—0,06%) взвесь подогревается, и далее соблюдается определенный режим времени и температуры. Этот режим зависит от типа используемого энзима и от концентрации, при которой происходит обработка крахмала. Для жидких растворов, которые обычно применяются при поверхностной проклейке, режим нагревания можно регулировать так, чтобы температура повышалась с постоянной скоростью, примерно 1,5° в минуту, вплоть до точки кипения.

Другой метод состоит в том, чтобы держать смесь при оптимальной для активности энзима температуре (74,5—75,5° для маисового крахмала) в течение 20—30 минут,- или до полного завершения эн-зиматического превращения. При очень высоких концентрациях более приемлемым является метод, основанный на кратковременном выдерживании смеси при 70—71° до частичного снижения вязкости крахмала. После этого смесь нагревают до 74,5—75,5°, поддерживая эту температуру в течение остального периода превращения. В конце периода температура должна быть на 10—15 минут повышена до 93—99° для того, чтобы инактивировать энзим и сварить крахмал. В некоторых случаях для инактивации энзима могут применяться химикаты (сульфат меди, формальдегид, щелочи и т. д.). Для регулирования процесса обработки крахмала энзимами имеется автоматическая аппаратура.

Кроме указанных выше типов крахмала, для поверхностной проклейки иногда применяют специальные декстрины, которые могут иметь различные показатели вязкости. Варить их можно таким же способом, как и окисленные крахмалы.

Одно из новейших производных маисового крахмала состоит из натриевой соли низкозамещенного сложного эфира крахмальной кислоты, содержащего кислые карбоксильные и сульфоновые группы. Этот материал может быть сварен таким же способом, как и нормальные окисленные крахмалы, но температура его желати-низации более низкая. Он образует очень чистые, бесцветные, не деградирующие растворы. Такие производные крахмалы обычно стоят дороже, чем другие типы модифицированного крахмала.

Проклейка крахмалом в клеильном прессе или клеевой ванне

Тип крахмала, применяемого в клеильном прессе или клеевой ванне, изменяется от растворов немодифицированного (природного) крахмала до растворов окисленного или обработанного энзимом крахмала, имеющих очень низкую вязкость. Обычно применяются модифицированные крахмалы средней вязкости, хотя это зависит от желаемого эффекта их применения.

Как правило, чем выше вязкость крахмала, тем больше повышается прочность бумаги на весовую единицу нанесенного крахмала. С другой стороны, чем ниже вязкость крахмала, тем выше концентрация, при которой он может употребляться, и тем больше количество крахмала, наносимого на бумагу. Высоковязкие растворы немодифицированного, слегка окисленного или слабо обработанного энзимом крахмала иногда применяются в тех случаях, когда наиболее важными свойствами проклеиваемой бумаги являются истираемость и сопротивляемость пылению. Это объясняется тем, что высоковязкие растворы крахмала имеют тенденцию оставаться на поверхности бумаги, где они образуют твердую, прочную поверхность. Однако, когда желают получить максимальный эффект проклейки или максимальное повышение прочности, лучше использовать модифицированный крахмал средней или низкой вязкости, поскольку этот тип крахмала проникает глубже в бумагу, где он способствует повышению внутренней прочности и проклейке в массе, а также образованию поверхностной пленки.

В тех случаях, когда основным желаемым эффектом является проклейка, самый лучший результат обычно дает окисленный крахмал. Однако можно ожидать, что хорошо приготовленный крахмал, окисленный или обработанный энзимами, повысит проклейку примерно на 30—50% (при определении методом флотации), если концентрация его во время нанесения составляет около 10%. Наряду с этим должно быть достигнуто заметное увеличение сопротивления продавливанию, разрыву и излому бумаги, хотя сопротивление раздиранию обычно уменьшается.

Температура, при которой крахмал наносится в клеевой ванне или клеильном прессе, должна быть в пределах 52—66°. При поверхностной проклейке офсетных бумаг добавлятся около 3,5% крахмала от веса бумаги. Поверхностной проклейке обычно подвергаются такие сорта бумаги, как документные, конторские, офсетные, конвертные и бристольский картон. Диазотипная бумага, проявляемая по полусырому способу, составляет особый класс бумаги (см. главу XIX),* требующей довольно высокой степени водостойкости. В крахмальном клее, применяющемся для этой бумаги, обычно содержится мочевино-формальдегидная смола, которая придает крахмалу водостойкость. Крахмал (окисленный или обработанный энзимами в количестве 0,12 кг на 1 литр клея) варится обыкновенным способом. После охлаждения клея до температуры около 60° к нему добавляется мочевино-формальдегидная смола в виде сиропа. Количество добавляемой смолы составляет 10—20% от веса крахмала (в пересчете на сухую смолу). После тщательного перемешивания смолы и крахмала добавляется глинозем для того, чтобы довести рН примерно до 5,0—5,5. При сушке клееной бумаги смола вступает в реахцию с крахмалом, образуя на поверхности бумаги водонепроницаемую пленку. Полная водостойкость наступает вскоре после сушки. В некоторых случаях наилучшую водостойкость обеспечивает выдержка в течение одного—двух дней. Достигаемая при этом водостойкость зависит от содержания в клее смолы, рН клеевого раствора и количества тепла, воздействующего на бумагу после проклейки.

Определение крахмала в бумаге основано на появлении синего окрашивания при обработке бумаги раствором йодистого калия. Такой метод весьма чувствителен, и йод вызывает синее окрашивание даже в присутствии очень малого количества крахмала в бумаге. Некоторые виды бумаги, не содержащие крахмала, дают слабое синее окрашивание вследствие реакции между йодом и некрахмальными компонентами. До проведения качественного определения бумагу (или водный экстракт бумаги) следует слегка подкислить перед добавлением раствора йода, поскольку синее окрашивание бывает в щелочной среде очень нестойким.

Количественное определение крахмала в бумаге начинается с обработки ее энзимами для превращения крахмала в растворимое состояние. Отфильтрованный экстракт, содержащий растворимый крахмал (в нем не должно быть волокна), варится затем в растворе соляной кислоты, для того чтобы гидролизовать крахмал до декстрозы. Гидролизованный раствор обрабатывается затем фелин-говым раствором, в результате чего декстроза превращает медь в окись меди. Количество окиси меди определяется весовым или объемным способом. Определяя по объемному методу, окись меди сначала растворяют в растворе молибдофосата и затем оттитровы-Бают перманганатом калия. Для пересчета израсходованного количества перманганата в граммах крахмала имеются соответствующие расчетные коэффициенты. Определить глубину проникновения крахмала, нанесенного только на поверхность бумаги, можно путем последовательного съема слоев бумаги и окрашивания затем бумаги раствором иода. Указанная глубина проникновения определяется измерением толщины листа вначале и после удаления каждого слоя с помощью бинокулярного микроскопа.

Проклейка крахмалом на каландре

Крахмал широко используется для проклейки картона на каландре. По этому способу раствор крахмала подается на каландре в один или большее число увлажнительных ящиков для повышения отделки картона и улучшения его печатных свойств. На каландре обычно проклеиваются такие виды картона, как коробочный, ящичный, манильский и многослойный — с наружными слоями из беленой массы. На многих картонных фабриках применяют проклейку крахмалом на каландре, учитывая большой интерес, проявляемый к применению для печатания на картоне высокоглянцевой типографской краски. При правильном нанесении крахмала можно снизить проникновение типографской краски и тем самым улучшить четкость печати. Если коробочная фабрика, практикующая печатание на картоне, кооперирована с бумажной фабрикой, бывает иногда достаточно одной только экономии на типографской краске, чтобы окупить стоимость проклейки на каландре.

Для проклейки на каландре применяются как высоковязкие, так и низковязкие сорта крахмала. Для того чтобы при минимальных затратах получить максимальную сопротивляемость пылению, крафт-бумаги иногда проклеивают на каландре раствором немо-Дифицированного (природного) крахмала высокой вязкости. Однако сорта картонов, для которых печатные качества имеют особое значение, обычно проклеивают модифицированными крахмалами высоких концентраций, часто до 12—24%. При таких высоких концентрациях к раствору крахмала иногда необходимо добавлять парафиновые эмульсии во избежание прилипания его к валам каландра. Раствор крахмала обычно наносится при температуре 60—82°.

При проклейке на каландре картона, выработанного на кругло-сеточной машине, вязкость раствора определяется типом и характером массы наружных слоев. Для наружных слоев картона, изготовленных из длинноволокнистой жирной массы (например, из крафт-Целлюлозы или джута), можно использовать раствор крахмала относительно высокой вязкости. Для наружных слоев из садкой массы (например, из беленой целлюлозы или беленой массы из маниль-ской пеньки) раствор должен иметь относительно низкую вязкость во избежание отделения наружного слоя и забивания каландра. Для сортов картона с наружными слоями из садкой массы желательно добавление парафиновых эмульсий или применение специальных сортов крахмала, содержащих парафин.

Число ящиков, применяемых для нанесения крахмала на каландрах, зависит от желаемого эффекта проклейки. Для двусторонней проклейки картона требуется не менее двух ящиков. Обычно одного ящика для проклейки каждой стороны картона бывает достаточно, хотя в некоторых случаях для проклейки одной стороны могут применяться 2—3 ящика. Наибольшее увеличение прочности и цементирование волокон достигается при нанесении клея на первом ящике. Последующие ящики желательны для образования ровной поверхностной пленки, увеличивающей маслонегфоницаемость бумаги. Ящики обычно помещаются на первом каландре около верхнего вала; при этом после обработки имеется достаточно времени для высыхания клееного картона.

На некоторых фабриках перед ящиком с крахмалом устанавливают ящик с водой. В этом случае можно приблизиться к пределу впитываемости картона еще перед добавлением крахмала и, следовательно, уменьшить количество крахмала, наносимого во втором ящике. Установка ящика с водой после ящика с крахмалом совершенно нецелесообразна.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум