کاربرد نشاسته ذرت در صنایع کارتن سازی
پیشینه کاغذسازی در ایران
کارگران چینی فن کاغذسازی را با استفاده از کتان و شاهدانه، به مردم سمرقند آموختند و این امر بعدها توسط مسلمانان در بغداد، دمشق و حتی مراکش و اسپانیا متداول شد.
در ایران، فعالیت کاغذسازی، اولین بار با تاسیس کارخانه مقواسازی و با استفاده از کاغذهای باطله درسال 1313 شمسی در کرج شروع شد و حدود 15 سال است که با تاسیس دو کارخانه کاغذسازی پارس در هفت تپه خوزستان و کارخانه چوب و کاغذ ایران (چوکا) در گیلان، به صورت یک تکنولوژی مدرن و پیشرفته درآمده است.
2
تعریف کارتن در صنعت کارتن سازی
کارتن نوعی محصول سلولزی است که معمولاً از اتصال 3 یا 5 ورق کاغذ ساخته میشود، کارتن یکی از متداولترین روشها برای بسته بندی کالا میباشد.
3
انواع کاغذهای مورد استفاده در صنعت کارتنسازی
4
1) کاغذ رویی کارتن
کاغذ رویی کارتن معمولاً یک فرآورده دولایه است که شامل لایه رویی و لایه پایه است. الیاف دست اول (عمدتاً سوزنی برگان و یا خمیر حاصل از خاک اره) و هم الیاف بازیافتی در تولید این کاغذ استفاده می شود. کاغذ تولید شده از الیاف دست اول را معمولاً کرافت لاینر و کاغذ حاوی الیاف بازیافتی را تست لاینر می نامند.
به منظور ایجاد مقاومت در برابر رطوبت، این کاغذ آهاردهی می شود.
مشخصات دیگری که این کاغذ باید داشته باشد، سفتی و مقاومت زیاد در برابر ترک خوری همراه با ظاهر خوب و چاپ پذیری یک روی آن است.
انواع کاغذهای مورد استفاده در صنعت کارتنسازی
5
2) لایه کنگره ای کارتن
لایه کنگره ای در مقوای کنگره دار، به صورت یک لایه موج دار بین دو لایه کاغذ مورد استفاده قرار می گیرد. اگر فقط از خمیر نیمه شیمیایی استفاده شود، کاغذ حاصل را فلوتینگ می نامند.
اما معمولاً 65% از خمیر نیمه شیمیایی پهن برگان و 35% خمیر بازیافتی برای ساخت این فرآوردها استفاده می شود. بعضی از کاغذهای کنگره ای از 100% الیاف بازیافتی ساخته می شوند که می توان از آهار سطحی به منظور بهبود ویژگی های مقاومتی استفاده کرد.
لایه کنگره ای سفتی مورد نیاز را به کارتن می دهد. مهمترین خواص این نوع کاغذها باید سفتی و مقاومت در برابر له شدن و شکستگی باشد.
3) کاغذ داخلی کارتن
این کاغذ در پاره ای از خصوصیات مانند مقاومت در برابر رطوبت و یا مقاومت های ذاتی الیاف با کاغذ رویی مشترکند ولی نیاز به صافی مناسب برای چاپ و یا اندود شدن با الیاف رنگبری شده جهت سفید کردن برای چاپ و غیره را ندارند.
این کاغذها می توانند از 100% الیاف بازیافتی ساخته شوند ولی از نظر بهداشتی باید در رتبه قابل قبولی باشند چرا که ممکن است در بعضی از موارد، در تماس با محصولات خوراکی موجب ایجاد بوی بد شده و عطر نامطبوعی در این مواد شوند.
6
انواع کاغذهای مورد استفاده در صنعت کارتنسازی
مهمترین کاربردهای نشاسته ذرت در صنایع کاغذ و کارتن
مقاومت خمیر کاغذ
مقاومت سطحی
مقاومت به عبور آب و مایعات
نگهدارنده ذرات و ترکیبات موجود در سوسپانسیون خمیر کاغذ
تامین چسبندگی (آهاردهی سطحی)
به منظور چاپ پذیری و عبور از پرینتر
عامل اتصال دهنده برای پوشش دهی کاغذ گلاسه
پیگمنتها توسط نشاسته برای استحکام سطحی به درون الیافهای کاغذ میچسبند.
چسب در صنایع کارتن سازی
7
8
نشاسته کاتیونی ذرت در صنعت کارتن سازی
نشاستههای اصلاح شده بر اساس نوع تغییراتی که در ساختار ملکولی آنها اعمال شده بصورت تخصصی برای شرایط و اهداف مشخصی مورد استفاده قرار میگیرند.
این نوع اصلاح در نشاسته ذرت نسبت به سایر اصلاحات اندکی پیچیدهتر است. بارزترین اختلاف آن با سایر اصلاحات دارا بودن بار الکتریکی مثبت بوده که نتایج ثمربخش آن به همین دلیل میباشد.
نشاسته کاتیونی، نشاستهای است که در طول زنجیرههای پلیمری آن ترکیبات آمونیوم چهارتایی جایگزین هیدروکسیدها گردیدهاند که حاوی بار مثبت بر روی نیتروژن استخلافی خود هستند. قرار گرفتن این ترکیب آمونیوم چهارتایی حاوی بار مثبت، موجب میگردد نشاسته حاصل قابلیت واکنش با ترکیبات حاوی بار منفی را پیدا کند.
9
مهمترین کاربردهای نشاسته کاتیونی ذرت در کارتن سازی
نشاسته کاتیونی در تبادل بار الکتریکی با خمیر کارتن که سراسر منفی است باعث جذب بیشتر الیاف کاغذ به یکدیگر شده و نهایتاً با شکل گیری مناسب کارتن، مقاومتهای فیزیکی کارتن نیز افزایش مییابد.
نشاسته کاتیونی با جذب الیاف ریز و مواد پرکننده (فیلر) به عنوان ماده کمکی باعث افـزایش بهرهوری در کارتنسازی میگردد.
برای حفظ و نگهداری الیاف و رنگدانهها روی کاغذ و کارتن مصرف میشود.
استفاده از نشاسته کاتیونی باعث بهبود و استحکام در مقابل پارگی و پایداری در مقابل تا خوردن کاغذ میشود.
10
تولید نشاسته کاتیونی
جهت تولید نشاسته کاتیونیک ابتدا از واکنش بین ترکیبی بین اپی کلروهیدرین با آمین سه تایی واکنشگری تهیه میشود که به صورت آمونیوم چهارتایی است و در نهایت از مجاورت این آمونیوم چهارتایی با نشاسته، نشاستهای با پیوندهای اتری حاصل میگردد که حاوی بار مثبت (کاتیونی) بوده که کاربردهای بسیار زیادی دارد.
11
استفاده از نشاسته ذرت در بازیافت کاغذ و کارتن
آنچه که در کاربرد دوباره الیاف بازیافتی مشاهده میشود، کاهش کیفیت محصول تولیدی از الیاف بازیافتی در مقایسه با محصول تولید شده از الیاف بکر میباشد.
بنابراین لزوم ارائه راهکارهایی جهت بهبود ویژگیهای مقاومتی محصول تولیدی در حد استاندارد، ضروری است. در فرآیند بازیافت کاغذ، از روشهای مختلفی برای بهبود اتصال بین الیاف و افزایش ویژگیهای مقاومتی استفاده میشود که در این میان کاربرد مواد افزودنی نظیر نشاسته ذرت اهمیت بیشتری دارد.
12
افزودن نشاسته کاتیونی ذرت به خمیر کارتن بازیافتی
محققان با افزودن نشاسته کاتیونی ذرت به خمیر کارتن بازیافتی و بررسی اتصال بین الیاف مشاهده نمودند که متصل شدن نشاسته به الیاف بازیافتی به احیای نقاط اتصال از دست رفته سطح الیاف انجامیده، قدرت اتصال بین الیاف را افزایش داده و در نتیجه خواص مقاومتی کارتنهای دست ساز را تا حد خمیر کارتن بکر ارتقا داده است.
پژوهشگران دیگری نیز مشاهده کردند که نشاسته کاتیونی ذرت به دلیل دارا بودن پلیمرهای کاتیونی، موثرتر و قویتر از سایر افزودنی عمل میکند. نشاسته ذرت قابلیت احیای پیوندهای از دست رفته خمیر کارتن را دارد. در نتیجه خواص مقاومتی کارتنهای ساخته شده را تا حد خمیر کارتن بکر ارتقاء میدهد.
13
آهارزنی کاغذ و کارتن توسط نشاسته ذرت
14
بهترین تعریف از آهاردهی کاغذ، ایجاد مقاومت به جذب یا نفوذ سیالات بویژه آب در آن می باشد. از نظر کاربردی این تعریف به معنای ایجاد مقاومت از طریق بکارگیری مواد شیمیایی در کاغذ، مقوا و کارتن میباشد.
آهارزنی درونی به منظور افزایش مقاومت کارتن در مقابل نفوذ آب اعمال میشود، در حالی که آهارزنی سطحی ضمن افزایش مقاومت سطحی کارتن به نفوذ آب، سایر خواص سطحی کارتن را نیز مانند مقاومت مکانیکی کارتن به چاپ پذیری بهبود میبخشد.
چسب نشاسته ذرت
یکی از مهمترین موادی که در کارتن سازی اهمیت دارد چسب است که در خط تولید برای چسباندن لایه های کاغذ به کار میرود. صنایع کارتن و مقوا در ابتدا از چسبهای سیلیکات یا سیلیکونی جهت تولید استفاده میکردند که امروزه کاربرد این نوع چسبها منسوخ شده و از چسب نشاسته ذرت، سیب زمینی و یا گندم استفاده میشود.
پس از این که چسب به نوک لایه کنگرهای منتقل گردید، تحت اثر حرارت قرار گرفته، نشاسته متورم شده و شروع به ژلهای شدن میکند. در این حالت پیوندی تشکیل میشود.
نشاسته خام (یا اصلاح نشده) نوعی محصول کلیدی مورد استفاده برای ساخت چسب نشاسته میباشد.
15
فرمولاسیون چسب نشاسته
فرمول 1
16
همزن باید در تمام موارد روشن باشد تا عمل اختلاط به خوبی صورت گیرد و از ته نشین شدن مواد جلوگیری شود.
فرمولاسیون چسب نشاسته (ادامه)
17
فرمول 2
چسب نشاسته نهایی
بوراکس
18
به کاربردن بیش از حد بوراکس هرگز باعث نمی شود که ذرات نشاسته، آب بیشتری به خود جذب کنند بلکه نشاستهای که در برابر حرارت ژلهای شده، پودری شکل شده (شکرک می زند) و قدرت چسبندگی کاهش می یابد و لایه ها به آسانی تا آخر سطح ورق با دست باز می شوند، پس هرگز نباید براکس را با هدف بالا بردن ویسکوزیته به کار برد.
مرحله اول: چسب زدن به نوک فلوت (لایه کنگرهدار)
مرحله دوم: نفوذ چسب به داخل لایه فلوت
مرحله سوم: اتصال لایه فلوت و لایه زیرین
مرحله چهارم: نفوذ چسب به داخل لایه زیرین
مرحله پنجم: تشکیل پیوند
مرحله ششم: تثبیت نهایی پیوند
19
مراحل تشکیل پیوند چسب نشاسته ذرت
طول ناحیه چسبندگی
20
طول ناحیه چسبندگی فاکتور بسیار مهمی در فرآیند چسبیدن لایههای کاغذ فلوتینگ و لاینر بهم میباشد.
اگر این مقدار بیش از حد مجاز باشد ایراداتی همچون ناصافی سطح کارتن رخ میدهد و اگر از حد کمتر باشد دو پوستی، جدا شدن لایهها، عدم چسبندگی و نفوذ چسب در کارتن را سبب میشود.
با تشکر از توجه شما
21