Badanie właściwości tektury litej i falistej

Transkrypt

1 Badanie właściwości tektury litej i falistej 1. Surowce do produkcji tektury. Podstawową rolę w procesie produkcji tektury litej i falistej odgrywa jakość i pochodzenie surowców włóknistych oraz prowadzenie procesu produkcyjnego. Masy makulaturowe, zaliczane do mas wtórnych, stosowane, jako surowiec podstawowy w procesie produkcji tektur, są surowcem niejednorodnym, obejmującym szeroki zakres zużytych wyrobów papierowych. Niejednorodność surowca wynika z różnego składu, barwy, stopnia zadrukowania i/lub uszlachetniania powierzchni (laminowanie, impregnacja) surowców wtórnych. Zanieczyszczenia wynikać mogą z użytkowania lub zabrudzenia przypadkowego, będącego efektem metod prowadzenia zbiórki makulatury. Do produkcji tektur wielowarstwowych stosowane są różne surowce włókniste: - masy celulozowe (masy chemiczne), - ściery drzewne, - masy chemotermomechaniczne (CTMP), - masy makulaturowe. Masy celulozowe, wytwarzane najczęściej metodą siarczanową (Sa), bielone (białe) i niebielone (brązowe), jako mieszanina surowców z drewna sosnowego, świerkowego i brzozowego (tzw. włókna pierwotne). Masy celulozowe sosnowe i świerkowe charakteryzują się włóknami długimi i płaskimi, natomiast masy brzozowe składają się z włókien krótkich i cylindrycznych. Ściery drzewne: ścier biały, ścier ciśnieniowy, ścier rafinerowy oraz ścier termomechaniczny. Ścier biały SGW (ang. Stone Groundwood), otrzymywany jest przez ścieranie drewna na kamieniu w ścierakach otwartych, tzn. pod ciśnieniem atmosferycznym. Ścier ciśnieniowy PGW (ang. Pressure Groundwood), otrzymywanie obejmuje ścieranie na kamieniu w ścierakach zamkniętych pod zwiększonym ciśnieniem ok. 0,3 MPa przy natrysku wody o temperaturze 100 o C. Ścier rafinerowy RMP (ang. Rafiner Mechanical Pulp), otrzymywany w otwartych bezciśnieniowych młynach tarczowych (rafinerach) przez rozwłóknianie nietraktowanych chemicznie wstępnie zrębków. Ścier rafinerowy ma dużą zawartość frakcji długowłóknistej. Ścier termomechaniczny TMP (ang. ThermoMechanical Pulp) zwany także masą termomechaniczną, otrzymywany jest w zamkniętych ciśnieniowych młynach tarczowych (termorafinerach) przez rozwłóknienie zrębków wstępnie parowanych w temperaturze powyżej 100 o C i dodatkowo mielony w rafinerach bezciśnieniowych. Masy chemotermomechaniczne oznaczane CTMP (ang. Chemi ThermoMechanical Pulp), otrzymywane w termorafinerach przez rozwłóknienie zrębków wstępnie potraktowanych chemikaliami i parowanych w temperaturze powyżej 100 o C oraz dodatkowo jeszcze mielonych w rafinerach. Masy makulaturowe, otrzymywane są przez mechaniczne rozwłóknianie makulatury. Makulatura stosowana do produkcji tektury może pochodzić z trzech różnych źródeł: 1

2 1. odpad własny, zwany też brakiem jest najlepszą makulaturą, ponieważ nie zawiera zanieczyszczeń, 2. makulatura przemysłowa (makulatury stanowiące zwroty z wydawnictw, zakładów produkcyjnych i przetwarzających wyroby papierowe, najczęściej zadrukowane, ale dość jednolite pod względem składu surowcowego), 3. makulatura pokonsumencka (makulatury powracające od konsumentów, są zadrukowane, często zanieczyszczone, niejednolite pod względem składu surowcowego). Masy makulaturowe są jakościowo gorsze od mas otrzymanych z surowców powtórnie nieprzetwarzanych. Zadaniem instalacji przerobu makulatury jest rozwłóknianie surowca i oczyszczanie masy makulaturowej w stopniu gwarantującym odpowiednią jakość oraz płynność produkcji wytworu końcowego, czyli papieru lub tektury. 2. Tektura lita. Zgodnie z normą PN-P-50000:1992 Papier, tektura, masa włóknista i określenia związane. Terminologia., która jest tłumaczeniem normy ISO, produkty papierowe zostały podzielone na dwie kategorie, ze względu na ich gramaturę: papier (o gramaturze do 225 g/m 2 ) i tekturę (o gramaturze co najmniej 225 g/m 2 ). W przypadku materiałów wielowarstwowych wyroby o gramaturze 180 g/m 2, także nazywane są tekturą. Tektury lite (graficzne i opakowaniowe) składają się z jednej lub kilku warstw masy papierniczej, połączonych na mokro podczas procesu wytwarzania, bez użycia kleju. Tektury lite zwyczajowo, choć niepoprawnie, nazywane są kartonami. Proces produkcji polega na wylewaniu masy papierniczej w postaci warstw, w momencie, gdy warstwa poprzednia jest odwodniona, ale niewysuszona. Liczba warstw w tekturze litej może wynosić nawet siedem. Warstwy tektury litej mogą pochodzić z tej samej masy lub różnić się składem, wówczas są to masy modyfikowane np. ze względu na skład włóknisty. Oprócz tego typu tektur istnieją jeszcze tzw. tektury laminowane, które powstają przez sklejenie w stanie wykończonym po wysuszeniu dwóch lub większej liczby tektur, najczęściej jednostronnie powlekanych, za pomocą kleju, na tzw. laminówkach. Różnice w budowie tektury jedno- i wielowarstwowej przedstawia poniższy rysunek: POWŁOKA WARSTWA WIERZCHNIA WARSTWA WŁÓKNISTA WARSTWY ŚRODKOWE WARSTWA SPODNIA A. TEKTURA JEDNOWARSTWOWA B. TEKTURA WIELOWARSTWOWA Rys. 1. Różnice budowy w przekroju poprzecznym tektur jedno- i wielowarstwowych [1] 2

3 Rys.2. Różnice w załamywaniu tektur jedno- i wielowarstwowych [1] a. Tektura jednowarstwowa pęka w obrębie załamania b. Tektura wielowarstwowa nie wykazuje pęknięć Całkowite wysuszenie tektury odbywa się w części suszącej tekturnicy. Tektura lita stosowana do wyrobu pudełek posiada gramaturę w przedziale 225 do 400 mg/m 2. O jakości poszczególnych odmian tektury decydują poza wyglądem, właściwości wytrzymałościowe. Tektura musi być odporna na nagniatanie, nacinanie, zginanie i wytłaczanie oraz rozwarstwianie, powinna wykazywać odpowiednią sztywność, płaskie leżenie, brak obcego zapachu oraz substancji szkodliwych dla zdrowia. 3. Opakowania tekturowe Dobór tektury związany jest z systemem formowania pudeł, przechowywania i transportowania. Opakowanie z tektury litej powinno posiadać odpowiednią wytrzymałość, odporność na przepuklenie w kierunku prostopadłym do powierzchni, odporność na wypaczenia, zachowanie wymiarów przy zmianie wilgotności otoczenia. Aby opakowanie zachowywało dobry wygląd podczas użytkowania, nie może się wybrzuszać pod wpływem zawartości ani pod wpływem zgniatającej siły pionowej, dlatego ważna jest sztywność zginania. Parametr ten zależy od grubości tektury oraz modułu elastyczności warstw. Dla zachowania prawidłowej pracy maszyn pakujących podatność na zginanie (stosunek sztywności w miejscu nagniecenia do sztywności tektury), nie powinna przekraczać 75 %. Sztywność tektury w kierunku prostopadłym do kierunku biegnięcia włókien jest co najmniej dwa razy mniejsza od sztywności w kierunku zgodnym z biegiem włókien. Tektury lite muszą być podatne na wykrawanie, nagniatanie, nacinanie i perforowanie, które to procesy wymagają od nich odpowiedniej ściśliwości. Podatniejsze na powyższe procesy są tektury o większej pulchności (tzn. małej gęstości). Bardzo ważną cechą opakowań tekturowych, jest ich atrakcyjny wygląd. Powierzchnie na zewnętrzną stronę opakowania najczęściej mają barwę białą, ale mogą mieć także odcień chromatyczny, np. pastelowy. W tekturach na opakowania do żywności, kosmetyków, leków nie stosuje się na ogół fluorescencyjnych wybielaczy optycznych (FWA). Związki te wchodzą w reakcję chemiczną z substancjami aromatycznymi tytoniu, zmieniając niekorzystnie ich smak i aromat. Tektura lita do wyrobu opakowań musi być czysta, niedopuszczalne są plamy i zabrudzenia oraz ślady zamoknięcia i pleśni. Wg norm amerykańskich, maksymalna ilość bakterii w tekturach na opakowania żywności wynosi 250 kolonii/g. Poziom skażenia tektur 3

4 zależy od ich składu surowcowego. Tektury wytworzone z włókien pierwotnych (mas celulozowych, półchemicznych, ścieru), są zwykle mikrobiologicznie czyste. Głównym źródłem skażenia są włókna wtórne (makulaturowe). Tektury wytwarzane z udziałem makulatury nie są dopuszczone do bezpośredniego pakowania produktów spożywczych, szczególnie chodzi tu o zachowanie limitów migracji globalnej substancji toksycznych, mutagennych, metali ciężkich (np. z farb drukarskich). Tektury przeznaczone do pakowania żywności mogą być ponadto zdyskwalifikowane, gdy negatywnie wpływają na smak, zapach lub barwę zapakowanych produktów. Tabela 1. Wymagane właściwości tektur litych na pudełka [4] Właściwości ogólne Strona górna Strona dolna Gramatura Wytrzymałość powierzchni na Podatność na sklejenie zrywanie Masa właściwa Wytrzymałość powierzchni na Odporność na ścieranie ścieranie na sucho i na mokro Podatność na nagniatanie Połysk i gładkość Odporność na pylenie Podatność na nacinanie Odpowiednia chłonność cieczy Podatność do powlekania materiałami barierotwórczymi Podatność na wykrawanie Brak zanieczyszczeń powierzchni (cętek) Podatność na laminowanie z foliami tworzyw sztucznych i folią aluminiową Podatność na składanie Podatność na zadrukowanie Podatność na powlekanie tworzywami sztucznymi Sztywność Podatność na laminowanie lub Obojętność fizjologiczna powlekanie tworzywami sztucznymi Wytrzymałość na Podatność na lakierowanie rozwarstwienie Podatność na wytłaczanie Podatność na sklejenie Wilgotność Płaskość i stałość wymiarów Brak obcego zapachu Czystość chemiczna Czystość bakteriologiczna Tektury lite są klasyfikowane wg mas włóknistych stosowanych do ich wytwarzania oraz liczby warstw. Stronę zewnętrzną stanowi warstwa pokryciowa, stronę wewnętrzną stanowi warstwa spodnia. Do znakowania tektur litych stosuje się skróty pochodzące od nazw w języku angielskim lub niemieckim. W tabeli 2 przedstawiono oznakowanie tektur litych. 4

5 Tabela 2. Oznakowanie tektur litych w języku angielskim [4] Rodzaj tektury litej Nazwa w języku angielskim Oznakowanie w języku angielskim* Nazwa w języku niemieckim Oznakowanie w języku niemieckim Tektura na pudełka składane, niepowlekana Folding boxboard FBB Chromoersatzkarton UC2 Tektura makulaturowa z uszlachetnianą powierzchnią Tektura z masy siarczanowej bielonej, powlekana Tektura z masy siarczanowej niebielonej Tektura na opakowania do płynów White lined chipboard Solid bleached (sulfate) board Solid unbleached (sulfate) board Liquid packaging board WLC Duplexkarton UD1 LUB UD2 SBS CT gestrichener Zellstoffkarton GZ SUS - - LPB - - * Tektury z powłokami pigmentowymi mogą być dodatkowo oznakowane literami CT (coated) Tabela 3. Podział tektur litych [4] Jednowarstwowe O jednakowej barwie z obu stron Dwuwarstwowe (duplex) Jednostronnie kryte, Z warstwą wierzchnią białą, Z warstwą spodnią o barwie kremowej, brązowej lub szarej Trzywarstwowe (triplex) Dwustronnie kryte, Z warstwą wierzchnią białą, Środkową o barwie kremowej, brązowej lub szarej Z warstwą spodnią białą, kremową lub brązową Wielowarstwowe Z warstwą wierzchnią białą, (multiplex) Dwie do pięciu warstw środkowych o barwie kremowej, brązowej lub szarej Z warstwą spodnią o barwie kremowej, szarej lub brązowej 5

6 4. Tektura falista. Pierwszym producentem tektury falistej był Albert Jones (USA), który w roku 1871 opatentował metodę ulepszania materiałów papierniczych do celów opakowaniowych, polegającą na pofalowaniu wstęgi papieru. Tektura falista produkowana jest od ponad 130 lat. Innym ważnym krokiem w rozwoju produkcji tektury falistej był wynalazek Olivera Longa, który w 1874 roku opracował metodę sklejania warstwy tektury płaskiej z warstwą pofalowaną, czyli metodę produkcji tektury dwuwarstwowej, a w 1881 roku metodę produkcji tektury trzywarstwowej. Masowa produkcja tektury rozpoczęła się na początku XX wieku we Francji a później stopniowo już w całej w Europie. Przemysł celulozowo papierniczy po II Wojnie Światowej otrzymał znaczny impuls w postaci techniki pomiarowej i sterującej. Rozwój ten doprowadził do stworzenia systemów elektronicznego przetwarzania danych oraz sterowania procesem, które z początkiem lat 60-tych znalazły zastosowanie również w przemyśle celulozowo papierniczym. Nowoczesna technika pomiarowo sterująca dała możliwość automatyzacji procesu produkcyjnego, a tym samym zapewnienia wyrobom jednolitości. W 1952 roku w miejscowości Santa Margherita we Włoszech powstał związek europejskich producentów tektury falistej FEFCO (Federation Eurpeennee des Fabricants de Carton Ondule), z siedzibą w Paryżu. FEFCO wprowadziło międzynarodowy znak jakości produkcji, a następnie wraz ze związkiem ASSCO (European Association to Promote the Solid Fibreboard Case Manufacturers Industry) opracowało międzynarodowy kod konstrukcyjny opakowań tekturowych. Tektura falista, to materiał opakowaniowy, składający się z ułożonych na przemian oraz sklejonych warstw płaskich i pofalowanych. W zależności od ilości warstw wyróżnia się tektury faliste dwu-, trzy-, cztero-, pięcio- i siedmiowarstwowe. Dzięki swoim właściwościom tektura falista jest wysoko cenionym materiałem opakowaniowym. Podstawową zaletą jest jej lekkość. Ciężar właściwy tektury waha się od 100 do 200 kg/m 3. Z 1 tony tektury falistej trzywarstwowej o gramaturze 650 g/m 2 można wyprodukować 2000 pudeł o wymiarach wewnętrznych 400 x 300 x 200 mm. Tektura falista to materiał dobrze nadający się po użyciu do ponownego przetwórstwa, a także do kompostowania lub spalania z odzyskiem energii. Warstwy pofalowane tektury falistej wpływają na dobre właściwości amortyzacyjne, przez co pudła dobrze zabezpieczają przed uszkodzeniami mechanicznymi zapakowane produkty. Zdecydowaną wadą tektury falistej jest duża wrażliwość na warunki atmosferyczne. Pod wpływem wilgoci tektura traci sztywność i właściwości amortyzacyjne. Papier przeznaczony na falę (fluting), wprowadzany jest pomiędzy cylindry ryflujące, przez co narażony jest na silne i zróżnicowanie oddziaływanie sił tarcia, ściskających i rozciągających. Fluting powinien charakteryzować się odpowiednią pulchnością i porowatością, objawiającą się podatnością do klejenia z innymi warstwami. Fluting powinna charakteryzować odpowiednia odporność mechaniczna, aby nie doszło do zerwania wstęgi podczas jej przechodzenia przez walce ryflujące oraz odporność na ściskanie i rozciąganie, zachodzące podczas wtłaczania papieru w wyżłobienia na powierzchni walców ryflujących. Papier przeznaczony na warstwę pofalowaną musi poddawać się falowaniu oraz mieć zdolność do zachowania nadanego mu kształtu 6

7 oraz zachować zdolność do zachowania regularności wszystkich charakterystyk na całej powierzchni szerokości wstęgi. Rys. 3. Powstawanie spoiny klejowej [8] Zdolność do wchłaniania wystarczającej ilości kleju w krańcowo krótkim czasie, determinowanym przez prędkość pracy maszyny oraz zdolność przekazywania wystarczająco dużej ilości ciepła, aby klej mógł związać się w momencie kontaktu z warstwą pokryciową. Poniżej przedstawiono kolejne etapy nakładania kleju: A. Nałożenie kleju, B. Penetracja kleju w głąb flutingu i linera, C. Wzrost temperatury powyżej punktu żelowania w strefie połączenia, D. Rozpuszczenie skrobi, wchłonięcie wody przez skrobię, E. Łączenie cząsteczek skrobi ze sobą i z włóknami, F. Żelowanie skrobi, wzrost jej lepkości i hamowanie penetracji skrobi w głąb papieru, G. Dostarczone ciepło powoduje suszenie tektury i utwardzenie połączenia klejowego. Opakowania tekturowe są często sklejane płaszczyznowo na zakładkę. Do sklejania stosuje się kleje z polimerów naturalnych (skrobiowe, kazeinowe) lub wodne dyspersje tworzyw sztucznych (np. polioctan winylu). Aby połączenie klejowe było mocne, sklejane powierzchnie powinny charakteryzować się zbliżoną absorpcją. Klej silnie penetruje w warstwę tektury o większej chłonności, ulegając szybko immobilizacji (unieruchomieniu), a nie uzyskuje wystarczającego zakotwiczenia na stronie powlekanej o mniejszej absorpcji. W rezultacie wytrzymałość spoiny może być za mała i opakowanie rozklei się pod wpływem siły obciążenia zapakowanym produktem. Połączenie opakowań można uzyskać także za pomocą klejów topliwych, tzw. hot meltów, wówczas absorpcja dwóch stron tektury nie ma większego znaczenia. Rys. 4. Schemat budowy tektur falistych: a) tektura dwuwarstwowa, b) tektura trzywarstwowa, c) tektura pięciowarstwowa, d) tektura siedmiowarstwowa; 1 warstwa płaska zewnętrzna, 2 warstwa pofalowana, 3 warstwa płaska wewnętrzna, 4 warstwa płaska środkowa [12] 7

8 Obecnie najbardziej rozpowszechnioną tekturą falistą jest tektura trzywarstwowa, która składa się z dwóch warstw płaskich: zewnętrznej i wewnętrznej oraz warstwy pofalowanej fluting, mieszczącej się między nimi. Warstwa środkowa jest istotą tej konstrukcji tektury, gdyż powoduje usztywnienie warstw płaskich z nią sklejonych. Daje to wyrób w postaci sandwicha, o połowę lżejszy od tektury litej o tej samej grubości i jednocześnie sztywniejszy oraz bardziej odporny na zgniatanie i przebicie. Warstwę pofalowaną można dodawać kolejno i naprzemiennie z płaską, uzyskując coraz grubszy wyrób. Wytwarzane są tektury pięciowarstwowe i siedmiowarstwowe. Każda kolejna dodatkowa warstwa pofalowana zwiększa coraz bardziej sztywność otrzymywanej tektury. Przy tekturze siedmiowarstwowej uzyskuje się materiał porównywalny w zakresie sztywności z płytą z tworzywa sztucznego, lecz jednocześnie łatwo ponownie nadający się do przerobienia. Na przestrzeni lat pojawiały się różne konstrukcje fal: fala podwójna i fala dwuwarstwowa. Ciekawym nowym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest tektura czterowarstwowa z falą X. fala podwójna fala dwuwarstwowa fala w kształcie litery X Rys. 5. Różne konstrukcje warstwy pofalowanej fluting [12] Osiągnięciem ostatnich lat jest produkcja tektury z mikrofalą G o wysokości 0,55 mm, którą zastosowano w małych opakowaniach jednostkowych, uzyskując pudełko o dużej sztywności ścianek, w które pakuje się np. perfumy. Tektura falista jest obecnie głównym materiałem opakowaniowym do produkcji pudeł z zamknięciem czteroklapowym, tacek i pudeł paletowych. Opakowania te cechuje niewielka masa, duża trwałość, bardzo dobre zabezpieczenie towaru przed uszkodzeniem w czasie transportu i podczas składowania oraz wysoka estetyka. Z uwagi na to, że po użyciu pudła są składane, zajmują one małą powierzchnię podczas składowania. Istnieje możliwość ich powtórnego przerobu, jako makulatury. Charakterystycznymi wskaźnikami jakościowymi tektury falistej są: kształt i wielkość fali. W warstwie pofalowanej fala może mieć różny kształt: sinusoidalny lub klinowy. Częściej stosowana jest o kształcie sinusoidalnym (rys.6). 8

9 Rys. 6. Profile fal: a) sinusoidalna, b) klinowa [12] W zależności od wymiarów fali, tj. wysokości fali i jej gęstości, czyli ilości fal w jednostce długości, występują różne rodzaje fal. Wysokość fali h jest to odległość wierzchołka fali od podstawy lub odległość między dwiema warstwami płaskimi. Podziałka fali t jest to odległość między dwoma sąsiednimi wierzchołkami fali. Współczynnik pofalowania jest to stosunek długości papieru przed pofalowaniem do długości wstęgi po sfalowaniu. Rys. 7. Wymiary fali: h wysokość fali, t podziałka fali [12] Znane rodzaje fali to: fala E (mikrofala) fala o wysokości od 1,1 mm do 1,7 mm, wg niektórych autorów 1,2 2,0 mm tektura z tą falą ma raczej walory estetyczne i nadaję się do opakowań małych i nie zawierających ciężkich towarów (często stosowana do pakowania przypraw, galaretek, kawy cappuccino). fala B fala o wysokości od 2,5 mm do 3,0 mm, wg niektórych autorów 2,3 3,2 mm. fala C fala o wysokości od 3,0 mm do 3,7 mm. Rzadziej spotykane to: fala A fala o wysokości od 3,6 do 4,5 mm, wg niektórych autorów 3,6 4,8 mm wycofywania i w zasadzie rzadko spotykana. fala N fala o wysokości około 0,6 mm. fala X jest to tektura czterowarstwowa, w której są dwa arkusze zewnętrzne i dwa arkusze pofalowane, których wierzchołki spotykają się. Współczynnik pofalowania będzie się różnie kształtować dla tego rodzaju wyrobów. Wynika z tego, że fala może mieć różną wielkość podstawy, tj. może być szeroka, średnia i wąska. 9

10 W tabeli 4. zestawiono parametry budowy tektury falistej w zależności od kształtu fali, tj. wysokości fali, jej szerokości i zagęszczenia na długości 1 m. Tabela 4. Kryterium podziału fal w tekturach ze względu na: rodzaj, symbol, wysokość i podziałkę [12] Rodzaj fali Symbol fali Wysokość fali, Podziałka fali, Liczba fal mm mm na 1 m Wysoka A 3,6 4,8 8,3 8, Niska B 2,3 3,2 5,8 6, Średnia C 3,0 3,7 7,0 7, Bardzo wysoka D 6, Mikrofala E 1,2 2,0 3,3 4, Minifala F 0,6 1,1 2, Minifala G 0,55 1,8 555 Bardzo wysoka K 7 12, Minifala N 0,6 1, Tektura z falą X, zwana także Xitex, jest to tektura falista czterowarstwowa, składająca się z dwóch płaskich zewnętrznych oraz dwóch, sklejonych ze sobą grzbietami fal, warstw pofalowanych, z falą o wysokości większej o ok. 0,8 mm od fali C. Taka opatentowana w Austrii tektura falista charakteryzuje się dużą odpornością na zgniatanie płaskie i mniejszą znacznie materiałochłonnością niż tektura pięciowarstwowa, a wykonane z niej pudła mają bardzo dobre właściwości amortyzacyjne i są bardzo odporne na nacisk statyczny. Pozwala to na stosowanie tektury o obniżonej gramaturze przy zachowaniu wymaganej wytrzymałości pudeł. Wysokość fali wpływa na własności tektury falistej. Im fala jest wyższa, tym tektura ma lepsze własności amortyzacyjne a wykonane z niej pudło większą sztywność, ale wraz ze wzrostem wysokości fali wzrasta też materiałochłonność tektury. Na przykład stosowana niegdyś powszechnie tektura z falą A (fala wysoka), ma dobre własności amortyzacyjne i zapewnia stosunkowo dużą sztywność konstrukcji pudła oraz odporność na nacisk statyczny przy piętrzeniu opakowań w stosy (BCT). Zaleca się nadal jej stosowanie, ale tylko w przypadkach pakowania wyrobów o dużej podatności na uszkodzenia mechaniczne, np. szklanych. Tektura z falą B (falą niską) wykazuje dużą odporność na zgniatanie warstwy pofalowanej (FCT) i powinna być stosowana np. do pakowania wyrobów wielosztukowych o dużej masie, np. konserw w puszkach lub farb w blaszanych opakowaniach. Najczęściej jednak stosowana jest tektura z falą C, która posiada własności pośrednie. Przy produkcji tektury pięcio- lub siedmiowarstwowej zaleca się stosowanie warstw pofalowanych o różnym kształcie (np. B i C), wówczas fala B powinna znajdować się przy zewnętrznej, a fala C przy wewnętrznej powierzchni. Do produkcji opakowań przeznaczonych do kontaktu z żywnością stosuje się pudła wykonane z zastosowaniem, jako części składowej, kraftlinera ze 100 % udziałem masy celulozowej siarczanowej, przeważnie sosnowej, niebielonej i flutingu z masy półchemicznej, 10

11 zazwyczaj brzozowej. Pudła do innych zastosowań wykonuje się z surowców opartych na masie makulaturowej (testlinery wielowarstwowe i fluting). Papiery stosowane na warstwy płaskie dzielą się na tzw. kraftlinery i testlinery. Kraftliner jest wytwarzany w 100% z włókien pierwotnych bez udziału włókien makulaturowych i wówczas jest on wytworem jednowarstwowym. W niektórych przypadkach jest dopuszczalny dodatek masy makulaturowej, wówczas kraftliner musi składać się z dwóch warstw. Papiery stosowane w tekturach falistych na warstwę płaską posiadają gramaturę z przedziału g/m 2 (testlinery) i g/m 2 (kraftlinery). W związku z tym, że masa celulozowa siarczanowa z drzew iglastych jest produktem deficytowym, prowadzi się prace nad możliwością zastąpienia masami mniej szlachetnymi, bez pogorszenia wskaźników wytrzymałościowych. Rys. 8. Schemat warstwy pofalowanej [1] h wysokość fali, t podziałka, a długość warstwy pofalowanej, b długość papieru przed pofalowaniem. Rys. 9. Schematy metod nanoszenia kleju [5] 11

12 5. Metody badań tektury i wyrobów tekturowych. Właściwości tektur wielowarstwowych można podzielić na pięć grup: Rys 10. Podział metod badań tektury i wyrobów tekturowych [1] 12

13 Pulchność (wolumen). Pulchność, zwana także wolumenem, jest określana przez stosunek grubości tektury wyrażonej w mikrometrach do gramatury tektury wyrażonej w g/m 2. gdzie: [1] V pulchność, cm 3 /g, D grubość papieru, µm, g gramatura papieru, g/m 2. V = D cm g g Pulchność jest odwrotnością gęstości pozornej, służy m.in. do rozróżniania i klasyfikacji tektur makulaturowych (WLC) o specyficznych pulchnościach: 1,3; 1,4; 1,5 cm 3 /g. Wymiary (wymiary arkusza dla papieru arkuszowego i szerokość zwoju oraz jego średnica dla papieru zwojowego). Wymiary arkusza (tektura arkuszowa) lub średnica (tektura zwojowa), są parametrami wpływającymi na prawidłowy przebieg procesu drukowania i wykańczania. Jeśli nie ustalono inaczej, wg obowiązujących przepisów zawartych w OWZP (patrz gramatura), dopuszczalne największe odchylenie długości i szerokości formatu, o długości boku arkusza większej niż 400 mm, wynoszą: - format netto ± 0,3 % lub + 0,6 % (*), najwyżej ± 2 mm lub + 4 mm (*) - format brutto ± 0,5 %, najwyżej + 5 mm (*) * Jeżeli nie jest akceptowana tolerancja w dół (-) i jeśli jest to zaznaczone w umowie dostawca odbiorca. 3 zwoju, Tolerancja wymiarowa tektur zwojowych odnosi się do szerokości wstęgi i średnicy - dla wstęgi o szerokości do 1600 mm, wynosi ± 0,5 % szerokości zwoju, najwyżej ± 3 mm i najmniej ± 2 mm. Prostokątność arkusza. Prostokątność arkusza, to zawartość kąta prostego (90 o ) między wszystkimi przecinającymi się krawędziami. Sprawdzenia prostokątności arkusza należy dokonywać tylko na arkuszach krojonych fabrycznie. Często nie zachowanie prostokątności arkusza objawia się małą stabilnością wymiarową przy drukowaniu wielokolorowym. Metody oznaczania prostokątności arkusza: - tzw. metoda składania arkusza, stosowana do tektur małej sztywności i niskiej gramaturze, prostokątność oblicza się z dokładnością do 0,1 % wg wzoru: 13

14 X P = 100% [1] AB gdzie: X odległość między wierzchołkami C i D arkusza po złożeniu AB odległość pomiędzy wierzchołkami A i B (długość) arkusza. - metoda pomiaru przekątnych, - metoda precyzyjnego pomiaru kolejnych kątów arkusza. Stabilność wymiarowa. Stabilność wymiarowa, tzw. stateczność wymiarowa, jest to skłonność tektur do zmiany wymiarów pod wpływem zmian wilgotności względnej powietrza (higrostateczność) i bezpośredniego nawilżania (hydrostateczność). Stabilność wymiarowa ma charakter anizotropowy (odkształcenie jest zwykle dwukrotnie większe w kierunku poprzecznym niż podłużnym). Pod wpływem nawilżania następuje zwiększenie wymiarów liniowych, pod wpływem suszenia następuje skurczenie, czyli zmniejszenie wymiarów liniowych. Najbardziej stabilna strefa klimatyczna, czyli warunki, w jakich tektura arkuszowa ma najmniejsze odkształcenia liniowe, to % wilgotności względnej tektury (w temp o C). Stosowane są dwie metody oznaczenia stabilności wymiarowej (tektura klimatyzowana, 50 ± 2 % wilgotności względnej powietrza (w temp. 23 ± 1 o C)): 1. Dla tektur niepowlekanych przez moczenie kwadratowych próbek i oznaczenie zmian wymiarów po nawilżeniu i wysuszeniu. 2. Dla tektur powlekanych pomiar wydłużenia i skurczu przy zmiennych warunkach wilgotności względnej powietrza w temp. 23 ± 2 o C z 35 % do 75 % oraz od 75 % do 35 % wilgotności względnej powietrza. Wyniki podawane są w [%], jako najczęściej dopuszczalne następujące zmiany wymiarów przyjmuje się: - wydłużenie dla kierunku MD + 0,6 %, - wydłużenie dla kierunku CD + 1,8 %, - skurcz w kierunku MD - 0,3 %, - skurcz w kierunku CD - 0,5 %. Przy zmiennej wilgotności względnej powietrza dla kierunku CD, jako graniczne wartości najczęściej przyjmowane są: - wydłużenie 35 % 75 % + 1,0 %, - skurcz 75 % 35 % - 0,8 % Szorstkość. Parametr ten określa gładkość powierzchni tektur, zamiennie stosowany jest z terminem szorstkość. Dla tektur wielowarstwowych powlekanych stosowane są dwie metody określania szorstkości: PPS i Bendtsena, są to pośrednie metody pneumatyczne. Niestety obie metody nie pozwalają na osobne określenie mikro i makrostruktury tektury. 14

15 Aparat Parker Print Surf (PPS) ma największe zastosowanie do pomiaru gładkości, w tym głównie tektur powlekanych. Metoda badania polega na pomiarze przepływu powietrza pomiędzy powierzchnią tektury a głowicą pomiarową, który jest przeliczany na uśredniony profil (uśrednienie nierówności) na powierzchni pomiarowej. Wynik podawany jest w [µm] w zależności od wywieranego nacisku na tekturę. Metoda PPS daje więcej informacji o powierzchni tektury niż metoda Bendtsena. Najczęściej pomiaru dokonuje się przy nacisku masy 10 kg i badanie oznacza, jako PPS 10. Im mniejszy wynik, tym gładsza tektura. Granicą wykrywalności tej metody jest 0,5 µm. Metoda Bendtsena jest częścią składową automatycznej linii pomiarowej, ale stosowana jest także samodzielnie do pomiaru szorstkości tektur wielowarstwowych powlekanych. Wynik podawany jest w ml/min przepływającego powietrza między głowicą pierścieniową a powierzchnią tektury. Granicą wykrywalności tej metody jest 5 ml/min. Wyniki badań aparatem PPS oraz Bendtsena nie mogą być porównywane ani przeliczane z PPS na Bendtsena i odwrotnie. Spoistość powierzchni. Spoistość powierzchni, zwana także odpornością tektury na odrywanie cząstek z jej powierzchni lub odpornością na zrywanie powierzchni. Dla papierów drukowych wyróżnia się dwa przypadki nasilenia zrywania powierzchni: - wyszczypywanie powłoki (ang. pilling), - zrywanie powierzchni (ang. picking). W przypadku tektur wielowarstwowych obserwować można jeszcze dwa przypadki: - rozwarstwianie tektury (ang. delamination), - powstawanie pęcherzy, czyli delaminacja powłoki w przypadku tektur powlekanych (ang. blistering). Rys. 11. Rodzaje zrywania powierzchni wielowarstwowych [1] Zanieczyszczenia powierzchni (cętki). Zanieczyszczenia powierzchni, tzw. cętki, powstają podczas produkcji tektury. Plamki na powierzchni papieru powodują jego brzydki wygląd, złą czytelność wydrukowanej lub zapisanej powierzchni. Zanieczyszczenia powierzchni tektur wielowarstwowych można obserwować w świetle odbitym w postaci plamek o różnych, nieregularnych kształtach i wymiarach. Źródłem tych wad mogą być niezmielone pęczki włókien, drzazgi, kawałki kory, ziarenka piasku, węgiel, sadza, barwniki, 15

16 cząstki wypełniaczy i nierozpuszczalne składniki cieczy bielącej, cząstki żelaza, miedzi i brązu, żywice, piana, śluz, oleje itp. Anizotropia. Anizotropia tektury wielowarstwowej, przejawia się różnymi jej właściwościami w zależności od kierunku zorientowania włókien względem biegu sita maszyny papierniczej. Podczas formowania i odwadniania wstęgi tektury, większość włókien układa się w kierunku równoległym do biegu sita, co warunkuje różnice właściwości fizycznych i mechanicznych w poszczególnych kierunkach. W kierunku podłużnym tektura wykazuje, w porównaniu do kierunku poprzecznego, większą odporność na rozciąganie i zginanie oraz większą sztywność, ale znacznie mniejsze odkształcenie liniowe i rozciągliwość. W kierunku zgodnym z biegiem produkcji wstęgi, tektura posiada prawie dwukrotnie większą sztywność w porównaniu do kierunku poprzecznego. Dla tektur wielowarstwowych anizotropia jest niepożądana. Anizotropowe właściwości tektur warunkują konieczność zachowania kierunku ułożenia włókien zależnie od przeznaczenia tektury. Rys. 12. Prawidłowy sposób zagospodarowania arkusza tektury wielowarstwowej [1] Właściwości hydrofobowe i hydrofilowe określają wpływ wilgoci, wody oraz cieczy organicznych na zachowanie się tektury wielowarstwowej. Do właściwości hydrofobowych i hydrofilowych zalicza się: - wilgotność bezwzględną, - wilgotność względną, - chłonność tektury, - skłonność do falowania, - skłonność do zwijania się. 16

17 Wilgotność bezwzględna tektur wielowarstwowych wynosi od 6 9 %. Wyznaczana jest przez suszenie do stałej masy w temperaturze 105 o C. Określana jest, jako procentowy stosunek masy wody zawartej w tekturze w stosunku do suchej masy tego wyrobu. Wilgotność bezwzględna zależy w głównej mierze od wilgotności powietrza, temperatury i składu surowcowego tektury. Wilgotność bezwzględna papieru może być różna przy tej samej wilgotności względnej powietrza, ponieważ przebieg sorpcji i desorpcji wilgotności wykazuje zjawisko histerezy. Różnice wilgotności bezwzględnej mogą wynosić 2 3 %. Wilgotność względna tektur wielowarstwowych. Ze względu na hydrofilowe składniki jak włókna mas mechanicznych i/lub celulozowych, tektura łatwo pochłania wilgoć z powietrza. Ze względu na budowę kapilarno porowatą, tektury w sposób mechaniczny zatrzymują w swoich porach wodę pochodzącą z kondensacji kapilarnej lub też z bezpośredniego z nią kontaktu. Zdolność tektur wielowarstwowych do pochłaniania wilgoci z powietrza, zależy od: - względnej wilgotności, - temperatury powietrza, - rodzaju włókien i stopnia ich zmielenia, - stopnia zaklejenia włókien, - zawartości wypełniaczy, - obecności pigmentów, - zawartości substancji hydrofobowych i hydrofilowych. Wilgotność względna tektury jest równoważna wilgotności względnej powietrza odpowiadającej stanowi równowagi dynamicznej przy wymianie pary wodnej między tekturą a powietrzem, czyli jest równoważna wilgotności względnej powietrza zawartego pomiędzy arkuszami tektury w stosie. Zależność między wilgotnością względną a bezwzględną nie wykazuje proporcjonalności i nie można jej przeliczać, jak ma to miejsce w przypadku wilgotności powietrza. Zwiększenie wilgotności tektury powoduje zmiany jej właściwości fizycznych, m.in.: - pogorszenie właściwości wytrzymałościowych (w tym spadek sztywności), - zwiększenie odkształceń liniowych, - zwiększenie ściśliwości (większa miękkość tektury), - zwiększenie szorstkości tektury (zmniejszenie gładkości), - zwiększenie grubości spowodowane zwiększeniem wymiarów włókien przez pęcznienie (przy pomiarze bez obciążeń). Klimatyzowanie i przechowywanie tektur wielowarstwowych. Gwałtowne zmiany temperatury i/lub wilgotności mogą spowodować deformacje i pogorszenie płaskości leżenia, prowadzące do utrudnień w dalszym przetwarzaniu. Poza należytym opakowaniem, tektura powinna być przechowywana w pomieszczeniach magazynowych spełniających odpowiednie warunki. Pomieszczenia powinny być suche, 17

18 przewiewne, odizolowane od obcych zapachów, o temperaturze powietrza nie mniejszej niż 4 o C, wilgotności około 60 %. Dla magazynów ogrzewanych i nawilżanych, zaleca się magazynowanie w temperaturze o C oraz wilgotność względną powietrza %. Warunki magazynowania muszą zabezpieczać tekturę przed zawilgoceniem, zamoczeniem, zabrudzeniem czy uszkodzeniem. Okna powinny być tak umieszczone, aby promienie słoneczne nie padały bezpośrednio na tekturę i nie powodowały zmian jej zabarwienia. Tektura powinna być składowana w opakowaniach fabrycznych, na podkładach lub paletach lub w regałach, oddzielnie ze względu na rodzaj, odmianę i gatunek. Tekturę w zwojach należy układać pionowo, jedno czoło zwoju na drugim. Tekturę arkuszową w paletach, można sztaplować. W przypadku, gdy zachodzi potrzeba szybkiego orientacyjnego określenia jakości tektury falistej można określić ją na podstawie dwóch podstawowych parametrów: gramatury i odporności na przepuklenie bezwzględne. Odporność na przepuklenie bezwzględne, traktowana niegdyś jako podstawowa cecha tektur falistych, jest często krytykowana, ponieważ nie odzwierciedla żadnego występującego w rzeczywistości narażenia a odporność tektury falistej na przepuklenie jest zależna prawie wyłącznie od odporności na przepuklenie jej warstw płaskich. Orientacyjną miarą jakości tektur falistych może być stosunek wartości odporności na przepuklenie bezwzględne do gramatury. P W = [5] G gdzie: W umowny wskaźnik jakości tektury falistej, P odporność na przepuklenie bezwzględne [kpa], G gramatura tektury [g/m 2 ]. Wartość wskaźnika dla tektur falistych zadowalającej jakości powinna być nie mniejsza niż 2. Im wartość wskaźnika W jest większa, tym lepszej jakości jest badana tektura. Odporność na nacisk przy piętrzeniu opakowań tekturowych jest również w znacznym stopniu związana z odpornością na drgania występujące podczas transportu towarów. Podstawowym badaniem określającym odporność na piętrzenie jest badanie odporności na ściskanie BCT (Box Crush Test) pudeł z tektury falistej. Badanie to wykonywane jest na kompletnych opakowania, zamkniętych jak do użytku, lecz bez wypełnienia towarem. Badanie to przeprowadzane jest na prasie z napędem mechanicznym ze stałą prędkością posuwu sztywnej płyty zgniatającej (10 mm/min). Opakowanie do badań w warunkach laboratoryjnych poddawane jest klimatyzacji w warunkach normalnych (temperatura 23 +/- 1 o C, wilgotność 50 +/- 2 %) w czasie 24 godzin. Klimatyzowanie opakowań przed badaniami ma na celu zachowanie porównywalności wyników badań. Ustalenie zależności między odpornością pudeł z tektury falistej na ściskanie a rzeczywistą odpornością pudeł na nacisk podczas piętrzenia w stosie 18

19 w magazynach obejmuje określenie współczynników bezpieczeństwa przy projektowaniu opakowań transportowych, na podstawie znormalizowanych badań odporności na ściskanie. Podstawowy wzór do określania dopuszczalnej wysokości piętrzenia danego opakowania w stosie: H F h Q k = [9] gdzie: H dopuszczalna wysokość piętrzenia [m], F maksymalna dopuszczalna siła nacisku, jaka może oddziaływać na opakowanie [kn], h wysokość opakowania [m], Q ciężar opakowania z zawartością [kn], k współczynnik bezpieczeństwa zależny od zastosowanego materiału i wpływu długotrwałego składowanie, dla opakowań z papieru i tektury k = 1,4. Analizując uzyskane wyniki do obliczenia maksymalnej dopuszczalnej siły nacisku F, należy uwzględnić dodatkowych współczynnik k W, wynikający z wpływu warunków klimatycznych na uwzględniony we wzorze: BCT F = [9] k w BCT wartość siły nacisku ustalonej na podstawie wyników badań pudeł [kn] Wytrzymałość na rozciąganie - maksymalna siła rozciągająca przypadająca na jednostkę szerokości, jaką papier lub tektura wytrzymują zanim ulegną zerwaniu w warunkach określonych przez znormalizowaną metodę badania. Samozerwalność - wyliczona graniczna długość paska papieru lub tektury o jednakowej szerokości, powyżej której pasek zamocowany na jednym końcu ulegnie zerwaniu pod własnym ciężarem. Wskaźnik wytrzymałości na rozciąganie: Wytrzymałość na rozciąganie (wyrażona w niutonach na metr) podzielona przez gramaturę. Właściwości wytrzymałościowe. Właściwości wytrzymałościowe należą do najważniejszych cech tektury, ze względu na przebieg procesów poligraficznych, przetwórczych i okresu użytkowania. Odporność tektury uzależniona jest w dużej mierze od długości włókien, sił wiążących włókna (skład i rodzaj surowców włóknistych, sposób mielenia stopień rozwinięcia powierzchni włókien), środki wiążące, kleje, wypełniacze, przebieg procesu produkcyjnego oraz warunki zewnętrzne (wilgotność, temperatura) podczas użytkowania. 19

20 Badanie właściwości wytrzymałościowych powinno odbywać się w kontrolowanych warunkach temperatury i wilgotności i te informacje powinny być publikowane wraz z wynikami badań. Warunkami znormalizowanymi dla tego typu badań, przyjęto wykonywanie oznaczeń w temperaturze 23 +/- 1 o C i wilgotność względna powietrza 50 +/- 2 %. Badanie właściwości wytrzymałościowych określa w umowny sposób charakterystykę papieru pod wpływem działania siły lub sił, działających w określonym kierunku, równolegle lub prostopadle do płaszczyzny. Badania te możemy podzielić na dwie zasadnicze grupy: badania nieniszczące (lub niedestrukcyjne) oraz badania niszczące. Do grupy badań nieniszczących zaliczamy: - oznaczanie ściśliwości, - oznaczanie sztywności, - oznaczanie twardości, - współczynnika tarcia, - współczynnika sprężystości, - zdolność relaksacji, - odkształcenie plastyczne. Do drugiej grupy badań, czyli niszczących, zaliczamy: - badania statyczne: - wytrzymałość na rozciąganie w warunkach statycznych, - wydłużenie, - przepuklenie. - badania dynamiczne: - odporność na zginanie, - wytrzymałość na przedarcie, - odporność na rozwarstwienie, - odporność na łamanie. Między wskaźnikami statycznymi i dynamicznymi nie występują współzależności i nie można ich przeliczać względem siebie. Wytrzymałość na rozciąganie. Wytrzymałość na rozciąganie charakteryzuje wytrzymałość na zerwanie w warunkach statycznych. Określana jest w niutonach na jednostkę szerokości badanej tektury. Wytrzymałość na rozciąganie jest najważniejszą właściwością wytrzymałościową tektur wielowarstwowych, stosowanych np. do produkcji opakowań i okładek. Nie odzwierciedla ona jednak charakteru tektury wielowarstwowej jako tworzywa, ponieważ wyraża obciążenie zrywające na jednostkę liniową (przypadającą na szerokość badanej próbki), a nie jednostkę powierzchni. Wytrzymałość na rozciąganie zależy przede wszystkim od ilości i mocy wiązań między włóknami oraz (w mniejszym stopniu) od długości włókien (jest ona proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego ze średniej ważonej długości włókien). Wielkość wytrzymałości tektury na rozciąganie 20