Гофрированный картон, не поддерживающий горение, и плоский лист этого картона

Группа изобретений относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к изготовлению гофрированного картона, а также плоского листа этого картона, не поддерживающих горение или самозатухающих, при этом обладающих необходимыми для упаковки из этого материала прочностными и водоотталкивающими свойствами.

Известен пропитанный битумом гофрированный лист из целлюлозных волокон, имеющий на одной из сторон огнестойкое покрытие, содержащее расширяемый графит, нанесенный сухим осаждением на слой адгезионной грунтовки, представляющей собой полимер или смесь полимеров, выбранных из термопластических смол (RU 2612740, кл. E04D 5/00; опубликовано 13.03.2017).

Названные листы в основном используются в качестве облицовочного материала в строительстве.

Также известен огнезащитный пленочный ламинат, в состав которого входит огнеупорная бумага, включающая наряду с другими веществами волокнистый материал, представляющий собой неорганическое биоразлагаемое волокно и огнеупорное керамическое волокно (RU 2448841, кл. В32В 29/02; опубликовано 27.04.2012).

Известное устройство используется в частности в тепло- и звукоизолирующих системах.

Задача изобретения состоит в получении в промышленных условиях материала, предназначенного для изготовления упаковочной тары (ящиков, коробок и т.п.), а именно гофрированного картона и его части в виде плоского листа картона, обладающих повышенными эксплуатационными свойствами.

Названная задача обеспечена техническим результатом, направленным на обеспечение огнестойких свойств как самого гофрированного картона, так и его части в виде плоского листа картона, при сохранении их прочностных и водоотталкивающих свойств.

Названный технический результат достигнут в изобретении с помощью следующих признаков.

Огнестойкий (не поддерживающий горение) гофрированный картон состоит из склеенных между собой по меньшей мере двух плоских листов картона и размещенного между ними листа гофрированной бумаги. Все названные листы перед склеиванием обработаны с поверхности водным раствором фосфата аммония однозамещенного (моно аммоний фосфатом (МАФ) в количестве 80-130 кг/т сухого вещества и раствором упрочняющего полимера, включающим, например, гидролизованный (окисленный или энзимированный) крахмал в количестве 10-45 кг/т. Дополнительно в состав раствора введен гидрофобный клей, например, на основе стирол-акрилатов в количестве 2-5 кг/т.

Листы картона и гофрированной бумаги вышеназванного картона могут быть выполнены из макулатуры, и/или целлюлозы, и/или полуцеллюлозы, при этом в их массу может быть дополнительно введен гидрофобный клей, выполненный, например, на основе стирол-акрилатов.

Огнестойкий (не поддерживающий горение) картон выполнен в виде плоского листа, поверхность которого обработана водным раствором фосфата аммония однозамещенного (моно аммоний фосфатом (МАФ) в количестве 80-130 кг/т и раствором упрочняющего полимера, включающим, например, гидролизованный крахмал в количестве 10-45 кг/т. Дополнительно в состав раствора введен гидрофобный клей, например, на основе стирол-акрилатов в количестве 2-5 кг/т.

Лист картона может быть выполнен из макулатуры, и/или целлюлозы, и/или полуцеллюлозы, при этом в их массу может быть дополнительно введен гидрофобный клей, выполненный, например, на основе стирол-акрилатов.

Гофрированный картон для изготовления упаковок может быть трехслойным или пятислойным (для крупных и тяжелых упаковок). Трехслойный картон состоит из склеенных между собой двух плоских слоев картона и одного гофрированного слоя бумаги для гофрирования. Пятислойный гофрированный картон состоит соответственно из склеенных между собой трех плоских слоев и двух гофрированных слоев. Картон и бумага для гофрирования могут быть либо идентичными материалами, либо материалами схожими между собой по составу и свойствам. Картон и бумагу для гофрирования при производстве гофрированного картона склеивают крахмальным клеем.

Само применение фосфатов аммония в качестве огнезащитных препаратов известно. Однако, применение для поверхностной обработки в клеильном прессе буммашины двух и трех замещенного фосфата аммония практически не возможно, так как эти соединения при нагреве в сушке буммашины разлагаются и дают сильный запах аммиака с превышением допустимых норм. МАФ, как проверено на практике, вредного запаха аммиака не дает. Однако, при поверхностной обработке картона МАФ происходит два отрицательных эффекта: снижение прочности готового картона и снижение водоотталкивающих свойств картона. Последнее происходит в том числе из-за кислой реакции растворов МАФ, в которых нейтральные гидрофобные клеи работают плохо и для снижения впитываемости нужно использовать только тот клей, который работает с поверхности картона в кислой среде. Таким клеем является стирол-акрилат.

Возможно также добавление гидрофобных клеев в бумажную массу картона, например, канифольного клея или клея ASA (алкенил сукцин ангидрида). Этот метод придания гидрофобности картону можно совмещать с подачей стирол-акрилатного клея с поверхности, но как самостоятельный метод, массная проклейка картона в условиях его последующей пропитки составами МАФ с килой реакцией менее эффективна, чем подача стирол-акрилатного клея совместно с МАФ при поверхностной обработке картона.

Как показали испытания, при нанесении на картон МАФ прочность картона снижается, так как МАФ оказывает некоторое разрыхляющее действие на картон и количество связей между целлюлозными волокнами снижается. Поэтому в поверхностный состав картона целесообразно вводить упрочняющий полимер. Из упрочняющих полимеров наиболее доступным и эффективным является крахмал. Для поверхностной проклейки обычно используют гидролизованный крахмал, который получают, как правило, либо путем энзимного гидролиза, либо путем окисления.

Также вместо крахмала можно использовать другой упрочняющий полимер, например, ПВС (поливиниловый спирт). Эти полимеры также могут придать картону упрочняющие свойства, однако, по сравнению с крахмалом они дороже и менее технологичны.

Как показали исследования, действительно, добиться эффекта не поддерживания горения или самозатухания картона весьма сложно. Так, при умеренных расходах МАФ эффект негорючести или самозатухания картона достигается лишь при нанесении МАФ на картон в очень большом количестве около 90 кг/т и более. Эффект практически полного не возгорания картона достигается при содержании МАФ в картоне около 120 кг/т. Дальнейшее увеличение содержания МАФ особого смысла не имеет, кроме того, нанос МАФ более 130 кг/т ограничивается факторами растворимости МАФ в поверхностном водном составе и способностью картона-основы впитывать большие объемы раствора в клеильном прессе.

На графике фиг. 1 показано влияние содержания МАФ в макулатурном картоне, при обработке его в лабораторном клеильном прессе, на время самозатухания пламени после поджога полоски картона внешним пламенем. Метод оценки времени самозатухания состоит в том, что полоску картона, шириной 15 мм и длиной 200-250 мм, держат за один конец и поджигают пламенем спички или зажигалки с другого конца. Полоску при этом держат строго горизонтально. После возгорания полоски картона источник внешнего пламени убирают и включают секундомер. В момент самогашения пламени секундомер выключают. Секундомер показывает время самозатухания пламени. Если картон не загорелся в течение 5 с, то считается, что время самозатухания 0 с и он полностью не возгорается.

Из графика на фиг. 1 видно, что при нанесении на картон менее 40-50 кг/т МАФ после его поджигания внешним пламенем картон практически сам не гаснет или продолжает гореть достаточно долго. Время достаточно быстрого самозатухания пламени картона на уровне 2-4 с достигается при нанесении на картон 80-100 кг/т МАФ, при нанесении 100-120 кг/т пламя после поджигания картона гаснет практически сразу в течение 0,5-2 с.

Из практики работы предприятий известно, что при проклейке обычного картона стиролакрилатным гидрофобным клеем (например, «Prosize SP"), достаточно 1,0-1,5 кг/т указанного товарного клея, чтобы добиться снижения впитываемости картона до обычного уровня не более 30-35 г/м² по методу Кобб-60. Уровень впитываемости воды не более 30-35 г/м² считается обычным требованием для картона (тест-лайнера). Этот уровень обеспечивает непромокаемость картона от случайного попадания влаги и определенного сохранения его прочности в условиях влажной атмосферы. При высокой впитываемости (более 40-50 г/м²) картон быстро промокает от случайной и конденсационной влаги (при перепаде температур) и теряет прочность в обычных условиях транспортной упаковки.

На графике фиг. 2 показано влияние расхода гидрофобного клея «Prosize SP» (эмульсия концентрацией около 30% на основе стирол-акрилатов) на впитываемость огнестойким картоном воды по Кобб-60 при поверхностной обработке картона составом, включающим крахмал, клей и МАФ.

Из графика на фиг. 2. видно, что для проклейки картона без МАФ достаточно 1,0-1,5 кг/т расхода клея на основе стирол акрилата, чтобы впитываемость картона по методу Кобб-60 снизилась до уровня менее 30 г/м² а при добавлении МАФ на уровне 70 кг/т требуется уже 3,0-3,5 кг/т клея, а при расходе 110 кг/т МАФ требуется уже 3,5-4,5 кг/т клея, чтобы снизить впитываемость воды картоном до указанного уровня менее 30-35 г/м². Это результаты производственных испытаний.

Также для придания картону водоотталкивающих свойств можно использовать и другие типы клеев, например, канифольный или клей ASA (алкенил-сукцин-ангидрид). Но они являются менее технологичными или более дорогими.