okladka12_2011_2d ns.cdr

TEKTURA FALISTA
Właściwości absorpcyjne linerów i flutingów:
porównanie metody Cobb i PDA
Liner and Fluting Absorptiveness Properties:
Comparison Between Cobb Method and PDA
EWA DRZEWIŃSKA, ANNA STANISŁAWSKA
Celem pracy było porównanie metod eksperymentalnych służących do oznaczania chłonności papierów stosowanych na warstwy
składowe tektury falistej. Porównano właściwości absorpcyjne linerów i flutingów zmierzone zgodnie ze znormalizowaną metodą Cobb
oraz wyznaczone na podstawie dynamiki penetracji wody aparatem
PDA. W toku badań zostało ustalone, że niektóre papiery – pomimo
zbliżonych wartości wskaźnika Cobb – charakteryzowały się inną
dynamiką penetracji. Całkowite objętości wody, jakie wniknęły w
próbki po długim czasie pomiaru, były ze sobą porównywalne, jednakże szybkość penetracji była zróżnicowana, zwłaszcza w początkowym etapie absorpcji. Odmienne charakterystyki penetracji przy
podobnych wartościach absorpcji wody Cobb mogą być przyczyną
problemów podczas sklejania lub drukowania tektury falistej.
Słowa kluczowe: absorpcja wody, dynamika penetracji, szybkość
penetracji, liner, fluting, tektura falista
The objective of the work was to evaluate the testing methods used
for the determination of absorption characteristics of papers used
for corrugated board production. Absorption properties of liners
and flutings measured by traditional Cobb test were compared to
those determined by water penetration dynamics method. During
the investigation, it was found that – despite similar Cobb values –
some papers exhibit different penetration dynamics. The total water
volumes, absorbed upon long-time measurements, were comparable.
However, penetration rates for different stages were not the same.
Such a characteristics may be a reason for the problems occurring
during gluing or printing of corrugated board.
Keywords: water absorption, penetration dynamics, penetration rate,
liner, fluting, corrugated board
Wprowadzenie
Tektura falista dzięki swym zaletom zajmuje czołową pozycję
na rynku opakowań. Pomimo konkurencji ze strony innych materiałów opakowaniowych obserwuje się ciągły wzrost jej produkcji.
Tak wielką popularność zawdzięcza swej lekkości, odpowiednim
właściwościom ochronnym, wytrzymałościowym i amortyzacyjnym oraz efektownym nadrukom, a także nieszkodliwości
dla środowiska i zdrowia oraz łatwości ponownego przerobu na
papier.
Zmieniają się jednakże wymagania stawiane przez konsumentów i odbiorców wobec opakowań wytwarzanych z tektury
falistej oraz wprowadzane są innowacje zwiększające wydajność
tekturnic. Coraz większą uwagę zwraca się na estetykę i jakość
produktu, jego przydatność do pakowania różnych produktów
spożywczych, czy przemysłowych.
Jakość tektury falistej jest uzależniona w skomplikowany sposób od wielu różnych czynników związanych z charakterystykami
papierów i tektur składowych, właściwościami kleju, konstrukcją
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · GRUDZIEŃ 2011
tekturnicy oraz sposobem prowadzenia procesu. Właściwości
absorpcyjne linerów i flutingów są ważnymi wskaźnikami jakościowymi, decydującymi o przydatności wyprodukowanej z nich
tektury falistej. Właściwości te wpływają bowiem zarówno na
wchłanianie wilgoci przez fluting w kondycjonerze, pobór kleju
przez fluting i wewnętrzne warstwy lineru w sklejarkach, jak
i przyjmowanie farby podczas drukowania zewnętrznych warstw
lineru. Mają one zatem istotny wpływ na moc sklejenia warstw
tektury falistej oraz jakość obrazu otrzymywanego podczas
preprintu lineru lub postprintu tektury falistej. Dzięki wchłonięciu
optymalnej ilości wilgoci fluting jest podatny na formowanie
nieodkształcających się fal. Ponadto, odpowiednia absorpcja
kleju zapewnia prostą linię sklejenia oraz wytrzymałość spoiny
klejowej.
Obie strony flutingu, które są na ogół sklejane z linerem, powinny charakteryzować się podobną chłonnością wody. Z kolei
właściwości absorpcyjne stron linerów przeznaczonych na
warstwy zewnętrzne tektury różnią się, co wynika z różnego ich
przeznaczenia. Warstwy spodnie linerów są sklejane z falą, a warstwy zewnętrzne bardzo często są zadrukowywane. Specyfika
tych dwóch procesów – sklejania i drukowania – wymusza inną
charakterystykę absorpcyjną dwóch stron/warstw tego samego
papieru. Strona przyjmująca klej musi wykazywać większą chłonność niż strona przeznaczona do drukowania. Należy tu podkreślić, że – oprócz objętości wchłanianej cieczy – bardzo istotna
jest też tzw. charakterystyka penetracji, czyli zmiany absorpcji
wody w czasie. Ponadto, ważne jest, aby surowce papiernicze
do produkcji tektury falistej charakteryzowały się niezmiennością
właściwości, w tym również właściwości absorpcyjnych.
Przy rosnących obecnie prędkościach tekturnic zrozumienie
wpływu charakterystyk absorpcyjnych jest bardzo istotne dla
sterowania procesem produkcyjnym i optymalizacji technologii
produkcji tektury falistej i produkowanych z niej opakowań.
Najważniejszą bowiem oceną jakości opakowania jest jego wytrzymałość i odporność na warunki klimatyczne (temperaturę,
wilgotność), z jakimi styka się w momencie eksploatacji lub
transportu. Wytrzymałość ta zależy zarówno od charakterystyk
papierów i tektur użytych na warstwy składowe, jak i od spoiny
klejowej. Coraz większego znaczenia nabierają również właściwości estetyczne, które w dużej mierze uzależnione są od jakości
nadruku na opakowaniu z tektury falistej.
Dr hab. inż. E. Drzewińska, prof. PŁ, dr inż. A. Stanisławska, Instytut
Papiernictwa i Poligrafii Politechniki Łódzkiej, ul. Wólczańska 223, 90-924
Łódź, [email protected]
723
TEKTURA FALISTA
W związku z potrzebą precyzyjnego określenia podatności
linerów i flutingów na przyjmowanie kleju i farby drukowej,
porównano metody eksperymentalne służące do oznaczania
właściwości absorpcyjnych papierów stosowanych na warstwy
składowe tektury falistej.
Metodyka badań
Surowce
Do badań właściwości absorpcyjnych wykorzystano papiery na
warstwy płaskie i pofalowane tektury falistej (tabela 1). Występujące obok symboli liczby odnoszą się do gramatur zawartych
w specyfikacji danego wytworu papierniczego.
Tabela 1. Badane papiery
Symbol
Rodzaj papieru
TLW 125
testliner biały
Gramatura (g/m2)
125
TLW 140
testliner biały
140
TL2 125
testliner 2
125
TL2 140
testliner 2
140
TL3 125
testliner 3
125
TL3 140
testliner 3
140
WS 125
fluting makulaturowy
125
WS 140
fluting makulaturowy
140
SC 125
fluting półchemiczny
125
SC 140
fluting półchemiczny
140
Testliner biały jest to testliner z wierzchnią warstwą z masy
bielonej. Testlinery TL2 i TL3 różnią się od siebie składem
surowcowym – testliner 2 zawiera o kilka procent więcej masy
celulozowej siarczanowej niż testliner 3.
Przygotowanie próbek
Z powodu znacznego wpływu wilgotności na właściwości
wytworów papierniczych, próbki zostały poddane klimatyzowaniu w pomieszczeniu, w którym panowała stała temperatura
(23±1°C) oraz stała wilgotność względna (50±2%). Klimatyzowanie próbek przeprowadzono wg normy PN-EN 20187:2000
(1). Tak przygotowane próbki zostały poddane badaniom.
Techniki pomiarowe
Absorpcję wody Cobb60 oznaczono zgodnie z normą PN-EN
20535:1996 (2). Dynamikę wnikania wody w papier wyznaczono w aparacie PDA (Penetration Dynamics Analyzer, Emtec
Electronic GmbH), zgodnie z metodą opisaną w literaturze (3–9).
Wykonano co najmniej 5 pomiarów dla każdej próbki. Pomiary
wykonano dla obu stron papierów. Czas pomiaru wynosił 60 s.
Współczynnik zmienności nie przekraczał 3%.
Omówienie wyników badań
W ramach prac laboratoryjnych porównano właściwości absorpcyjne linerów i flutingów zmierzone tradycyjną metodą Cobb
oraz wyznaczone z zastosowaniem dynamiki penetracji wody. Do
rejestracji dynamiki penetracji zastosowano aparat PDA, który
umożliwia analizę interakcji wody z badaną próbką dla czasów
kontaktu zbliżonych do czasów występujących w warunkach
przemysłowych.
Rysunek 1 przedstawia wyniki absorpcji wody Cobb60 dla
wierzchniej i spodniej strony badanych papierów.
724
Rys. 1. Absorpcja wody Cobb60
Rys. 2. Krzywe penetracji testlineru 2 i flutingu półchemicznego
Na rysunku 1 można zauważyć, że obie strony danego flutingu
wykazują podobną chłonność, gdyż obie strony są przeznaczone
do sklejania z linerem, tj. do przyjmowania kleju.
Natomiast linery charakteryzują się innymi wartościami absorpcji wody dla strony/warstwy spodniej i wierzchniej. Wynika
to z różnego przeznaczenia tych stron – do sklejania (strona
spodnia) i np. do drukowania (strona wierzchnia). Można również
zaobserwować, że dla tego samego rodzaju papieru absorpcja
wody jest większa dla materiału o wyższej gramaturze.
Rysunek 2 przedstawia przykładowe krzywe penetracji, tzn.
zmiany chłonności wody w czasie. Pomiary wykonano dla czasu
penetracji 60 s tak, aby okres rejestracji danych odpowiadał
czasowi pomiaru w metodzie Cobb60.
Podczas badania dynamiki penetracji możliwe jest porównanie
zarówno całkowitej objętości wchłoniętej wody, jak i szybkości
penetracji dla całego zakresu pomiarowego oraz dla wybranych przedziałów czasowych. Objętość zaabsorbowanej wody
w danym przedziale czasowym odpowiada polu nad wykresem,
ograniczonemu od góry prostą przechodzącą przez maksimum
krzywej i równoległą do osi czasu. Miarą szybkości penetracji
jest kąt nachylenia krzywej do osi czasu – im szybsza penetracja,
tym bardziej stromo przebiega krzywa.
Do zobrazowania różnic w chłonności wody jako przykład posłużył testliner 2 i fluting z masą półchemiczną NSSC, oba papiery
o gramaturach 140 g/m2 (rys. 2). Przebieg krzywych penetracji
dla spodniej strony lineru i obu stron flutingu jest zbliżony, choć
można zauważyć, że krzywa dla spodniej strony lineru przebiega
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · GRUDZIEŃ 2011
TEKTURA FALISTA
Rys. 3. Krzywe penetracji dla papierów o różnej chłonności Cobb60
–/ podobny przebieg w początkowym okresie penetracji
Rys. 4. Krzywe penetracji dla papierów o różnej chłonności Cobb60 – zróżnicowany przebieg w czasie odpowiadającym pomiarowi metodą Cobb
nieco bardziej stromo niż dla flutingu. Natomiast krzywa penetracji
dla wierzchniej strony lineru wykazuje inny charakter. Mniejszy
kąt nachylenia tej krzywej świadczy o wolniejszym wnikaniu wody
w tę stronę lineru, a położenie krzywej na wykresie (najwyżej) –
o najmniejszej objętości wchłoniętej wody w danym czasie.
Najistotniejsza z punktu widzenia przemysłowego jest szybkość penetracji w początkowej fazie kontaktu próbki z cieczą,
gdyż – oprócz zróżnicowanych wartości absorpcji wody – inna
szybkość penetracji będzie wymagana dla dobrego zakotwiczenia
się i utworzenia mocnej spoiny klejowej, a inna – dla otrzymania
nadruku o wysokiej jakości. Chłonność wody oznacza się na ogół
zgodnie ze znormalizowaną metodą Cobb. Okazuje się jednak, że
wyniki otrzymane tą metodą mogą być mylące, gdyż pomiaru
dokonuje się tu w zdecydowanie dłuższym czasie niż faktyczne
oddziaływanie papieru z klejem lub farbą drukową w procesie
produkcyjnym.
Rysunki 3 i 4 przedstawiają porównanie właściwości absorpcyjnych trzech wybranych papierów: testlineru 2 (125 g/m2),
testlineru białego (140 g/m2) i flutingu z masą półchemiczną NSSC
(140 g/m2). Wartości Cobb60 świadczą o różnicach w chłonności
tych papierów. Jednakże z rysunku 3 widać, że przebieg krzywych
w początkowym okresie penetracji (pierwsze 5 sekund) jest bardzo podobny. Oznacza to, że w tym czasie papiery zaabsorbowały
podobną objętość wody z taką samą szybkością. Po analizie
dynamiki penetracji dla długiego czasu (60 s) oddziaływania
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · GRUDZIEŃ 2011
Rys. 5. Krzywe penetracji dla papierów o podobnej absorpcji wody
Cobb60
wody z próbką zauważono różnice w krzywych penetracji (rys.
4). Ich przebieg jest zgodny z wartościami Cobb60 – najwyżej jest
położona krzywa dla próbki o najniższej wartości Cobb60 (TL2
125), a najniżej – dla próbki o najwyższej wartości Cobb60 (SC
140).
Zaobserwowano również odwrotną sytuację – wartości Cobb60
były zbliżone, a krzywe penetracji w początkowym okresie przebiegały inaczej i charakteryzowały się różnym kątem nachylenia.
Zobrazowane jest to na rysunku 5, gdzie porównano dynamikę penetracji spodnich stron linerów o gramaturze 125 g/m2. Z rysunku
tego wynika, że testliner 3 i testliner biały wykazywały podobną
szybkość penetracji wody, co jest w zgodzie ze zbliżonymi wartościami Cobb60. Jednakże spodnia strona testlineru 2, pomimo
nieznacznie tylko niższej wartości Cobb60, charakteryzowała
się zdecydowanie wolniejszą penetracją, w wyniku czego mniej
wody zostało wchłonięte przez ten liner w początkowym okresie
kontaktu z wodą. Może być to przyczyną np. różnego poboru kleju
przez te papiery, złego zakotwiczenia spoiny klejowej i w efekcie
powstania spoiny o małej wytrzymałości, czego następstwem
może być mała wytrzymałość tektury falistej i wyprodukowanych
z niej opakowań.
A zatem, wnioski wyciągane na temat podatności papieru na
„rzeczywiste” (podczas produkcji) przyjmowanie wody, kleju,
farby itp. na podstawie pomiaru absorpcji wody dla długiego
czasu kontaktu (np. Cobb60) mogą czasami okazać się błędne.
Wnioski
Przedstawione wyniki uwidaczniają potrzebę dokładnej analizy
zmian właściwości absorpcyjnych papieru i tektury w czasie.
Szczególnie istotne są tu pomiary dla krótkich czasów kontaktu.
Ekstrapolowanie parametrów absorpcyjnych, otrzymanych
dla długich czasów oddziaływania papieru z wodą, do czasów
występujących w procesie produkcyjnym może być obarczone
błędem. W ramach prac laboratoryjnych zostało bowiem ustalone, że dla niektórych papierów wartości wskaźnika Cobb60 nie
były w zgodzie z wynikami dynamiki penetracji, zwłaszcza dla
początkowego okresu oddziaływania próbek z wodą.
Zaobserwowano przypadki, dla których – pomimo zbliżonych
wartości wskaźnika Cobb60 – dynamika penetracji wody w badane
papiery nie była jednakowa. W toku badań stwierdzono również,
725
TEKTURA FALISTA
że niektóre papiery – różniące się wartościami wskaźnika Cobb60
– charakteryzowały się podobną dynamiką penetracji wody w początkowym okresie kontaktu. Zróżnicowanie dynamiki penetracji
cieczy w papier lub tekturę może być przyczyną problemów
podczas sklejania lub drukowania tektury falistej.
LITERATURA
1. PN-EN 20187:2000 Papier, tektura i masy włókniste. Znormalizowane
warunki klimatyzowania i badania oraz sposób sprawdzania warunków
i klimatyzowania próbek.
2. PN-EN 20535:1996 Papier i tektura – Oznaczanie absorpcji wody –
Metoda Cobb.
3. Baumeister M., Grüner G.: „Einsatz eines innovativen Messverfahrens
bei der Entwicklung neuartiger Streichfarbenadditive”, Wbl. Papierfabr.
127, 16, 1023 (1999).
4. Manteuffel C., Manteuffel P.: „Ultradźwiękami w strukturę papieru. Uniwersalna metoda penetracji cieczy w głąb papieru”, Przegl. Papiern. 56,
12, 709 (2000).
5. Manteuffel P.: „Wysoki lot feniksa. Rewelacyjna metoda badania nowych
technologii papieru”, Przegl. Papiern. 56, 12, 709 (2000).
6. Skowroński J.W.: „Porównawcza ocena testów penetracji wody w papier. Część 2. Nowa metodologia testowania wnikania wody w strukturę
papieru”, Przegl. Papiern. 66, 7, 393 (2010).
7. Skowroński J.W., Kryczka M., Pawlak J.: „Porównawcza ocena testów
penetracji wody w papier. Część 3. Wpływ warunków produkcji papieru
na wnikanie wody w papier oraz na gęstość optyczną druku”, Przegl.
Papiern. 66, 9, 531 (2010).
8. Skowroński J.W.: „Porównawcza ocena testów penetracji wody w papier.
Część 4. Użyteczność testów PDA i WSD w optymalizacji stopnia zaklejenia
w masie papieru gazetowego”, Przegl. Papiern. 66, 10, 583 (2010).
9. Stanisławska A., Doliwa M., Karpiński A., „Papiery powlekane: migracja
środków wiążących a właściwości drukowe”, Materiały XIV Międzynarodowej Konferencji Papierniczej Progress‘02, 24-27.09.2002, Gdańsk,
VI-33.
NOWE KSIĄŻKI
„Drewno. Prace naukowe. Doniesienia.
Komunikaty”na Liście Filadelfijskiej
W trzecim kwartale br. dotarł do Redakcji „Przeglądu Papierniczego” kolejny zeszyt czasopisma „Drewno. Prace naukowe.
Doniesienia. Komunikaty” (ISSN 1644-3985, vol. 54, nr 185),
którego kilka poprzednich edycji przedstawialiśmy we wcześniejszych numerach (PP 3/2011 s. 188, PP 1/2010 s. 32, PP
8/2009 s. 490).
Tym razem z prawdziwą przyjemnością informujemy, że to czasopismo, wydawane w cyklu półrocznym przez Instytut Technologii Drewna w Poznaniu, znalazło się na tzw. Liście Filadelfijskiej
(kwalifikacja z roku 2010), jako jedyne (dotychczas) czasopismo
naukowe z dziedziny drzewnictwa i jedno spośród 128 polskich
czasopism branżowych, znajdujących się na tej liście.
Ponadto, zostało uhonorowane (w 2010 r.) medalem im.
Michała Oczapowskiego – najwyższym wyróżnieniem przyznawanym przez Polską Akademię Nauk, Wydział nauk Rolniczych,
Leśnych i Weterynaryjnych.
W tegorocznym numerze, w dziale „Prace naukowe” opublikowano w języku angielskim sześć artykułów, podając jednocześnie
w języku polskim ich tytuły i streszczenia:
1. „Wpływ suszenia na właściwości sorpcyjne drewna impregnowanego woskiem polietylenowym” – B. Lesar, A. Sever
Škapin, M. Humar;
2. „Specyfika strukturalna klejonych warstwowo belek o zmiennej
wysokości” – S. Vratuša, M. Kitek Kuzman, V. Kilar;
3. „Porównanie właściwości trzywarstwowego materiału komórkowego oraz płyt drewnopochodnych” – J. Lejavs, U. Spulle,
V. Jakovlevs;
4. „Badanie zmian barwy wybranych gatunków drewna z Azji
Południowo-Wschodniej spowodowanych transparentnymi
powłokami i oddziaływaniem światła słonecznego” – A. Jankowska, M. Szczęsna;
5. „Badania porównawcze odporności meblowych pokryć lakierowych na zarysowanie prostoliniowe z zastosowaniem metody
według TS 15186:2005” – J. Banecki;
726
6. „Zawartość formaldehydu i emisja VOC płyt wiórowych wytworzonych z wiórów włóknistych” – G. Kowaluk, M. Komorowicz,
M. Witczak, D. Fuczek.
Podobną oprawę językową mają cztery „Doniesienia naukowe”:
1. „Toryfikacja jako proces obróbki biomasy – badania wstępne”
– M. Witczak, M. Walkowiak, W. Cichy;
2. „Badanie spadku wytrzymałości drewna świerkowego modyfikowanego termicznie w warunkach temperatur pożarowych”
– M. Oczust, D. Pieniak, P. Ogrodnik, L. Dec;
3. „Badania właściwości mechanicznych wodoodpornej sklejki
brzozowej o zróżnicowanym układzie fornirów” – I. Lipinskis,
U. Spulle;
4. „Wpływ kryzysu gospodarczego na zmianę motywacji pracowników zatrudniowych w firmie meblarskiej – studium
przypadku” – M. Hitka, M. Sirotiakova.
Teksty pięciu „Kominunikatów” podano w języku polskim
(tytuły i streszczenia angielskie):
1. „Osiągnięcia Instytutu Technologii Drewna w obszarze badań
czwartorzędowych soli amoniowych” – E. Ratajczak;
2. „Europejskie sympozjum płyt drewnopochodnych” – D. Fuczek,
M. Czajka;
3. „Problematyka przerobu drewna na 7. Międzynarodowej Konferencji Naukowej Chip and Chipless Woodworking Process”
– G. Kowaluk;
4. „Sprawozdanie z corocznej konferencji Europejskiego Instytutu
Leśnego” – W. Strykowski;
5. „Działalność naukowa profesora Ryszarda Babickiego”.
W tekście tego działu wystąpiły błędy w składzie stron 131136, co będzie zapewne wyjaśnione w następnym (186) numerze
„Drewna…” tak, by lektura Komunikatów 2 (D. Fuczek, M. Czajka)
i 3 (G. Kowaluk) nie sprawiała trudności.
Zawartość czasopisma dostępna jest również w wersji elektronicznej: www.itd.poznan.pl/pl/drewno. Zespół redakcyjny
omawianego zeszytu, wielkość nakładu (520) oraz wykonawcy
składu i druku – jak w poprzedniej edycji (PP 3/2011 s. 188).
Z.R.
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · GRUDZIEŃ 2011