Как улучшить барьерные свойства бумаги

Абстрактный

В противовес тенденции к защите окружающей среды, водорастворимые покрытия стали устойчивым решением для повышения барьерных свойств бумаги. В данной статье подробно рассматриваются ключевые факторы, влияющие на барьерные свойства бумаги с покрытием, включая процесс нанесения покрытия, свойства базовой бумаги, методы нанесения покрытия и присущие водорастворимым барьерным покрытиям характеристики, что дает практические рекомендации по оптимизации характеристик бумажной упаковки.

Введение

Пластиковая упаковка Бумага удобна в использовании, но создает серьезные экологические проблемы из-за своей небиоразлагаемости. Благодаря возможности вторичной переработки и повторного использования в производстве целлюлозы, бумага все чаще рассматривается как экологически чистая альтернатива традиционным пластиковым упаковкам для пищевых продуктов. Однако пористая волокнистая структура бумаги приводит к плохим барьерным свойствам против водяного пара, масла, воды и других жидкостей, что ограничивает ее более широкое применение.

Таким образом, были разработаны покрытия на водной основе. В отличие от традиционных бумажных изделий с экструзионным покрытием из полиэтилена (ПЭ), покрытия на водной основе облегчают переработку целлюлозы в одноразовой бумажной упаковке, позволяя частично заменить первичную целлюлозу на бумажных комбинатах и ​​минимизировать воздействие одноразовой бумажной упаковки на окружающую среду.

Компания BASF, лидер в производстве дисперсий и смол, привержена принципам устойчивого развития, внедряя инновационные продукты. Ее высокоэффективная водорастворимая барьерная серия Joncryl® HPB (High Performance Barrier) обеспечивает превосходные барьерные свойства для бумаги, сокращает использование пластика, снижает выбросы растворителей и улучшает углеродный след упаковки.

Ключевые факторы, влияющие на барьерные свойства бумаги с покрытием.

1. Процесс нанесения покрытия

Барьерные покрытия работают за счет нанесения на поверхность бумаги слоя на водной основе, блокирующего проникновение жидкостей и газов. Как правило, увеличение плотности покрытия улучшает барьерные свойства, но повышает стоимость, что требует баланса между эффективностью и себестоимостью при производстве.

• Двойное покрытие для базовой бумаги

Немелованная бумага для пищевой упаковки часто имеет неравномерную пористость поверхности, влажность, плотность и толщину, что приводит к проникновению водорастворимых покрытий в бумагу во время сушки и образованию неравномерных слоев покрытия. Предварительная обработка или двойное покрытие могут эффективно решить эту проблему, обеспечивая более равномерное покрытие и лучшие барьерные свойства по сравнению с однократным покрытием.

• Температура и метод сушки

Условия сушки существенно влияют на эффективность барьерных свойств. Для каждой стирол-акриловой эмульсии существует оптимальная температура сушки, позволяющая максимально раскрыть ее барьерные свойства. Сушка в печи с горячим воздухом предпочтительна для барьерных покрытий, поскольку она обеспечивает равномерную сушку с помощью регулируемых кривых сушки и эффективно удаляет остаточные летучие запахи из покрытия.

2. Свойства основы бумаги

Свойства базовой бумаги, включая гладкость, воздухопроницаемость, блеск и состав волокон, определяют ее впитываемость и, следовательно, конечный эффект покрытия. Даже при одинаковом барьерном покрытии, процессе нанесения и плотности покрытия, разные базовые бумаги дают совершенно разные барьерные результаты из-за различий в шероховатости поверхности и структурной однородности.

3. Методы нанесения покрытий

К распространенным методам нанесения покрытий относятся нанесение с помощью ножа, дозирующего стержня, воздушного ножа и анилоксового валика. Первые три широко используются на бумажных комбинатах, а анилоксовое нанесение — в типографиях. Выбор метода должен основываться на плотности бумаги, целевой плотности покрытия и барьерных свойствах.

Например, нанесение покрытия с помощью воздушного ножа или анилоксового валика подходит для нанесения примерно 3 г/м² покрытия на бумагу для гамбургеров плотностью 20–30 г/м², что соответствует требованиям комплекта 6 по жиростойкости, обеспечивая равномерное покрытие и высокие барьерные свойства при малой плотности покрытия.

4. Внутренние свойства водорастворимых барьерных покрытий

• Барьерные покрытия разрабатываются с учетом различных барьерных механизмов.

Паробарьерные покрытия: снижают коэффициент растворимости за счет максимального увеличения разницы полярности между покрытием и водяным паром; увеличение массы и толщины покрытия повышает паробарьерные свойства.

• Масло- и водонепроницаемые барьерные покрытия

Блокирование или замедление проникновения маслянистых веществ за счет образования пленки зависит от растворимости полимера, температуры стеклования, структуры типа «ядро-оболочка», кислотного числа и pH.

Покрытия могут обладать многофункциональными свойствами (маслостойкость, водостойкость, паронепроницаемость, термосвариваемость) или однофункциональными барьерными свойствами. Выбор должен соответствовать конкретным потребностям применения.

Заключение

В условиях ужесточения политики ограничения использования пластика наступила эра «замены пластика бумагой». Поставщики материалов, представленные BASF, активно продвигают инновационные барьерные покрытия, чтобы удовлетворить рыночный спрос на экологичную упаковку. Разработка и применение высокоэффективных водорастворимых барьерных покрытий позволит еще больше раскрыть потенциал бумаги в экологически чистой упаковке.