Наука о картоне

▶ Посетите сайт shiny.org/NewMind, чтобы бесплатно начать изучать STEM, а первые 200 человек получат скидку 20% на годовую премиум-подписку.

В 2020 году Соединенные Штаты достигли рекордного уровня годового использования одного из самых распространенных промышленных материалов на планете — картона. По состоянию на 2020 год, чуть менее 97% всей использованной гофрированной упаковки перерабатывается, что делает этот недорогой, прочный и долговечный материал примером невероятно успешного использования в сфере переработки.

РАСЦВЕТ БУМАЖНОЙ УПАКОВКИ
Эта переработанная масса затем используется для производства бумаги. Бумагоделательные машины используют движущуюся тканую сетку для создания непрерывного бумажного полотна, которое выравнивает волокна, удерживаемые в массе, создавая непрерывно движущийся влажный слой волокон. Этот бум привел к появлению нескольких форм и процессов производства бумажной упаковки, при этом контейнеры из гофрированного картона быстро стали доминирующими.

ИЗОБРЕТЕНИЕ ГОФРОФИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
Первое известное широкое применение гофрированной бумаги относится к 1850-м годам, когда в 1856 году Эдварду Чарльзу Хили и Эдварду Эллису Аллену был выдан английский патент. Три года спустя Оливер Лонг запатентовал усовершенствованную конструкцию Джонса, добавив приклеенный одинарный бумажный слой, предотвращающий разворачивание гофры, что легло в основу современного гофрированного картона.

Американец Роберт Гейр, бруклинский печатник и производитель бумажных пакетов, обнаружил, что, разрезая и бигуя картон за одну операцию, он может изготавливать готовые картонные коробки.

В партнерстве с компанией Thompson and Norris эта концепция была применена к двухстороннему гофрированному картону, что положило начало производству первых коробок из гофрированного картона. В 1903 году впервые ящики из гофрированного картона были использованы для железнодорожного транспорта, когда братья Келлог добились исключения из требований Центральной ассоциации грузовых перевозок к деревянным ящикам.

КАК ЭТО ИЗГОТОВЛЕНО
Рулоны бумажной массы сначала устанавливаются на разматывающие стенды и подаются в машину со стороны подачи гофроагрегата, также известной как «мокрая часть». Бумажный материал нагревается до температуры около 176–193 °C, что позволяет придать ему гофрированный рисунок на гофрирующих валах. Гофрирующие валки представляют собой цилиндры, похожие на шестерни, которые предназначены для придания бумажному материалу гофрированной структуры при его прохождении через них. После того, как вновь сформированный гофрированный материал покидает эти валы, на кончики гофр наносится клей, и к нему прижимается первый слой лайнера.

Бумажная масса, из которой формируется этот слой, часто предварительно обрабатывается паром и нагревается перед этим процессом скрепления. Клеи, используемые в современном гофрированном картоне, обычно представляют собой кукурузный крахмал на водной основе, пищевой, в сочетании с добавками. Второй слой лайнера наносится путем нанесения клея на кончики гофр с другой стороны бумажного материала. После отверждения листы могут быть покрыты расплавленным воском для создания водонепроницаемого барьера, если упаковка будет подвергаться воздействию чрезмерного количества влаги, например, при упаковке овощей и фруктов или замороженных продуктов.

ИСТОЧНИК БУМАГИ
В то время как первые упаковочные бумаги изготавливались методом химической сульфатной варки, современное производство в основном использует механическую варку благодаря ее низкой стоимости и более высокому выходу готовой продукции. При производстве гофрированного картона целевой набор спецификаций, основанный на требованиях заказчика, определяет как контроль качества, так и физические свойства картона.

КОРОБКИ
Гофролисты пропускаются через резательно-резательную машину, которая разрезает и нарезает гофрированный картон на листы, известные как заготовки для коробок. Конечный упаковочный продукт создается на флексографской машине. Флексографские машины используют как печатные штампы, так и ротационные высекальные машины на гибком листе, установленные на больших валах. Кроме того, для нанесения слоя воска для влагостойкой упаковки используется машина, известная как лаконаливная машина.

ПЕРЕРАБОТКА
Шлам пропускается через промышленный магнит для удаления металлических примесей. Также применяются химикаты для обесцвечивания смеси чернил в шламе. Поскольку бумага, произведенная исключительно из переработанного материала, будет иметь тусклую поверхность и низкую износостойкость, в шлам обычно добавляют первичную целлюлозу для улучшения его качества. Эта смешанная целлюлоза затем непосредственно используется для производства новой бумаги.

Переработка бумажной упаковки настолько эффективна, что для производства нового картона из переработанного сырья требуется всего 75% энергии, затрачиваемой на производство первичной бумажной упаковки. Помимо предотвращения попадания отходов на свалки, производство требует на 50% меньше электроэнергии и на 9...