کاربرد نشاسته در صنایع مختلف بسیار گسترده است، لیکن در صنایع بسته بندی سلولزی می تواند به‌عنوان اندود، آهار و یا چسب مورد بهره برداری قرار گیرد. در این صنایع، کیفیت مناسب چاپ، پایین بودن میزان جذب آب، مناسب بودن چسبندگی لایه ها و زیست تخریب‌پذیر‌بودن چسب مصرفی، نشاسته را در جایگاه رفیعی به عنوان یکی از مواد اولیه‌ی مناسب قرار داده است… در این پژوهش، به‌صورت مبسوط به مبحث کاربرد نشاسته در صنایع کاغذ و کارتن سازی پرداخته شده است که هم‌اکنون «قسمت دوم» که به کاربرد چسب نشاسته می پردازد را در پیش‌رو دارید.
بهبود ویژگی های نشاسته مورد استفاده در اندود
در بخش آهاردهی سطحی، بار منفی نشاسته اکسیده‌شده، می تواند در صورت خمیرسازی مجدد باعث از بین رفتن پرکننده‌ی رنگدانه شود. بنابراین از عامه‌پسندبودن نشاسته‌ی اکسیدشده به‌عنوان عامل اندودسازی کاسته شده است.
هیدروکسی (OH) آتیله‌کردن نشاسته به‌عنوان یکی از بهترین مواد برای استفاده در اتصال‌دهنده‌ی اندود به‌دلیل تشکیل فیلم با خواص عالی و مقاومت بالا به تخریب می‌باشد ولی قیمت بالای آن استفاده از این نشاسته را در اندودسازی محدود کرده است.
چسب نشاسته
در روزهای اولیه‌ی ظهور فرآورده‌های اندوشده، چسب ها فقط شامل پروتئین و نشاسته بودند. زمانیکه فرآیند ساختن لاتکس‌ها توسعه یافت و کیفیت‌شان توسط افراد اندودکننده‌ی کاغذ تأیید شد، تغییری از چسب های معمولی به‌طرف چسب های مصنوعی پدیدار شد.
چسب نشاسته از چهار جزء اصلی تشکیل شده است. مخلوطی از نشاسته، سود، بوراکس و آب که در خمیر رقیقی از نشاسته پخته‌شده وجود دارند.
چسب‌های بر پایه‌ی نشاسته به‌دلیل منشأ سلولزی‌شان، چسبندگی خوبی را برای کاغذ و چوب به‌وجود می‌آورند و از آن‌جایی که چسب نشاسته ترموپلاست نیست، مقاومت خوبی به حرارت دارد. ولی به‌هرحال، چسب نشاسته اصلاح‌نشده، مقاومت کمی نسبت به آب و رشد کپک دارد.
موارد استفاده از چسب نشاسته در صنایع بسته بندی
قسمت عمده‌ای از نشاسته به‌عنوان چسب در صنایع کاغذ و مقوا به‌خصوص در صنعت مقوای کنگره‌ای و کارتن سازی کاربرد دارد. دکسترین‌ها که از نشاسته‌های ذرت سیب‌زمینی مشتق می‌شوند، به‌عنوان چسب برای محصولات روکش و چسب موجود در ساختار پاکت نامه و همچنین درزگیری به‌کار می‌روند.
روکش کردن کاغذ
بیشتر انواع کاغذ برای استفاده در صنایع بسته‌بندی و همچنین جهت استفاده در برچسب‌ها با هم‌دیگر و یا با دیگر مواد پیوند برقرار می‌کنند. غالباً ترکیب اصلی این برچسب‌ها مورد استفاده در تشکیل پیوند، نشاسته یا نشاسته‌ی اصلاح‌شده می‌باشد. این چسب‌ها جهت ساختن جعبه‌های متنوع در عملیات بسته‌بندی به‌کار می‌روند.
در روکش‌کردن کاغذ، سوبسترا می‌تواند یک مقوای بازیافتی با کیفیت پایین باشد که یک کاغذ با قابلیت بالای چاپ‌پذیری به آن متصل میشود. کاغذهای برچسب رویی جهت داشتن قابلیت بالای چاپ‌پذیری یک طرف اندودشده دارند و طرف دیگر این کاغذها با چسب تیمار میشود. چسب توسط سیستم‌های غلتکی متنوعی به کاغذ اعمال میشود که این غلتک‌ها چسب را از تشتک چسب انتقال می‌دهند. یک نقطه‌ی تماس فشاری جهت اتصال خوب مورد نیاز است. غلتک‌های می‌توانند نرم با الگوی سلول‌های کوچک باشند.
نظریه‌های مختلفی جهت توصیف چسبندگی پیشنهاد شده است. جهت تشکیل پیوند، چسب باید بتواند به‌خوبی سطح را خیس کند و لایهی پیوندی تشکیل شود. این شرایط زمانی فراهم میشود که انرژی سطحی سوبسترا بالاتر از تنش سطحی سوسپانسیون چسب باشد.
کاغذهای اندودشده دارای لاتکس بیشتر و انرژی سطحی بالاتر هستند که در این‌صورت نیاز به کاهش تنش سطحی چسب توسط افزودن سورفاکتانت یا یک الکل می‌باشد. پیوندهای بهتر، زمانی به‌وجود می‌آیند که واکنش‌های بر پایه‌ی اسید به‌علت وجود گروه‌های قطبی رخ می‌دهد. تعیین مقاومت پیوند چسب توسط نیروی کشش مورد نیاز برای جداسازی دولایه از یک‌دیگر بر اساس آزمون ویژه‌ای محاسبه میشود.
فرآیند روکش‌کردن پنج روش متفاوت دارد:
۱- موم و مذاب داغ،
۲- روزن رانی،
۳- فرآیند تر،
۴- فرآیند خشک،
۵- بدون حلال.
در روکش‌کردن به روش تر، معمولاً از چسب‌های بر پایه‌ی آب استفاده میشود. یک یا چند لایهی زیری باید متخلخل باشد تا آب از بین لایهی زیری که اغلب کاغذ و مقواست تبخیر شود. دیگر لایه‌های زیری فویل آلومینیوم یا یک فیلم پلاستیک است.
کاربرد چسب برای لایهی زیری معمولاً صاف‌کننده‌ی فویل آلومینیوم یا فیلم پلاستیک است. این موضوع هزینه‌ی چسب را کم می‌کند، چون استفاده از کاغذ ناهموار و ناصاف به‌دلیل تمایل ذاتی کاغذ به جذب مایعات، چسب بیشتری مصرف می‌کند. خشک‌کردن روکش با استفاده از غلتک‌های گرم‌شده یا کانال‌کشی خشک‌کنی انجام میشود.
چسب های بر پایه‌ی آب مانند کازئین سیلیکات سدیم، نشاسته، لاتکس مصنوعی، دکسترین از مواد اصلی مورد استفاده هستند. کاربرد روش روکش تر برای برای اتصال فویل آلومینیوم به کاغذ و مقوا، کاغذ و مقوا به کاغذ و مقوا می‌باشد.
کاربردهای اصلی برای فیلم‌ها و روکش‌ها در حوزه‌ی بسته‌بندی برحسب نوع محصول به شرح زیر است:
غذایی: گوشت، حبوبات، پنیر، مواد غذایی، منجمد، بسته‌بندی لبنی و محصولات شیرینی‌پزی.
پزشکی: بسته‌های استریل‌شده برای کالاهای جراحی و پانسمان.
ساختمان: حصارکشیدن ساختمان‌ها در برابر عوامل جدی و جلوگیری از فرسایش خاک.
کیسه‌ها: خواروبارفروشی، آشغال قابل روکش، آشغال آشپزخانه، کیسه‌های چمن و برگ.
پاکت‌ها: بسته‌بندی خاکروبه و محصولات باغی، عایق‌کاری کودهای شیمیایی، نمک، گرانول‌های پلاستیکی و کیسه‌های پوشال.
کاربرد ویژه: نگهداری مواد قابل عرضه همچون پوشک بچه، نوار بهداشتی و غیره.
مقوای کنگره ای
مقوای کنگره‌ای از ترکیب لایهی کنگره‌ای و لاینر که دولایه‌ی کرافت رنگ‌بری‌نشده هستند به‌دست می‌‌آید. به ترکیب لایهی کنگره‌ای و لاینر، سینگل‌فیس گفته میشود. به ترکیب لایهی کنگره‌ای با دو لاینر دابل‌بیکر (دو رو) گفته میشود. انواع مختلفی از مقوای کنگره‌ای بسته به تعداد کنگرهها، ارتفاع کنگرهها و تعداد لاینرها وجود دارد. در فرآیند کنگره‌ای‌کردن، لایهی کنگره‌ای با گرما و بخار نرم میشود و بین دو سیلندر ویژه، کنگره‌ای میشود. چسب توسط غلتک اعمال‌کننده به نوک کنگرهها منتقل میشود.
مقوای سینگل‌فیس توسط یک پل به ماشین دابل‌بیکر فرستاده میشود. در آن‌جا لاینر دومی به مقوای سینگل‌فیس (دو رو) متصل شده و تشکیل مقوای کنگره‌ای دابل‌بیکر را می‌دهد. در فرآیندهای کنگره‌ای، استفاده از چسب نیاز به ملاحضات ویژه‌ای دارد.
در سال ۲۰۰۵ ارزش تجاری مقوای کنگره‌ای در ایالات متحده‌ی امریکا بیش از ۴ میلیارد دلار تخمین زده شد.
۵۰ درصد همه‌ی مواد خام برای مقوای کنگره‌ای از الیاف بازیافتی به‌دست آمده‌اند. در اروپا و آسیا سهم الیاف بازیافتی برای جعبه‌ی مقوایی بیش از ۷۰ درصد است.
شکل۵- مراحل تولید مقوای کنگره ای
عنصر اصلی چسب برای مقوای کنگره‌ای نشاسته‌ی ذرت می‌باشد. بیشتر فرمول ها شامل نشاسته‌ی حامل ژله‌ای‌شده و نشاسته‌ی خام ژله‌ای‌نشده است. نشاسته‌ی حامل در مخزن اول توسط سوسپانسیونی کردن در آب، افزودن NaOH و حرارت‌دهی تا ۷۱-۶۶ درجه‌ی سانتی‌گراد ساخته میشود.
وجود قلیا، دمای ژله‌ای‌شدن نشاسته‌ی ذرت را کاهش می‌دهد و باعث تورم گرانول‌های نشاسته در شرایط عملیاتی میشود. در مخزن دوم، سوسپانسیون نشاسته‌ی خام و بوراکس آماده میشود و تا ۲۷-۳۰ درجه‌ی سانتی‌گراد حرارت می‌بیند. در نهایت محتویات مخزن اول به مخزن دوم اضافه میشود. در چسب نشاسته‌ی مورد استفاده در عمیلیات کنگره‌ای‌کردن، بخش حامل چسب، گرانروی را که جهت نگه‌داشتن نشاسته‌ی خام در سوسپانسیون و نگهداری آب در طول عملیات نیاز است، فراهم می‌آورد.
حرارت‌دهی و همزنی نشاسته‌ی حامل و محصول نهایی باید به‌دقت کنترل شود تا گرانروی صحیحی را حفظ کنند. در بیشتر فرمول‌های کنگره‌ساز، دامنه‌ی مجاز مواد جامد نشاسته ۲۱-۱۸ درصد می‌باشد ولی ممکن است در بعضی از کابردها تا ۳۰ درصد نیز برسد. تقریباً ۱۷-۱۵ درصد نشاسته به‌عنوان حامل استفاده میشود.
افزودن NaOH به خیسی سطح مقوا کمک می‌کند. بنابراین تماس و نفوذ خوبی را در کاغذ در مدت زمان کوتاه برای تشکیل پیوند ممکن می‌سازد. بوراکس عملیات زیادی را در کاغذ انجام می‌دهد. از جمله‌ی این عملیات چسبندگی در کاغذ، بهبود مقاومت به آب و کمک به پایداری گرانروی است. همچنین طی تشکیل پیوند، بوراکس با نشاسته ی خام واکنش می‌دهد و زمانیکه این نشاسته ژله‌ای میشود، بوراکس در فراهم‌آوردن گرانروی بالا و کمک به تشکیل پیوند نقش دارد.
با توجه به خواص مورد نیاز برای چسب نشاسته در صنعت مقوای کنگره‌ای، بیشتر کارخانجات از نشاسته‌ی ذرت استفاده می‌کنند.
آزمون چسبندگی میخی (PAT) برای ارزیابی اتصال بین لاینرها و لایهی کنگره‌ای استفاده میشود. این آزمون نیروی مورد نیاز برای جداکردن لایهی کنگره‌ای از لاینرها را اندازه‌گیری می‌کند. نیرو برحسب نیوتن بر مترمربع بوده و مطابق استاندارد TAPPI, T821 pm81 اندازه‌گیری میشود. برای تعیین کارایی ساختار کنگره‌ای در طول بسته‌بندی، نگهداری در انبار و توزیع و پخش آن و اتصال چسب نوک کنگره‌ای به لایه‌ها خیلی مهم است.
به‌خاطر تفاوت در مرفولوژی قرارگرفتن چسب روی مقوای کنگره‌ای یک‌رو و دورویه، بین اتصال در مقوای یک‌رو و اتصال در مقوای دورو تفاوت زیادی وجود دارد. در مقوای یک‌رویه، چسب روی یک‌طرف نوک فلوت توزیع میشود؛ اما در مقوای دورویه، چسب روی نوک بالا و پایین توزیع میشود.
پاکت های کاغذی
پاکت های کاغذی از اواخر دهه‌ی ۱۸۰۰ میلادی توسعه پیدا کردند و از دهه‌ی ۱۹۲۰ به‌عنوان اصلی ترین نوع بسته بندی مورد استفاده قرار گرفتند. در گذشته، این پاکت ها برای بسته بندی مواد ساختمانی به‌ویژه سیمان و مواد غذایی نظیر آرد، شیر خشک، شکر، سیب‌زمینی، غذای حیوانات، مواد شیمیایی و کود مورد استفاده قرار می‌گرفتند.
امروزه در ایالات متحده، بالغ بر ۲۰۰ نوع محصول مختلف در این پاکت‌های کاغذی بسته‌بندی می‌شوند. مزیت پاکت‌های کاغذی شامل بارگیری در حجم زیاد، انبارکردن و حمل‌ونقل آسان است. همچنین پاکت‌های کاغذی مورد استفاده برای محصولاتی نظیر سیمان، دارای ویژگی نفوذپذیری نسبت به هوا هستند و این موضوع اجازه‌ی تنفس به محصولات را می‌دهد.
عموماً چسب نشاسته و چسب هایی که بر پایه ی نشاسته‌ی اصلاح‌شده هستند به همراه مواد افزودنی مقاومت تر، برای درزگیری لبه‌ها، چسباندن و بستن ته پاکت ها استفاده می شوند. در صورتی که از اندودها و روکش های مخصوص در ساختمان پاک ها استفاده شود، کاربرد چسب های امولوسیونی سنتزی ضرورت دارد. در بعضی از انواع پاکت ها از چسب های گرما نرم به عنوان چسب هایی که خیلی سریع عمل می کننند و یا چسب های حرارتی که قبلاً استفاده شده و به وسیله‌ی مصرف‌کننده نهایی دوباره فعال می شود، استفاده شده است.
ادامه دارد…
نگین نیک‌بین – سعید مهدوی
