کاربرد نشاسته در صنایع مختلف بسیار گسترده است، لیکن در صنایع بسته بندی سلولزی می تواند به عنوان اندود، آهار و یا چسب مورد بهره برداری قرار گیرد. در این صنایع، کیفیت مناسب چاپ، پایین بودن میزان جذب آب، مناسب بودن چسبندگی لایه‌ها و زیست تخریب پذیر‌بودن چسب مصرفی، نشاسته را در جایگاه رفیعی به‌عنوان یکی از مواد اولیه‌ی مناسب قرار داده است… در این پژوهش، به‌صورت مبسوط به مبحث کاربرد نشاسته در صنایع کاغذ و کارتن سازی دارید.
انتخاب نشاسته برای استفاده در صنعت
برای بیشتر عملیات های کنگره‌ای، نشاسته‌ی اصلاح نشده‌ی ذرت استفاده می شود. برای کنگره‌سازی های با سرعت بالا، نشاسته های به خصوصی به‌کار می رود. نشاسته های هیدروکسی اتلیه شده، دمای ژله‌ای شدن را کاهش می‌دهد و پایداری سوسپانسیون را بهبود می بخشد. نشاسته های با آمیلوز بالای اصلاح‌شده‌ی شیمیایی و نشاسته‌ی ذرت مومی به‌ترتیب مقاومت پیوند و ماندگاری آب را بهبود می بخشند.
سرعت تشکیل پیوند، می‌تواند توسط افزودن پلی‌وینیل الکل کمی هیدرولیزشده بهبود یابد. در ساخت مقوای کنگره‌ای که شامل اعمال نشاسته‌ی نیمه‌پخته‌شده و پخته‌نشده می‌شود، عمق خاصی از نفوذ چسب مورد نیاز است تا پیوندهای اولیه تشکیل شوند.
مقاومت در برابر آب برای جعبه‌های سرمادهنده یا جعبه هایی که جهت ذخیره‌سازی در محیط باز، با افزودن رزینهای تیمارشده‌ی قلیایی بر پایه‌ی اوره‌ی فرمالدهید یا کتون فرمالدهید به‌دست می‌آیند. امروزه رزینهای جدید برای تشکیل پیوند عرضی که مطابق با قوانین زیست‌محیطی هستند و همچنین گرما ذوب‌های بر پایه‌ی نشاسته برای استفاده در چسب نشاسته در کاربردهای بسته‌بندی توسعه یافتند.
مشکلات کارخانجات استفاده کننده‌ی چسب نشاسته
– کم یا زیاد بودن چسب؛
– کم یا زیاد بودن حرارت؛
– کم یا زیاد بودن گرانروی؛
– کم یا زیاد بودن دمای ژلهایشدن؛
– مشکلات مربوط به غلیظ‌سازی و رسوب‌سازی و… .
کم یا زیاد بودن چسب
چسب کم، باعث تشکیل پیوندهای ضعیف می‌شود و چسب زیاد، باعث هدررفتن نشاسته، کاهش سرعت تولید، افزایش گرایش به پیچیدگی و ضعیف‌شدن پیوند می‌شود.
کم یا زیاد بودن درجه‌ی حرارت
درجه‌ی حرارت اضافی باعث خشک‌شدن چسب قبل از اتصال خوب آن با لاینر و یا ژلهایشدن بلافاصله پس از اتصال می شود که در این‌صورت گرانروی بالا نفوذ را محدود میکند و در نتیجه منجر به تشکیل پیوند سطحی می‌شود. حرارت کم باعث نفوذ اضافی شده و رنگ خط چسب به‌دلیل نشاسته‌ی ژله‌نشده‌ی باقی‌مانده، سفید می‌شود.
بیشتر بخوانید: کاربرد چسب نشاسته در صنایع کاغذ و کارتن سازی
کم یا زیاد بودن گرانروی
زمانی‌‌که چسب نشاسته خیلی غلیظ باشد (گرانروی زیاد)، باعث می‌شود که چسب با سرعت خیلی کمی به کاغذ کنگره‌ای نفوذ کند. در این‌صورت ورق مرطوب شده و چاپ‌پذیری آن کاهش می‌یابد. در این‌صورت مصرف چسب نشاسته افزایش می‌یابد، چون خط چسب پهن با چسب غلیظ رابطه‌ی مستقیم دارد.
همچنین خاصیت جریان‌پذیری چسب از تشتک‌‌ها کاهش یافته و مشکلات مربوط به ژلهشدن چسب را به‌جود می‌آورد. سرریزشدن چسب و عدم انتقال آن از سیلندر چسب با گرانروی بالا رابطه‌ی مستقیم دارد، اما زمانی‌‌که خمیر چسب خیلی رقیق باشد یا اینکه چسب گرانروی کمی داشته باشد، آب منجر به نرم‌شدن کاغذ کنگره‌ای می شود.
در این حالت کاغذ مانند یک فتیله در جذب آب عمل میکند. ممکن است آب مورد نیاز جهت خط چسب را از دسترس خارج کند. به بیان دیگر، در این حالت چسب نشاسته آب کافی برای تکمیل فرآیند ژله‌ای شدن را در دسترس نخواهد داشت.
کم یا زیاد بودن دمای ژلهایشدن
اگر دمای ژلهایشدن خیلی بالا باشد، ممکن است زمان و حرارت کافی برای ژله‌‌کردن همه‌ی دانه‌ای نشاسته وجود نداشته باشد. یعنی تعدادی از گرانول‌ها سریعاً ژله شده و بقیه ژله‌نشده و خام باقی می‌مانند که نتیجه‌ی آن، پیوند و خط چسب ضعیف خواهد بود. سرعت خط تولید نیز باید تا دست‌یابی به یک پیوند مطلوب، خصوصاً در ورق‌های پنج‌لایه کاهش یابد.
در این حالت، کاربر ممکن است به‌دلیل رطوبت یا نرمی ورق، آن‌را از خط خارج کند، اما در صورتی‌که دمای ژلهایشدن خیلی پایین باشد، ممکن است چسب قبل از نفوذ به کاغذ ژله شود. نتیجه‌ی این حالت ممکن است ایجاد ورق خشک و شکننده، ایجاد پیوند سست، وجود خشکی در خط چسب ورق و شکنندگی در ورق نهایی باشد.
مشکلات مربوط به غلیظ‌سازی و رسوب‌سازی
پس از ساخت چسب با کاهش دما، گرانروی چسب افزایش می‌یابد. این افزایش غلظت به‌علت یک پدیده‌ی معروف برای همه‌ی نشاستههای اصلاحنشده است که غلیظ‌سازی نامیده می‌شوود. علت وقوع این پدیده این است که طی تجزیه‌ی حرارتی، مثلاً ژلهشدن، آرایش کریستالی اصلی مولکول‌های نشاسته به‌هم می‌ریزد. وقتی چسب نشاسته سرد می‌شود، مولکول‌ها دوباره به‌هم می‌پیوندند و بنابراین به شکل کلوخه‌های غیر قابل حل درمی‌آیند.
نتیجه‌ی این فرآیند، کریستاله‌شدن این است که محلول چسب‌ناک تدریجاً کدر می‌وشد و هم‌زمان گرانروی نیز افزایش می‌یابد. در نهایت این چسب ویسکوز به یک ژل یا توده‌ی مات تبدیل می‌شود، اما در محلول‌های خیلی رقیق مواد کافی برای ژله‌‌کردن تمام محلول وجود ندارد؛ در نتیجه این مواد به کف می‌روند.
عمده‌ی این مواد ته‌نشین‌شده، مولکول آمیلوز است که این گرایش را به‌وجود می‌آورد. این گرایش رسوب‌سازی آمیلوز یا رسوب‌سازی ساده نام دارد که یک فرآیند برگشت‌ناپذیر است. برای جلوگیری مؤثر از این رسوب‌سازی، اصلاح نشاسته می‌تواند کارساز باشد.
لذا جهت فائق‌آمدن به این مشکلات، تغییراتی در فرمولاسیون چسب‌ها به‌وجود آمد و چسبهای نشاسته اصلاحشده توسعه یافتند.
چسب های جدید بر پایه‌ی نشاسته
نشاسته ها به‌صورت‌‌های اصلاح نشده و اصلاحشده در چسب استفاده می‌شوند. امروزه شکل جدیدی از چسب نشاسته توسعه یافته است و این پیشرفت‌های جدید در چسب نشاسته باعث رونق بازار جدید و به‌وجودآمدن فرصت ها و موقعیت های جدید شده است.
چسب نشاسته نقش به سزایی را در تولیدات صنایع، به‌خصوص صنایع بسته بندی ایفا میکند. چسب نشاسته از چسبهای سنتی لایه‌ی کنگره‌ای تا فرمولاسیون‌های اصلاحشده که مقاومت به آب متوسط و چسبندگی خوب به سوبستراهای چوبی را دارد، توسعه یافت و امروزه به بیوپلیمرهای جدید که مزایای فناوری نانو و شیمی سبز را یک‌جا داراست، رسیده است.
با اینکه چسب های نشاسته‌ی اصلاحشده مزایای زیادی دارند ولی به‌دلایلی هنوز هم به‌طور کامل جایگزین چسبهای نشاسته‌ی اصلاحنشده نگردیده‌اند. این دلایل عبارت‌اند از:
– دسترسی آسان و قیمت نسبتاً پایین؛
– پایداری کیفیت؛
– چسبندگی خوب به سوبستراهای سلولوزی و پرتخلخل؛
– غیرقابلحل در روغن و چربی؛
– غیرسمی و زیست‌تخریب‌پذیربودن؛
– مقاوم به حرارت.
اما به‌هرحال، اصلاحات منجر به ایجاد مزایای زیر می‌شوند:
– فراهم‌آوردن گرانروی بالا و پایداری آن بدون پخت نشاسته؛
– امکان استفاده از مواد جامد بیشتر و گرانروی کمتر در همان مواد جامد؛
– چسبندگی و خشک‌شدن سریع‌تر آن؛
– بهبود خواص فیلم تشکیل‌شده؛
– بهبود خواص چسبندگی؛
– بهبود مقاومت به رطوبت.
نشاسته‌ها توانایی ایجاد مقادیر زیادی از مقاومت به آب را دارند که ممکن است برای برچسب‌زنی و دیگر عملیات‌ها ضروری باشد. مقاومت به آب بالاتر می‌تواند با مخلوط‌های پلی‌وینیل الکل یا پلی‌وینیل استات به‌دست آید. همچنین این چسب‌ها باید قابل حل در آب گرم باشند که در بعضی مصارف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مقاومت رطوبتی بهینه با افزودن رزینهای ترموستینگ مثل اوره‌ی فرمالدهید به‌دست می‌آید. فیلرهای معدنی مثل خاک رس کائولن، کلسیم‌کربنات و دی‌اکسید تیتانیوم و… معمولاً در غلظت ۵ تا ۵۰ درصد در چسب نشاسته مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد جهت کاهش قیمت و کنترل نفوذ به سوبستراهای متخلخل مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مواد تیکسوتروپیک مثل بتونیت نیز اغلب در کنترل گرانروی استفاده می‌شوند. دیگر مواد افزودنی که در چسبهای نشاسته استفاده می‌شود، شامل محافظت‌کننده‌ها از فساد، سفیدکننده‌‌ها و کف‌زداها می‌باشند. مواد محافظت‌کننده از فساد جهت جلوگیری از فعالیت میکروبی استفاده می‌شوند و شامل فرمالدهید با ۳۵ درصد مواد جامد به مقدار ۲/۰ تا ۱ درصد، سولفات مس تقریباً ۲/۰ درصد سولفات روی، نمک اسید بنزوئیک، فلورایدها و فنل‌‌ها می‌شوند. عوامل سفیدکننده‌ی متداول شامل سدیم‌‌بیسولفیت، هیدروژن و سدیم‌پراکسید و سدیم‌پربورات می‌شوند.
عیب اصلی چسب نشاستههای قدیم، دمای پیوندیابی بالای آن‌هاست. این چسب‌ها مقدار مواد جامد کمی دارند و رطوبت آن‌ها نسبتاً کم بوده و مقاوم به میکروب هستند. بیشتر این فعالیت‌های توسعه‌ای جهت کاستن این نقایص می‌باشد.
چسب نشاسته‌ی بدون حامل
در این روش، همه‌ی گرانول‌های نشاسته با روش کنترل‌شده، کمی ژله‌ای می‌شوند و در نتیجه آب جذب کرده و کمی متورم می‌شوند و شروع به افزایش گرانروی می‌کنند. وقتی گرانروی از پیش تعیین‌شده به‌دست آمد، عمل متورم‌شدن پایان می‌یابد. تورم گرانول‌های نشاسته با افزودن NaOH حل شده به دوغاب نشاسته در دمای مشخص انجام می‌گیرد.
وقتی گرانروی مطوب به‌دست آمد، بوریک اسید به چسب اضافه می‌شود. بوریک اسید سود را خنثی کرده و گرانروی را تثبیت میکند. این روش نسبت به روش حامل پایدارتر بوده و خواص جریان‌پذیری بهتری دارد.
چسب نشاسته‌ی مقاوم در برابر آب
یک ویژگی متداول که برای چسب کاغذ‌های کنگره‌ای مورد نیاز است، مقاومت به آب می‌باشد. با وجود اینکه چسب نشاسته قابل حل در آب است، اما برای برخی از محصولا مثل جعبه‌های خنک‌کننده و جعبه‌هایی که برای مدت‌زمان طولانی باید در هوای آزاد نگه‌‌داری شوند، آن‌را باید غیرقابلحل در آب کرد.
این چسبهای خاص را که در برابر لایه‌لایه‌شدن در آب مقاوم هستند، می‌توان با افزودن رزین و تمیار قلیایی به چسب به‌دست آورد. این رزین‌ها معمولاً اوره‌ی فرمالدهید یا کتون فرمالدهید هستند که هرکدام مزایا و معایب مربوط به خود را دارند. مقدار مقاومت در برابر آب با افزودن ۱۵ درصد بر پایه‌ی نشاسته افزایش می‌یابد.
چسب نشاسته برای فرآیند کنگره‌ای سرد
در این چسب‌ها از نشاسته‌ی کاملاً پخته‌شده استفاده می‌شود و چسب‌ها در دمای بالا اعمال می‌شوند و پیوند توسط رسوب‌سازی به‌وجودآمده از سرمادهی به‌جای تشکیل ژل با گرمادهی ایجاد می‌شود.
دیگر چسب نشاستههای خاص، مورد استفاده در فرآیند‌های کنگره‌ای که مصرف آن‌های خیلی کم است، عبارت‌اند از چسبهای نشاسته‌ی ضد کپک و ضد آتش و همچنین چسب نشاسته‌ی مقاوم در برابر آب با PH پایین.
نتیجه گیری
با توجه به ویژگی‌های نشاسته، از جمله زیست تخریب‌پذیر بودن، فراوانی زیاد، آلودگی کم برای محیط زیست، قیمت ارزان و دیگر ویژگی هایی مانند قدرت چسبندگی و توانایی تشکیل فیلم، استفاده از آن در صنایع آهارزنی و اندودسازی و چسب مقوای کنگره‌ای توصیه می شود. عملیات آهاردهی سطح کاغذ، عمدتاً به‌منظور مقاوم ساختن کاغذ در برابر نفوذ آب و محلول های آبی انجام می شود. با این عملیات، ویژگی های دیگر کاغذ نیز بهبود می‌یابد و خواص فیزیکی آن بهتر می شود.
همچنین نشاسته اتصال دهنده‌ی اصلی برای اندود کاغذ نیز هست که به‌صورت یک اتصال دهنده‌ی اصلی برای اندود کاغذ نیز می‌باشد که به‌صورت یک اتصال‌دهنده‌ی منحصربه‌فرد به‌صورت ترکیب‌شده با اتصال‌دهنده‌‌های سنتزی مختلف موجود می‌باشد. در صنعت چسب‌سازی نیز چسب نشاسته در صنعت مقوای کنگره‌ای و روکش‌کردن کاغذ و ساخت پاکت‌های کاغذی کاربرد دارد. همچنین می‌توان با اصلاح نشاسته، ویژگی‌های محصول نهایی را بهبود بخشید.
پایان
نویسندگان: نگین نیک‌بین – سعید مهدوی
