روش های کنترل کیفی در فرایندهای آماده سازی چسب نشاسته

روش های کنترل کیفی در فرایندهای آماده سازی چسب نشاسته

چسب مناسب برای کروگیتهای با سرعت بالا چسبی است که در سرعتهای بالا پایدار بوده و نقطه ژله ای شدن پایین و بافت مناسب داشته باشد این چسب دارای سرعت تولید بالا ، مصرف کم انرژی و کاربرد مناسب با ضایعات کم خواهد داشت.

 پایه و اساس چسب نشاسته چه عواملی هستند؟

ویسکوزیته:

مقاومت به جریان پذیری سیال تعریف می شود با فورد کاپ شماره 4 یا استین هال و یا ویسکومتر می توان آن را اندازه گیری کرد. در هنگام آزمایش میزان دمای سیال باید ثبت گردد ویسکوزیته 100 میلی لیتر چسب با فورد کاب 4 معادل 30 تا 40 ثانیه است.

به طور کلی ویسکوزیته شاخصی برای کیفیت چسب نشاسته نمیباشد و فقط جهت مقایسه و ثبات چسب میباشد.

درصد مواد جامد:

 مقدار درصد مواد جامد در یک حجم یا وزن مشخص نشاسته است که از نظر تجاری بین 18-30 درصد است.  

برای گرماژهای کمتر از 140 گرم بر متر مربع مقدار مواد جامد 20- 25 %با ویسکوزیته 25 -28ثانیه و برای گرماژهای بیشتر از 200 گرم بر متر مربع ، مقدار مواد جامد 25-28 % و  ویسکوزیته 28-33 ثانیه در صنعت ایران مقدار مواد جامد 18-22درصد است

روش اندازه گیری درصد مواد جامد ؟

دمای ژله ای شدن:

دمایی است که در آن نشاسته شروع به واکشیده شدن یا تورم می نماید که به  اصطلاح غلیظتر می شود و به وضوح قابل رویت است.

 دمای ژله ای شدن بین 55 تا 65  درجه سانتی گراد متغیر است که می توان با حرارت دادن یک نمونه از چسب نشاسته ساخته شده تا زمانی که شروع به واکشیده شدن و غلیظ شدن می نماید مشخص نمود. یک پنجم بشر چسب ریخته و در حمام آب گرم و دماسنجی داخل آن شروع به همزدن می کنیم تا زمان غلیظ شدن چسب ادامه می دهیم و شروع غلیظ شدن دما را یاداشت می کنیم که دمای ژله ای شدن است.

اسیدیته چسب :

معمولا حدود 11 تا 12 می باشد که با pHمتر دیجیتال اندازه گیری می گردد.

چسبندگی آزمون     Pin adhesion test

چسبندگی از آزمون تعیین مقاومت چسبندگی با استفاده از دستگاه  CrushTest انجام میگیرد و داده ها بر اساس واحد نیوتن بر متر مربع یا نیوتن جهت مقایسه، اعلام میگیرد.  این آزمون طبق استاندارد 06 -om  821T  انجام گرفت. بدین صورت که مقوای کنگره ای سه لا با ابعاد 5×15 سانتیمتر برش خورده و یک سری پین در بین کنگره ها و در تماس با لایه ای که میخواهد جدا شود، قرار میگیرد. سپس به دو سمت این پین و خارها ابزارهای محافظتی که به شکل دو در پوش هستند متصل میشود و در دستگاه قرار میگیرد. لایه ای که میخواهیم جدا شود باید در زیر قرار گیرد. به محض جدا شدن پیوند بین لایه کنگره ای و لاینر، اعمال فشار به صورت اتوماتیک متوقف شده و عدد مربوطه از روی دستگاه خوانده میشود.

روش تعیین میزان مصرف چسب:

 برای تعیین میزان مصرف چسب ابتدا مقوای لاینر و کنگره ای در آون قرار داده میشوند تا خشک شوند وسپس توزین میشوند. پس از آن با غلتک اعمال کننده طبق روش مذکور مقوای کنگره ای ولاینر به هم چسبانده شده و در آون قرار داده می شوند. پس از خشک شدن دوباره توزین شده و اختلاف این دو عدد به دست آمده میزان مصرف چسب را نشان میدهد.

روش تعیین عرض خط چسب :

برای تعیین عرض خط چسب ابتدا پس از چسباندن مقوای لاینر و کنگره ای به همدیگر و خشک شدن آن، مقوای نهایی در آب خیسانده شده تا مقوای لاینر و مقوای کنگره ای از هم جدا شوند. پس از آن به مقوای لاینر ید به صورت اسپری اضافه میشود. با افزودن ید تمامی خط چسبها به صورت نوار باریک و مشخصی مشاهده می شوند. در نهایت عرض این نوارهای باریک اندازه گیری شده و به صورت عرض خط چسب گزارش می شود.

هدف اصلی از اصلاح چسب نشاسته، تسریع زمان آماده سازی چسب و بهبود کیفیت ورقهای ساخته شده و کاهش ضایعات و تا حدودی صرفه جویی در مصرف انرژی میباشد. شایان ذکر است که به دلیل حرارت ندیدن چسب تا مرز دمای ژله ای شدن، در صورت باقی مانده چسب در مخازن، میتوان چسب را در شروع روز کاری بعد مستقیماً به خط تولید تزریق نمود و کاهش پسماند و هزینه ای ناشی از اثرات زیست محیطی حاصل از پساب چسب نشاسته تا حدودی قابل ملاحظه ای کاست

موارد فرآیندی متعددی جهت قضاوت درخصوص کیفیت چسب نشاسته وجود دارد از جمله خط چسب پهن که با چسب غلیظ ارتباط مستقیم دارد.  در نتیجه چسب حاصل از نشاسته ذرت که غلظت (گرانروی) بیشتری دارد، خط چسب پهنتری داشته و یا به بیان دیگر مصرف چسب در صورت استفاده از نشاسته ذرت با ویسکوزیته بالاتر، بیشتر است.

مشکلات اساسی واحدهای کارتن سازی :

مشکلاتی اساسی در واحدهای کارتن سازی در زمینه چسب نشاسته وجود دارد که استفاده از آن را در صنعت محدود میکند. این مشکلات عبارتند از:

  هزینه بالای مصرف انرژی حرارتی برای پخت نشاسته

   مشکلات مربوط به ژلاتینی شدن نشاسته اگر دما ژلاتینی شدن خیلی بالا باشد، روی پیوندها و سرعت ماشین تاثیرگذار است و باعث به وجود آمدن خط چسب ناقص و پیوند ضعیف میشود و اگر دمای ژلاتینی شدن خیلی پایین باشد ، باعث ژله ای شدن چسب قبل از نفوذ به کاغذ میشود.

    مشکلات مربوط به نوسانات گرانروی بدین صورت که پخت بیش از اندازه مخزن اول و داغ بودن بیش از اندازه قسمت پخته شده باعث افت گرانروی و سرد بودن بیش از اندازه آن منجر به افزایش گرانروی میشود.

   مشکلات مربوط به ذخیره سازی که در مدت زمان طولانی ذخیره ، قسمت پخته شده از قسمت پخته نشده جدا میشود.

  کیفیت چسب

   مشکلات مربوط به پدیده های غلیظ شدن و رسوب سازی چسب

   مشکلات زیست محیطی مواد افزودنی در چسب نشاسته

نفوذ چسب در کاغذ کنگره ای و لاینر و فاکتورهای مهم آن:

 بلافاصله پس از اعمال چسب به نوک فلوتها، نشاسته حامل انحلال پذیر، الیاف روی سطح کاغذ را خیس کرده و به لایه های کنگره ای نفوذ میکند.  عمق نفوذ بیشتر از %25 ضخامت کاغذ نیست. نفوذ باید سریع باشد مخصوصا در ماشین سینگل فیسر که زمان تماس با فلوتها در غلتک فشار تقریبا 0.03 ثانیه است.

نفوذ چسب در کاغذ فلوتینگ و فاکتورهای مؤثر :

میزان جذب آب و تخلخل کاغذ فلوتینگ در محدوده مناسب باشد.

 حرارت کافی برای کاغذهای با گراماژ بالا موجود باشد

 بخار مرطوب با فشار کم و قابل تنظیم برای اعمال به کاغذ فلوتینگ در دسترس باشد.

نفوذ چسب در کاغذ الینر و فاکتورهای مؤثر

تخلخل و میزان جذب آب کاغذ لاینر

  حرارت کافی برای کاغذهای با گراماژ بالا

 ا اشاره به فرایندهای تولید کاغذ در ارتباط با دو نوع کاغذ فوق

چسبندگی کاغذ فلوتینگ و الینر و فاکتورهای مهم آن

   لرزشهای سیلندر پرس و کنگره

   تسمه سالم و مناسب

   ترمز کاغذ لاینر

   موازی بودن و عدم خارج از مرکز بودن رولها و سیلندرهای مربوطه

ملاحظات عمومی در فرآیند چسب زنی:

 اولین فاز فرآیند پیوندیابی روی سینگل فیسر و دابل بیکر انتقال چسب روی نوک کنگره هاست. فاکتورهای مهم این عملیات مقدار مناسب چسب و همچنین پراکندگی مناسب چسب در عرض ماشین است. اگر چسب خیلی زیاد باشد، زمان بیشتری برای دستیابی به نقطه ژلاتینی شدن مورد نیاز است و همچنین انرژی بیشتری نیز لازم است و کاهش سرعت ماشین نیز ضروری میشود . چسب زیادی باعث کاهش کیفیت مقوا نیز میشود و معایب از جمله موج دار شدن و پیچیدگی را به وجود می آورند . با مصرف غیرکافی چسب، نفوذ خیلی سریع میشود یا اینکه آب موجود در چسب به سرعت تبخیر میشود. در این شرایط دانه های نشاسته به صورت کامل ژله ای نمیشوند و منجر به ایجاد پیوندهای ضعیفی میشوند. مقدار آب در این لایه نازک بسیار کم است، در نتیجه آب مورد نیاز برای ژلاتینی شدن کامل گرانولهای نشاسته ناکافی است. دمای این لایه نازک چسب تا دمای ژله ای شدن افزایش مییابد. نشاسته نیمه ژله ای شده لاینر و ورق کنگره ای را به هم میچسباند.

مشکلات مربوط به تشکیل پیوند:

 توزیع نادرست چسب در مقوا

 چسب خیلی زیاد سبب ایجاد خطوط پهن و پاشیدن چسب روی کناره های فلوت شده و مشکلات مربوط به کاسی، نرمی ورق و ناصافی سطح را بوجود میآورد . چسب ناکافی مشکلات چسبندگی را بوجود آورده و مقدار چسب باقی مانده بعد از نفوذ در کاغذ بسیار کم است.

خطوط چسب غیر عادی اغلب در اثر مشکلات مکانیکی بوجود میآید، که میتواند در اثر عدم موازی بودن سیلندرهای چسب ، چسب پاک کن و کنگره بوجود آید. در مقواسازیهای قدیمی انگشتیها سبب ایجاد ارتفاع کم و زیاد فلوتها در حین تشکیل فلوت میشدند که یکی از دلایل بروز مشکل مذکور میباشد . پاشیدن چسب در ماشین چسب زنی میتواند بخاطر غلظت چسب یا بوراکس زیاد در فرمول چسب ایجاد شود. سرعت سیلندر چسب باید 3-2 درصد کمتر از سرعت کاغذ باشد.

حباب انداختن:

خیلی زیاد بودن چسب و حباب انداختن به دلیل کاربرد نامناسب و غلظت کم چسب و رطوبت زیادی مشکلاتی به وجود میآورد.

مشکلات مربوط به توزیع نامناسب چسب در ماشین چسب زنی:

 سبب افزایش مصرف چسب میشود.

 مشکلات مربوط به توزیع نادرست چسب در نوک فلوتها:

 پاشیدن چسب، نرمی زیاد ورق، مصرف زیاد چسب

پیوند موقتی و نهایی :

پیوند موقتی  Bond Green در طی ژله ای شدن چسب تشکیل می شود اما در این مرحله پیوند و چسبندگی لایه ها تکمیل نبوده و ورق مقوا در این فاز نباید تحت تاثیر فشار و یا کشش قرار گیرد چون چسبندگی کامل نشده ولالیه ها از هم باز می شوند در این حالت باید اجازه داد تا کاملا پیوند تشکیل شده و خشک شود.

انواع پیوند های نامطلوب :

در فرایندهای تولید در کارتن سازی پیوند ضعیفzip bond

 پیوند کریستالی  Crystallize Bond  

 پیوند ناقص White Bond

پیوند ضعیف :

عدم نفوذ کافی چسب به دلیل نداشتن ویسکوزیته و شرایط نا مطلوب جهت جریان پذیری مناسب سبب بوجود آمدن پیوند ضعیف می شود.   نفوذ ناکافی چسب سبب می شود الیاف کاغذ توسط چسب نشاسته با هم پیوند تشکیل نداده و ورق مقوای    نا مطلوبی حاصل گردد .

دلایل آن بشرح ذیل است:

گرم شدن بیش ازحد کاغذ Over heating که سبب ژله شدن چسب قبل از نفوذ در کاغذ میشود.

فرمولاسیون نامناسب چسب ویسکوزیته و نقطه ژله ای شدن

  عدم وجود چسب مناسب جهت نفوذ به کاغذها

 ویژگی های کاغذ

پیوند کریستالی: Crystallize Bond

 نتیجه مقاومت کم پیوند حاصل شده، حبابدار شدن ورق یا کریستالی شدن پیوند چسب است که دلیل آن عدم وجود تماس کافی کاغذ و نوک فلوتها می باشد . ظاهرا به خط چسب و مشکلات مربوط به آن درقسمت دبل فیسر ارتباط دارد.

پیوند ناقص  :White bond

ظاهر خطوط چسب نشاسته زمانی که ورق مقوا از هم جدا می شود نشانگر این پیوند است. این مشکل از کامل نشدن فرایند ژلاتینی شدن نشاسته بوجود می آید . آب موجود در چسب که سبب نفوذ نشاسته در چسب و تکمیل فرایند ژلاتینی شدن گرانولهای نشاسته و پیوند کاغذها بهم می شود، به میزان کافی در دسترس نمی باشدکه دلایل آن بشرح ذیل است:

انتقال کم حرارت

ویسکوزیته کم چسب در حین انتقال

رطوبت اضافی در کاغذ

کنترل رطوبت در ورق مقوا:

 رطوبت ورق 2 لای مقوا باید در حدود کمتر از 6 %باشد تا حداقل زمان لازم جهت پیوند مناسب که 30 دقیقه است فراهم گردد.  مقدار چسب بکار رفته در ورق مقوا برای گراماژ بیش از200 gsm در محدوده 50-60 گرم بر متر مربع و برای گراماژ کمتر از 150 gsm در حدود 30-40 m2/gr باشد

سایر عوامل که در تشکیل پیوند موثرند :

 الف – کاغذ

تفاوتهای زیادی بین کاغذ های لاینر و فلوتینگ و تست لاینر از نظر تهیه و آماده سازی ماده اولیه، جذب آب، تیمار سطحی کاغذ، چگالی، دانسیته ، مقدار رطوبت، انعطاف پذیری و پرداخت نهایی وجود دارد.  مهمترین متغیرهای کاغذ که روی چسبندگی موثر هستند مقدار رطوبت و دمای کاغذ می باشد. معمولا گرمترین قسمت کاغذ، آماده ترین قسمت برای جذب رطوبت هنگام چسب زدن می باشد.  برای اطمینان از اینکه مقدار نفوذ چسب به داخل کاغذ برای ایجاد چسبندگی خوب به حد کافی انجام گرفته است، مقدار حرارت و رطوبت کاغذ باید قبل از چسب زنی تنظیم شود. مقدار رطوبت کاغذ برای ایجاد چسبندگی خوب باید بین 6 تا 8 درصد باشد. این مقدار رطوبت به وسیله پیش گرم کن در لایه پشت  لاینر، و به وسیله دوش بخار و …پیش گرم کن در لایه فلوتینگ به وجود می آید.

متغیرهای دیگری که در کاغذ می تواند روی کار دستگاه اثر گذار باشد از آن جمله می توان به تغییر شکل یافتن رول که باعث بروز کشش در کاغذ می شود؛ و یا وجود قسمتهای نم دار که باعث تاب برداشتن و یا ایجاد پیوند ضعیف بین لایه ها می شود ؛ همچنین وجود لبه های نازک در کاغذ ( مشکل ریوایند در وایندر کاغذسازی ها ) باعث لایه لایه شدن لبه های ورق تولید شده گردیده و وجود پارگی های مکرر و بدون چسب زدن صحیح ،پروفایل های گرماژ و ضخامت و رطوبت نامناسب

جذب آب کاغذ در فرایندهای کاغذسازی : کاغذهای هر دو طرف جذب آب پایین کاغذهای یک طرف جذب آب پایین و استانداردها و محدودیت های ممکن

ماشین آلات :

به طور کلی در صنعت ورق سازی از یک نوع چسب استفاده می شود و این در حالی است که انواع گسترده ماشین آلات با عمرهای مختلف و سرعتهای متفاوت وجود دارد، به علاوه با وجود تفاوت هایی که بین سینگل فیسر و دبل فیسر در شکل و کار وجود دارد، می طلبد که تحقیقات بیشتری در این خصوص انجام گیرد.

چسب در سینگل فیسر:

 همانطور که در شکل(3 )دیده می شود، در نقطه A چسب لایه فلوتینگ اعمال می شود. در فاصله کوتاه رسیدن لایه فلوتینگ از نقطه A به نقطه B لازم است که نفوذ چسب به داخل کاغذ انجام شود. در سرعت 200 متردر دقیقه، فاصله دو نقطه A تا B فقط در مدت 3 صدم ثانیه و از Bتا C تنها ا0/0 ثانیه طی می شود.

در قسمت دبل فیسر:

در دبل فیسر به علت عدم وجود فشار و حرارت، چسب به آرامی طی مدت نیم ثانیه و قبل از اتصال به لایه زیرپتو به داخل لایه فلوتینگ نفوذ می کند.  چسبندگی در قسمت دبل فیسر در مدت زمان طولانی تری به دست می آید و دلیل این امر ، حرارت کم کاغذ می باشد، از این رو در قسمت پلیت های حرارتی فرایند تکمیل می شود . در زمان تولید ورق پنج لایه به دلیل وجود فاصله بین منبع حرارتی ( پلیت ها ) و قسمتهای چسب خورده ، سرعت دستگاه تعیین کننده ایجاد یک چسبندگی خوب و مقاوم می باشد.

در سینگل فیسر زمان کوتاه برای نفوذ چسب و انرژی زیاد برای چسبندگی وجود دارد، اما در دبل فیسر زمان زیاد برای نفوذ چسب و انرژی کم برای ایجاد چسبندگی وجود دارد.