دسته‌بندی نشدهصنعت چاپکتابخانهمقالات

چسب نشاسته، مناسب‌ترین و به صرفه‌ترین

چسب برای صنعت کارتن و ورق در ایران

 

دکتر میلاد پرو ، متخصص تحقیق و توسعه ، شرکت زرنام (زر فروکتوز)

ورق کارتن بدین صورت تهیه می شود که یک صفحه کنگره‌دار (Flute) بین دو صفحه صاف (Liner) چسبانده می شود. در تهیه ورق کارتن، باید از یک چسب برای چسباندن این لایه ها استفاده کرد. برای متصل کردن این لایه ها معمولاً از نشاسته به عنوان چسب استفاده می شود. استفاده از نشاسته به عنوان چسب، امری جدید نیست. گزارش‌های تاریخی نشان می دهد که مصریان باستان از نشاسته علاوه بر مصارف دیگر، به عنوان چسب در تهیه پاپیروس استفاده می کردند. حتی امروزه، بشر به صورت خانگی چسب نشاسته را تهیه می کند. برای مثال، چسباندن کاغذ دیواری به دیوار با استفاده از چسب خمیری (نشاسته) که با پختن مخلوط آرد و آب تهیه می شود، انجام می شود. امروزه، چسب‌های با پایه نشاسته و دکسترین یکی از مهم‌ترین بخش‌های صنعت چسب را تشکیل می‌دهند.
نشاسته یک محصول پلیمری طبیعی است که و تقریباً در تمام گیاهان یافت می شود. این محصول به عنوان غذای ضروری برای حیوانات و انسان ها مورد استفاده قرار می گیرد. سیب زمینی، گندم و سایر دانه ها در ابتدا به عنوان منابع در دسترس نشاسته برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه، منابع اصلی تهیه نشاسته به صورت صنعتی عبارتند از: ذرت، سیب زمینی، تاپیوکا و گندم.
فرمول شیمیایی نشاسته در شکل 1 نشان داده شده است.
نشاسته از دو بخش آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده است. علاوه بر ساختار خطی (بخش آمیلوز) که در شکل 1 مشاهده می‌شود، بخش آمیلوپکتین نشاسته، دارای زنجیره های شاخه دار نیز هست. در نواحی ای که چندین زنجیره به موازات هم قرار گرفته اند، پیوندهای هیدروژنی زیادی تشکیل می شود و نواحی کریستالی شکل می‌گیرند. این امر در شکل 2 نشان داده شده است.
هنگامی که نشاسته در محلول سدیم کربنات و یا سود سوز آور حرارت داده شود، مولکول های آب وارد ساختار نشاسته شده و متورم می شود و یک شبکه نشاسته حاوی مولکول‌های آب ایجاد می شود. قلیا سبب تسریع این فرآیند از طریق شکستن پیوند هیدروژنی بین زنجیره های نشاسته و از طریق ایجاد گروه های هیدروکسیل می شود (شکل 3). نواحی کریستالی در این فرآیند از هم می پاشد و خمیر نشاسته شکل می گیرد.

شکل 1- ساختار مولکولی پلیمر نشاسته

هنگامی که سوسپانسیون نشاسته در معرض بوراکس دکاهیدرات، بوراکس پنتاهیدرات، اپتیبور بوریک اسید یا سدیم متابورات قرار می گیرد، تغییرات شیمیایی زیادی اتفاق می افتد. اتصالات بین‌زنجیری از طریق آنیون بورات تشکیل می شود که منجر به اصلاحات مطلوبی در خواص فیزیکی سیستم خواهد شد. در اثر این اتصالات، ساختار مولکولی نشاسته تغییر می کند و زنجیره پلیمری منشعب‌تر با وزن مولکولی بالاتر تشکیل می شود. این امر سبب ایجاد یک چسب با ویسکوزیته بالا و اتصال سریع‌تر به ورق می شود. این ویژگی‌ها (به‌خصوص اتصال سریع در دمای پایین) برای استفاده در ماشین های ورق سازی که با سرعت بالا کار می کنند، ضروری است.
یکی از مهم‌ترین دستاوردها در زمینه شیمی چسب نشاسته در دهه 1930 هنگامی که فرآیند Stein Hall توسعه یافت، این بود که که در تولید ورق کارتن سازی، چسب های بر پایه نشاسته، جایگزین سدیم سیلیکات شدند. صنعت نشاسته و چسب نشاسته بستگی به ویژگی های منحصر به فرد بوراکس بر چسب دارد (شکل 4). Irving Skeist در کتاب “handbook of adhesives” که در سال 1964 منتشر شد، دستورالعمل زیر را برای تهیه چسب نشاسته مورد استفاده در ورق سازی‌ها ارائه کرد:

این فرآیند که به فرآیند Stein-Hall شهرت دارد، به یکی از بزرگترین روش‌های تولید چسب نشاسته برای صنعت ورق سازی تبدیل شد. این روش، نشاسته را قابل رقابت با سدیم سیلیکات می‌کند. در این فرآیند از مزیت طبیعی نشاسته برای ژلاتینه شدن سریع با حداکثر ویسکوزیته در یک دامنه دمایی بسیار کم استفاده می شود. یک سوسپانسیون غلیظ از گرانول‌های نشاسته (مایع شیری رنگ) بر نوک کنگره های کاغذ کنگره دار اعمال می‌شود. سپس توسط حرارت اعمال شده در ماشین، نشاسته بین کاغذ کنگره دار و لاینر (کاغذ صاف) متورم شده و می ترکد و باعث اتصال این دو کاغذ به هم می شود (شکل 5). در ابتدا مشکل اصلی، پیدا کردن یک حامل مناسب برای معلق سازی نشاسته در سوسپانسیون بود. جواب این مسئله با ژلاتینه کردن بخشی از نشاسته کل با استفاده از سود، بازیافت شد. از دیگر پیشرفت‌ها در این زمینه، پایین آوردن دمای ژلاتیناسیون با استفاده از سود، حفظ ویسکوزیته چسب در محدوده بهینه و پایداری آن بود. حرارت‌دهی کافی برای چسباندن ضروری است، زیرا نشاسته حرارت بیشتری نسبت به سیلیکات نیاز دارد. همچنین، طراحی و ساخت دستگاه های همزنی ویژه نیز به منظور تولید چسب نشاسته توسعه پیدا کرد.

شکل 3- واکنش پلیمر نشاسته با سود سوزآور

شکل 4-مکانیسم اتصالات بین زنجیره های نشاسته توسط آنیون بور.

فرمولی برای تهیه چسب نشاسته
سیستم دو مخزنی:
مخزن بالایی (شماره 1)
1) 400 پوند (182 کیلوگرم) آب به مخزن اضافه کنید.
2) 80 پوند (3/36 کیلوگرم) نشاسته را اضافه کنید و به مدت 3 دقیقه هم بزنید.
3) 17 پوند (7/7 کیلوگرم) سود را در 11 لیتر آب حل کرده و همزنی در مخزن را متوقف کرده، محلول سود را اضافه کنید و دوباره همزنی را شروع کنید و خوب هم بزنید.
4) با استفاده از بخار زنده، سوسپانسیون تهیه شده را تا دمای 58 درجه سلسیوس گرم کنید و به مدت 15 دقیقه هم بزنید.
5) 500 پوند (227 کیلوگرم) آب سرد به مخلوط قبلی اضافه کنید و هم بزنید.
6) این مخلوط رقیق، یک حامل آماده برای استفاده در مخزن پایینی (مخزن 2) است.
مخزن پایینی (2):
1520 پوند (690 کیلوگرم) آب به مخزن پایینی اضافه کنید.
17 پوند (7/7 کیلوگرم) بوراکس به آن اضافه کنید و تا وقتی که کامل حل شود، هم بزنید.
505 پوند (229 کیلوگرم) نشاسته به آن اضافه کنید و تا وقتی که کامل پخش شود، هم بزنید.
محتویات مخزن بالایی (شماره 1) را به آرامی به مخزن پایینی (شماره 2) اضافه کنید و تا وقتی ویسکوزیته به 35 ثانیه برسد، همزنی را ادامه دهید. این عدد، با ظرف مخصوص اندازه گیری ویسکوزیته Stein-Hall به دست می آید. (نکته: مقدار ویسکوزیته نهایی با توجه به ماشین آلات و سرعت دستگاه، از یک کارخانه به کارخانه دیگر متفاوت باشد).
حدود 1 لیتر فرمالدئید یا 450 گرم Dowicide به آن اضافه کنید.
به مخزن ذخیره پمپ کنید.

شکل 5- فرآیند استفاده از چسب نشاسته در تهیه ورق کارتن

برچسب ها
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن