Локс Ф. Упаковка и экология

Подождите немного. Документ загружается.

алюминия). Изменение цены на алюминий было поразительным: с 545 долларов за фунт в 1852 году она

упала до 11,33 долларов за фунт в 1855, 57 центов в 1892 и до 14 центов в 1942 году. Сегодня 1 кг алюминия

стоит примерно 1,26 доллара.

В настоящее время производство большинства металлических упаковок практически полностью

автоматизировано, поэтому они дешевы и широко используются.

b) Металлургия и производство металлических упаковок

Металлы, используемые в упаковке, получают, главным образом, из оксидов и сульфидов. Для

получения металла сульфиды обычно вначале переводят в оксиды путем окисления (реакция с атмосферным

кислородом). Этот процесс сопровождается образованием диоксида серы, который можно использовать в

производстве серной кислоты. Металлы затем могут быть выделены в доменном процессе: при высокой

температуре, устанавливающейся при сгорании кокса, окислы металлов реагируют с коксом, образуя металл

и диоксид углерода. Жидкий металл собирается на дне плавильной печи. Доменный газ содержит также

некоторые горючие компоненты (а именно, водород, метан и очень токсичную окись углерода), как указано

в табл. 3.2. Из-за своей токсичности, а также высокой теплотворной способности (900...1000 ккал/м

или

38...42 МДж/м

), доменный газ не выпускается в атмосферу, а сгорает (регенерация тепла). Процессы

производства металлов могут существенно загрязнять окружающую среду, особенно во время выброса в

атмосферу клубов пыли в процессах очистки.

Алюминий, в отличие от железа, свинца и олова, нельзя получить из его оксида с помощью доменного

процесса. После очистки бокситная руда обрабатывается концентрированным раствором соды, в котором

растворяется лишь оксид алюминия, но не примеси (оксид железа), которые можно удалить с помощью

фильтрации. Основной примесью является оксид железа, который образует грязь красноватого цвета; ее

очень трудно обрабатывать, и иногда она образует то, что называется «красными грязевыми озерами», при

этом существенно загрязняя землю. Проводится много исследований с целью изыскания способа обработки

этой красной грязи. Содовый раствор боксита (алюминий в нем находится в виде алюминатов Na

[Al(OH)

Na[Al(OH)

]) и разбавляют водой, обеспечивая выпадение в осадок очищенного оксида алюминия. После

сушки она смешивается с криолитом (фтороалюминатом натрия), который понижает точку плавления с

2300°С до примерно 1000°С. Из полученной таким образом расплавленной «солевой бани» восстанавливают

почти чистый алюминий электролиза.

Типичный состав доменного газа, образующегося в производстве железа (примерно 6 м

/кг Fe-руды)

Таблица 3.2

Негорючие компоненты, % Горючие компоненты, %

Диоксид углерода 10-16

Азотсодержащие газы 52-60

Водород 0,5-4

Метан 0-3

Монооксид углерода 23-30

Сырье для производства основных металлов, используемых в упаковке

Таблица 3.3

Металл Руда Содержа

ние

железа,

Экспортеры

Железо Магнитит (Fe

) 60-70 Швеция, Норвегия, США,

Россия

Гематит (Fе

Оз) 50-70 Великобритания, Германия,

США, Испания, Ньюфаундленд,

Индия, Марокко, Украина,

Южная Америка

Сидерит (FeCO

) 30-35 Германия, Великобритания,

Франция

Лимонит 30-50 Швеция, Фин

(2Fe

-3H

O) ляндия, Испания,

Люксембург

Пирит (FeS) 60 Испания, Португалия

Олово Кассетерит

(SnO

)

— Малайя, Боливия, Таиланд,

Китай, Индонезия

Алюминий Боксит (Аl2О

) до 30 Суринам, Британская Гвинея,

США, Франция, Россия,

Индонезия, Ямайка

Утилизация металлов из бытовых отходов облегчается магнитными свойствами железа,

позволяющими легко отделить его от мусора. Другие металлы можно отделить с помощью виброфильтров.

Олово и алюминий можно регенерировать из использованной упаковки следующим образом: олово можно

удалить путем химических реакций растворения, а затем осадить. Для регенерации алюминия его можно без

больших проблем переплавить, собрав большую часть примесей с поверхности расплава. Регенерация

железа из металлолома одним расплавлением невозможна, но лом можно добавлять к железной руде

(процесс Сименса), при этом олово должно быть заранее удалено.

В табл. 3.3 перечислено исходное сырье для производства железа, олова и алюминия; из нее

следует, что Бельгия нуждается в импорте соответствующих руд и металлов. Принимая во внимание

стоимость энергии и сырья, следует признать экономически оправданным утилизацию металлических

отходов.

Производство металлической упаковки является, в принципе, несложным процессом: из рулона

металлической ленты, иногда с защитным слоем олова или лака, нарезают куски, которые формуют и

полученные части соединяют друг с другом. Как уже отмечалось, слой олова можно получить погружением

железа в расплавленное олово; это покрытие можно также нанести на сталь с помощью электролиза из

водного раствора солей олова. В этих процессах защитный слой всегда имеет одну и ту же толщину на

обеих сторонах стальной пластины, следовательно, о качестве готовой упаковки можно судить по

состоянию только внешней поверхности. Напротив, только одна сторона покрывается лаком. Жесть все еще

остается основным материалом для консервных банок и тому подобных упаковок. Железные пластины той

же толщины, что и жесть, не покрытые оловом, используются реже. Они обычно покрываются лаком.

Стальные пластины без олова подобны жести, но в них защита от коррозии обеспечена слоем другого

устойчивого металла, банки можно делать из таких металлов на основе железа. Алюминий также

используется в возрастающих количествах.

Алюминиевая фольга также применяется для заворачивания пищевых продуктов и при

изготовлении подносов. Однако образ металлической Упаковки ассоциируется с консервной банкой.

Примерно до 1970 года жестяная банка, спаянная из трех фрагментов, была более или менее стандартной. С

тех пор имело место значительное усовершенствование. Конструкция трехчастной банки, однако, в

основном не изменилась за более чем 150 лет: плоский прямоугольный кусок жести формуется в цилиндр и

соединение спаивается, образуя боковой шов. Круглые жестяные Диски затем механически закрепляются на

фланцах цилиндра, представляющих собой накатанный рубец, известный как «двойной рубец». Один из

этих торцов закатывается изготовителем банки, а другой — упаковщиком после ее заполнения (см. рис. 3.2).

Рис 3 2 Последовательность изготовления трехчастной и двухчастной банок

Усовершенствования касались техники, но не принципов. С 1985 года почти повсеместно пайка

была заменена электросваркой; будущий прогресс связан с использованием лазерной сварки. Автоматизация

увеличила скорость производства, и были разработаны более надежные механические соединения.

Усовершенствование технологии изготовления привело к существенному сокращению веса железа и олова,

используемых для изготовления консервных банок. В период с 1824 по 1990 год толщина стального листа

уменьшилась примерно на 67%, а оловянного покрытия - на 98,5% (с 13 до 0,2 мкм).

В добавление к этому, были разработаны двухчастные банки (см. рис. 32), так что сегодня

используются три основных типа банок, открывающихся в верхней части

1) сварная трехчастная банка (рис. 3.2),

2) двухчастная банка (типа DRD), изготавливаемая из стали без олова,

3) двухчастная банка (типа DWI), изготавливаемая из жести.

Был освоен также выпуск «легко открывающихся» банок — сначала для напитков, а затем (с

полностью открывающимся верхом) для консервов — как стальных, так и алюминиевых (с повышенным

содержанием магния).

Рассмотрение этих последних достижений показывает, что они были вызваны:

1) желанием сократить затраты путем использования более тонких листов,

2) стремлением сократить производственные затраты путем автоматизации и увеличения

производительности,

3) соображениями удобства использования,

4) желанием улучшить презентабельность упаковки (новые формы, лучшая печать и графика,

использование комбинаций металл-пластик).

c) Использование металлической упаковки

Металлические банки имеют преимущество меньшего веса по сравнению со стеклотарой. Они

обеспечивают хорошую защиту от действия света и (закрытые) выдерживают давление аэрозолей,

газированных напитков и других продуктов. Алюминиевая фольга также полезный материал, имеющийся в

модификациях с различной толщиной — от 20 мкм (для комбинирования с картоном, бумагой или

пластиком) до 80 мкм (для подносов и т.д.). Очень тонкая фольга имеет микроскопические отверстия, но

покрытие лаком запечатывает их и делает фольгу непроницаемой для паров, влаги и кислорода. Внешний

вид каждой из сторон фольги различен- одна сторона матовая, другая — блестящая. Причиной этого

является то, что последняя прокатка для уменьшения толщины фольги проводится путем каландрирования

двух фольг, при этом их соприкасающиеся поверхности становятся матовыми, а противоположные по-

верхности — блестящими. Если отвлечься от этого, то другие свойства двух сторон фольги практически

одинаковы.

d) Устойчивость металлической упаковки к коррозии

Кислород и влага, при их одновременном присутствии, являются основными факторами коррозии

железа. Продукт коррозии железа (ржавчина) представляет собой оксид (на самом деле это сложная смесь

оксидов и гидроксидов железа).

Сухой кислород и освобожденная от него вода не вызывают сколько-нибудь заметной коррозии

железа.

Олово способно реагировать с атмосферным кислородом с образованием поверхностного слоя

оксида, который предохраняет олово от дальнейшей коррозии в водной нейтральной или слабо кислой

среде. Ржавчина не предохраняет железо от дальнейшей коррозии, чем объясняется необходимость

покрытия банок слоем олова. В случае большинства кислых фруктовых соков поверхностные оксидные слои

на олове и алюминии не обеспечивают должной защиты металла. Оба окисных слоя могут реагировать с

кислотами, содержащимися в упакованных продуктах, с переходом ионов металла в раствор. Они могут

вызвать изменения вкуса и цвета многих пищевых продуктов [122]. Вспучивание банок в результате обра-

зования при электрохимической коррозии водорода обсуждается ниже. Это случается с банками из жести,

когда повреждается слой олова и железо оказывается открытым для контакта с внутренней или внешней

средой.

Миллиарды жестяных банок используются каждый год для упаковки широкого набора продуктов;

тем не менее, могут иметь место разнообразные виды воздействий упакованных продуктов на тару. Многие

продукты способны взаимодействовать с самим оловом, но это рассматривается как меньшее зло, поскольку

все же растворение железа не происходит до тех пор, пока не растворится олово. Без оловянного покрытия

коррозия стали быстро привела бы к образованию мелких отверстий в контейнере.

Взаимодействие

продуктов с оловом, однако, также вредно, поскольку во многих случаях оно вызывает обесцвечивание

продукта и появление «металлического» привкуса. Почернение олова является результатом химической

реакции олова с сульфидионами, содержащимися, например, в томатном соке, с образованием

нерастворимого сульфида олова. По этим причинам в большинстве случаев жесть покрывают защитным

лаком.

При наличии свинцового припоя упакованный продукт может воздействовать и на него:

высокощелочные продукты могут даже растворить свинец с разгерметизацией бокового шва. Некоторые

органические вещества также взаимодействуют с ним, что приводит к почернению как шва, так и продукта.

Эти проблемы можно сократить за счет лакирования внутренней поверхности шва, но получить

совершенное покрытие трудно, поэтому в соответствующих случаях вместо свинцового используются

припои с большим содержанием олова.

e) Механизм коррозии

Коррозия — электрохимический процесс, включающий передачу электронов. Если два различных

металла опустить в слабо подкисленную воду, а затем их соединить, возникнет электрический ток, как при

работе гальванического элемента. В зависимости от растворимости металла устанавливается та или иная

разность потенциалов между поверхностью металла и раствором. При этом один из металлов является

анодом, а другой — катодом.

Кислород является одним из важных факторов, определяющих электрохимическое поведение олова.

В норме, содержание кислорода в продукте, находящемся в жестяной банке, весьма мало, и в этих условиях

олово является анодом, а сталь — катодом. Это благоприятная ситуация. Поскольку именно анод может

подвергаться окислению. Однако при увеличении концентрации кислорода олово становится катодом, а

сталь — анодом, и при этих условиях развивается быстрая коррозия стали, (см. рис. 3.3). При этом на катоде

(Sn) образуется водород (вспучивание банки):

а на аноде (Fe) железо отдает электроны и превращается в ионы:

Реакции продолжаются до тех пор, пока оба металла находятся в контакте с жидкостью

(электролитом). В Бельгии деформированные и поврежденные консервные банки удаляются из обращения в

соответствии с Королевским Указом от 15.03.82.

Химическое или электрохимическое растворение таких металлов, как олово, существенно

тормозится при покрытии поверхности металла слоем лака перед формованием банки. Вероятность

совпадения пор в лаке с отверстиями в слое олова мала.

Конечно, отмеченные выше реакции не ограничиваются сферой металлической упаковки: на кухне

мы также используем посуду и приборы, сделанные из различных металлов или сплавов.

Электрохимические реакции всегда протекают при контакте двух металлов в водной среде; например,

алюминиевая фольга будет корродировать, если ею обернуть серебряное блюдо, содержащее влажный

пищевой продукт, такой как вареный картофель. Различные металлы корродируют и при мойке посуды, в

результате чего на их поверхности появляются характерные, слегка окрашенные пятна.

Рис. 3.3. Аналогия прокорродировавшей жести с гальванической ячейкой, сделанной из олова и железа

Образование (при приготовлении пищи и хранении продуктов) нежелательных ионов металлов

можно, таким образом, ограничить, если исключить контакт разнородных металлов (сравни гл. VI и табл.

2.3).

Таким образом, металлическая упаковка чрезвычайно удобна для хранения и транспортировки

многих товаров, поскольку современная технология ее изготовления может обеспечить защиту от коррозии.

4. Бумага и картон

а) Историческое введение

Развитию технологии изготовления бумаги, по-видимому, способствовало стремление человека

записать свои знания для будущих поколений. В XVIII и XIX вв., когда бумагоделательные машины

получили широкое распространение, бумага становится упаковочным материалом, хотя заворачивание

продуктов в тонкие листы было известно с давних времен (например, листья, кора деревьев, металлическая

фольга). Уже в V в до н.э. египтяне производили бумагу, но она вряд ли могла использоваться для упаковки

из-за своей высокой стоимости. Первоначально, бумага и папирус были изобретены для письма на них

взамен пергамента (обработанной кожи животных) и тонкого пергамента (обработанной кожи

новорожденных козлят или ягнят). Папирус ткали из длинных волокон, получавшихся при разбивании

внутренних мягких черенков из нижней части растения папирус. Полости в тканом материале заполнялись

тонким порошком (илом). Затем лист покрывался натуральным воском (связывающий агент) и после

высушивания сматывался в рулон.

В наше время «бумага» — это тонкий гибкий лист, в структуре которого случайным образом

чередуются небольшие волокна, наполнители и связывающие агенты. Если основу структуры папируса

составляли длинные волокна (целлюлозы), то сегодня в бумажном производстве используются более

короткие волокна целлюлозы из древесины и хлопка. Принцип современного бумагоделательного процесса

был открыт в Китае около 105 года до н.э. Его изобретатель Изай Лунь почитался как бог бумагоделателей.

Использовалась влажная пульпа (кашица), приготовлявшаяся из трепленной конопли, пеньки и тонко

измельченной коры тутового дерева. В VIII веке искусство бумагоделания было перенесено китайскими

военнопленными в арабские страны и в XII веке через Испанию и Италию пришло в Северную Европу. В

1390 году в Нюрнберге была открыта первая бумагоделательная фабрика. Бумажная пульпа

приготавливалась в больших деревянных бочках с тонкой проволочной сеткой на дне. Отжатое и

высушенное на сетке содержимое образовывало бумажный лист.

Проявившееся в XVI в. устойчивое стремление к более быстрому и широкому культурному обмену,

а также открытое ранее (Гутенберг, 1440 г.) искусство книгопечатания способствовали развитию

автоматизированных бумагоделательных машин, которые наносили бумажную пульпу на высокоскоростные

сита (см. рис. 3.4). Это было изобретением Николая Робэра (1787 год), которое позднее усовершенствовал

англичанин Брайен Доккин. В 1807 году два лондонских торговца канцелярскими принадлежностями по

имени Фурдринье взяли патент на изобретение бумагоделательной машины. Коммерческие дела их шли

плохо, и в конце концов они разорились, но использовавшемуся типу машины было дано их имя.

Современная машина типа Фурдринье имеет восемь основных частей, четыре из которых относятся к тому,

что называется «мокрым концом», и четыре — к «сухому концу».

В дальнейшем развитии бумажной промышленности в XIX-XX столетиях и в проектировании

современных высокоскоростных машин, способных производить 1150 тонн в сутки, мы все еще находим

основной принцип, разработанный китайцами и древними египтянами. Разбавленная суспензия бумажных

волокон наносится на быстро движущееся тонкое проволочное сито, через которое осуществляется дренаж

воды, которому способствуют роллеры и система вакуумирования под ситом. После того, как слой

бумажной массы станет достаточно прочным, он направляется в сушильную секцию. На этой стадии в нем

содержится приблизительно 75...80% воды, и он проходит через прессы и каландры, которые обеспечивают

обезвоживание до приемлемого уровня. Влагосодержание бумаги на выходе из машины обычно лежит в

пределах от 6 до 8%.

Рис. 3.4. Схема изготовления бумаги

b) Влияние производства бумаги на окружающую среду. Сырье и ресурсы

Древесина — основной вид сырья для изготовления целлюлозных волокон (пульпы), которые

используются при изготовлении бумаги. В отличие от некоторых других видов сырья для упаковки,

древесина является естественно возобновляемым материалом (рис. 2.1).

Примерно одна треть поверхности Земли покрыта лесами (т.е. 4,1 млрд. га из 13.4 млрд. га); от 30 до

40% этих лесов дают лесоматериалы для тех или иных целей. Половина их используется в качестве топлива.

Разумное ведение лесного хозяйства и лесовосстановление способны поддержать необходимые лесные

запасы. Около 28% добываемой древесины используется в упаковке для изготовления деревянных ящиков,

контейнеров, бумаги и картона [72]. В 1979 году мировое производство бумаги и картона составило 173,8

млрд. тонн, из которых 73,2 млрд. тонн были использованы для упаковки (42%). В Бельгии в 1982 году было

израсходовано 1,42 млн. тонн бумаги и картона; часть этого количества была импортирована, другая часть

произведена в стране. Суммарно на упаковку использовано 611000 тонн (43%); из них:

81776 тонн — на картонные коробки и ящики (13,4%);

276132 тонны — на коробки и ящики из гофрокартона (45,2%);

77754 тонны — на крафт-мешки (12,7%);

33620 тонн — на другие виды картонной упаковки (5,5%);

78258 тонн — на упаковку в бумагу (12,8%);

10974 тонны — на бумагу, ламинированную Аl-фольгой (1,3%);

52500 тонн — на бумагу, покрытую пластмассами (8,6%).

Другими видами сырья, содержащими целлюлозу, являются кора тутового дерева, хлопок, солома,

трава альфа, лен, бамбук, жом сахарного тростника и отходы бумаги; все они, в основном, используются для

изготовления низкосортных упаковочных бумаг и картона, хотя некоторые из них применяются и в

производстве бумаги для печати и письма.

Процессы приготовления пульпы

Приготовление пульпы из подходящей жесткой древесины или мягкой древесины хвойных деревьев

может быть осуществлено механическим методом, химическим методом или их сочетанием. Все пульпы

можно использовать как отбеленными, так и неотбеленными. «Механическую пульпу» производят, отобрав

бревна мягкой древесины, в основном, сосны, и ободрав кору, путем истирания на вращающихся точилах с

большим избытком воды.

Эта механическая пульпа представляет собой взвесь древесных волокон в воде (бумажная пульпа);

это главное сырье для газетной бумаги.

Кроме целлюлозы (50% от веса древесины) в ней содержится также лигнин (30% от веса

древесины). Этот натуральный связывающий агент является причиной пожелтения газетной бумаги под

действием света и кислорода.

«Химическую пульпу» изготовляют из древесины, которую предварительно измельчают и затем

подвергают воздействию химических веществ при высокой температуре. Компоненты, кроме целлюлозы (в

основном, лигнин), при этом растворяются. В сульфитном процессе деревянные щепки обрабатываются

гидросульфитом кальция, при этом сохраняется белизна целлюлозы. В сульфатном процессе применяется

водный раствор гидроксида натрия (а также гидроксида кальция и других щелочей). Этот метод дает

пульпу, окрашенную в коричневый цвет, и ее обесцвечивание требует отбеливания.

В смешанном или полухимическом процессе древесные щепки, обычно из бука или березы,

обрабатываются как химическими веществами, так и путем механического истирания. «Полухимические

пульпы», как правило, используются при изготовлении ячеистой среды для гофрокартона.

Следующей стадией процесса является разбивание пульпы с целью увеличения способности к

связыванию волокон. При этом происходит расщепление волокон целлюлозы по их длине на массу тонких

фибрилл, которые обеспечивают эффективное сцепление волокон. Этот процесс называется «фибрилляция».

Чем выше достигнутая степень фибрилляции, тем прочнее бумага. Различные пульпы отличаются по своей

реакции на эту обработку: волокна мягкой древесины разбиваются гораздо лучше, чем волокна жесткой

древесины или соломы. Поэтому из мягкой древесины получается более прочная бумага. При разбивании

также расчленяются узлы и комки на отдельные волокна. Искусство разбивания пульпы заключается в

достижении максимальной фибрилляции при минимальном измельчении волокон; это обеспечивает

желаемые свойства окончательного продукта.

На этой стадии — в зависимости от желаемого качества бумаги — в пульпу могут быть добавлены:

утилизированная (не исписанная чернилами и, при необходимости, предварительно обработанная) бумага,

наполнители (основными из которых являются глинозем, диоксид титана, сульфат бария (бланфикс), мел и

тальк) и связующие (клей, воск). Образовавшаяся хорошо перемешанная разбавленная суспензия волокон в

воде затем вытекает через щель на широкую ленту конвейера из очень мелкой сетки, движущуюся с

высокой скоростью (до 60 км/час). Под действием низкого давления под сеткой вода отсасывается из

пульпы, в то время как волокна с наполнителями и связующими остаются на сетке. В результате образуется

влажное, но компактное полотно, которое затем прессуется, сушится и глазируется, проходя ряд каландров

в сушильной секции машины. В конце процесса бумага технически скручивается в рулон. На современном

оборудовании получаются рулоны шириной до 8 метров, они затем разрезаются до рулонов желаемых

размеров или на листы для производства упаковки.

Сегодня бумажные пакеты изготавливаются на полностью автоматизированных установках: с

помощью компьютерных устройств осуществляется дистанционное управление последовательными

операциями: разрезки, фальцовки, формования, наполнения и запечатывания, обеспечивая должное

постоянство веса и качества.

Типичный состав бумаг для газет и журналов можно представить следующим образом:

Материал Газеты(%) Журналы (%)

Древесная пульпа (+ бу-

мажный утиль)

70 52

Химическая пульпа 17 17

Наполнители и связую-

щие

5 25

Вода 8 6

Для приготовления бумаг, предназначенных для упаковки пищевых продуктов, механические

пульпы не используются, а применяются более очищенные материалы, такие как сульфитная и сульфатная

пульпы.

При изготовлении картона на конвейер откладывается несколько слоев пульпы до достижения

требуемой толщины. Методы обработки волокон при этом остаются в сущности теми же, что и при

изготовлении бумаги. Однако после формирования полотна методы удаления воды, прессования и сушки,

оставаясь принципиально сходными, могут различаться в деталях в зависимости от используемого способа.

Гофрированные бумага и картон отличаются от обычных бумаги и картона в следующем отношении:

гофрокартон состоит из двух параллельных полотен (облицовок), склеенных с ячеистым или

гофрированным полотном между ними. Материалы для этих слоев могут различаться по плотности и типу

бумаги или картона, различной может быть и конфигурация ячеистой среды. Использование этого типа

структуры существенно повышает жесткость и изолирующую способность конечного продукта.

Регенерация и утилизация бумаги

Поскольку основным компонентом бумаги и картона являются волокна, использованную бумагу

или бумажный утиль можно подвергнуть Повторной переработке (рециклу). Отходы свежей чистой

незапечатанной бумаги, образующиеся в производстве бумаги, могут быть непосредственно добавлены в

пульпу. Однако запечатанная бумага (газетная, журнальная) должна сначала пройти предварительную

обработку для удаления печатной краски и элементов переплета и брошюровки: пластиков колец, скрепок и

т.д. В отличие от стекла, бумагу и картон нельзя подвергать рециклу произвольное число раз: волокна

целлюлозы разрушаются при использовании, в производственных процессах и при удалении краски;

укороченные волокна настолько уменьшаются в длине, что проходят сквозь сетку. Для поддержания

качества бумаги или картона, особенно их цвета и прочностных свойств, приходится ограничивать

количество бумажного утиля, добавляемого в пульпу.

Количество регенерированной из вторсырья бумаги в бумажно-картонном производстве Бельгии

достигло 18% в 1977 году. Это небольшое количество (среднее значение для стран ЕЭС составляет 30%, а в

Нидерландах достигает 53,8%) объясняется тем, что в Бельгии примерно 68% собранных бумажных отходов

(243000 из 377000 тонн) были отправлены на экспорт. Через пять лет соотношение между долями бумажной

продукции, полученной с использованием утиля в Бельгии и странах ЕЭС изменилось:

Материалы, полученные

с использованием утиля

ЕЭС (%) Бельгия (%)

Бумага для печати

Гофрокартон

Бумага для упаковки

Картон

Другие

Бумага, получаемая только из одного утиля (100% рецикл), — серая: дальнейшее отбеливание

разрушило бы структуру волокон и, следовательно, ухудшило бы качество бумаги.

Это краткое описание технологии изготовления бумаги показывает, что ущерб окружающей среде

может быть нанесен в ходе процессов приготовления пульпы: в добавление к химическим реагентам,

вредным для окружающей среды (щелочам, соединениям серы), промстоки бумажного производства

содержат все компоненты древесины, кроме целлюлозы, я также их производные. Кислотный (сульфитные

пульпы) или щелочной (сульфатные пульпы) характер растворов с высокой концентрацией органических

веществ означает, что непосредственный сброс этих стоков в реки и т.д. привел бы к серьезному

загрязнению. Эти стоки могут также содержать другие загрязняющие компоненты: в основном, небольшие

целлюлозные волокна, наполнители и смолы, частично проникающие через сетку. Ущерб, наносимый

промстоками бумажного производства, в сильной степени зависит от используемого сырья, способа

приготовления (химического или механического) пульпы и т.д. Отсюда состав стоков может существенно

изменяться, как это следует из табл. 3.4.

Состав промстоков бумажного производства до их очистки

Таблица 3.4

Показатель Концентрация (мг/л) до

обработки

ПДК для сбросов

(мг/л)

Твердые компоненты

ХПК

БПК

100... 900

50...400

150... 1300

360

Основные технологические данные, относящиеся к производству 1 тонны неотбеленной крафт-

бумаги

Таблица 3.5

Сырье Вентвыбросы в атмосферу

Древесные щепки 1120кг

Вспомогатель-

ные материалы

Сульфат натрия 73,2 кг

Окись кальция 11,3кг

Связующие 10кг

Вода±100 тонн

Пар 10,3 тонны

Энергия

Топливо 54кг

Электричество 354 кВт.ч

Диоксид серы 18,13кг

Сероводород 13,1 кг

Меркаптаны З кг

Твердые частицы 80 кг

Загрязнение воды

Оксид кальция 7кг*

Карбонат натрия 1,59кг

Гидроксид натрия Зкг

Сульфид натрия 1,15 кг

Твердые частицы 38,4 кг

* В воде СаО превращается в гидроксид Са(ОН)

Таким образом, промстоки должны обрабатываться для их очистки в соответствии с требованиями к

выбросам.

В табл. 3.5 приведены основные технологические данные, относящиеся к производству 1 тонны

крафтбумаги (сульфатный процесс) [15]. Следует обратить внимание на большое количество используемой

воды, которое примерно в 100 раз превышает вес древесной щепы. Как уже отмечалось, состав водных

загрязнителей зависит от способа химической обработки древесины. Установки для очистки бумажного

утиля от краски обычно используют детергенты: они реагируют с краской с образованием пены, которую

можно удалить. Получающийся красочный концентрат токсичен и подлежит обработке. Загрязнение

атмосферы, в основном, связано с энергообеспечением (сжиганием топлива).

Загрязнение окружающей среды в бумажной промышленности существенно сократилось за

последние 30...50лет благодаря ряду мер и раз личным стандартам, введенным органами власти. В Швеции,

например загрязняющие выбросы сократились почти в четыре раза с 1970 по 1980 год и еще более

уменьшены с тех пор. Приведенные данные показывают, что бумажная промышленность без должной

очистки промстоков и вентвыбросов может нанести огромный ущерб окружающей среде.

с) Потребительские характеристики бумаги и картона

Качество бумаги и картона характеризуется плотностью — массой на единицу площади

поверхности. Табл. 3.6 и 3.7 дают характеристики потребительских свойств различных видов бумаги и

картона для упаковки в зависимости от их плотности. Для уменьшения веса картонных коробок и

улучшения их прочности, изоляционных и ударопоглощающих характеристик, которыми должны обладать

транспортные упаковки, их изготавливают из гафрокартона. Этот тип картона (см. рис. 3.5) имеет строение

«сэндвича», внутри которого находится ячеистый слой; два или три таких «сэндвича» (одинаковых или,

обычно, различных) могут быть соединены послойно (рис. 3.5).

Гофрированный картон для многих целей можно использовать вместо дерева. На рис. 3.5

приведены параметры ячеистой структуры различных типов гофрокартона. Расстояние между двумя

ячейками (пустотами) называется длиной волны; «высота волны» определяет толщину картона.

Производство гофрокартона и коробок из него началось с конца XIX века и быстро увеличилось в начале

XX века. Одобрение работниками железнодорожного транспорта замены для многих товаров деревянной

тары на упаковку из гофракартона, имело ключевое значение для развития этого производства.

Облицовочные полотна делаются из крафтбумаги или картона, покрытого слоем крафтбумаги, а гофрослой

обычно изготавливается из буковой или березовой пульпы или иногда из соломы и других материалов.

Гофры или ячеистая структура сообщают гофрокартону прочностные и демпферные свойства. Таблица на

рис. 3.5 показывает свойства различных ячеистых структур. Вообще говоря, С- и В-структуры наиболее

часто встречаются, но каждый из типов обладает своими особыми свойствами: В-структура труднее

разрушается, легче складывается и имеет более мощные бороздки, чем С-структура. С-структура имеет

свойства, лежащие между типами А и В, что дает хороший компромисс, а тип Е — это специальная марка,

обычно применяемая, когда требуется особо качественная печать на гофрокартоне.

Рис. 3.5. Различные виды гофрокартона и их характеристики [по данным проф. Пэйна]

Ячеистая структура Число ячеек

на 1 м

λ, -мм h, мм Минимальная

разрушающая на-

грузка на

плоскость, Н/м

А (грубая)

В (тонкая)

С (средняя)

Е (очень тонкая)

104-125

150-184

120-145

275-310

9,6-8

6,7-5,4

8,3-6,9

3,6-3,2

4,5-4,7

2,1-2,9

3,5-3,7

1,15-1,65

140

180

165

485

Основные типы бумаги для упаковки [220] (MD — машинное направление, CD —

перпендикулярное направление)

Таблица 3.6

Основной

материал

Метод произ-

водства

Плот-

ность,

г/м

Прочность на

разрыв кН/м

Потребительские свойства

Крафтбумаги Сульфатный

способ

MD:

70.. .300

2,4.. .11,3 Сверхпрочная бумага,

отбеленная натуральная

или окрашенная;

используется для мешков,

пакетов и облицовки

гофрокартона; отбеленные

разновидности

применяются для упаковки

пищевых продуктов, когда

требуется повышенная

прочность.

Сульфатные

бумаги

Обычно

отбеливаютс

я и

изготавлива

ются из

смеси пульп

из легкой и

35. ..300 Изменяется в

широких

пределах

Чистая блестящая бумага,

обладающая прекрасными

печатными свойствами;

используется для

небольших мешков,

свертков конвертов изго-

товления вощеной бумаги,