Барьерные и прочностные свойства мешочной бумаги с покрытием из агар-агара

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Получены образцы мешочной бумаги марки М78 с покрытием из агар-агара (биоразлагаемый полимер, получаемый из бурых и красных водорослей) толщиной 15–70 мкм. Показано, что при нанесении на мешочную бумагу агар-агара из водного раствора происходит формирование сплошного эластичного покрытия, причем часть полимера проникает в объем бумаги, заполняя межволоконное пространство и, возможно, макро- и микропоры самих волокон. При увеличении толщины полимерного покрытия капельная впитываемость материала растет, а затем выходит на некоторое стабильное значение (с учетом ошибки эксперимента). Выяснено, что толщина покрытия из агар-агара 40 мкм достаточна для придания барьерных свойств мешочной бумаге по отношению к действию влаги. При этом капельная впитываемость бумаги с покрытием составляет ~1000 с, а впитываемость при полном погружении – ~40 %. Для оценки механических свойств целлюлозно-бумажных материалов предложен способ определения прочностных свойств полученных образцов, подразумевающий всестороннюю деформацию образцов, позволяющий пренебречь анизотропией. Показано, что тангенциальная жесткость мешочной бумаги с покрытием из агар-агара на 15–20 % выше, чем у исходной бумаги. Разработан механизм данного упрочнения, заключающийся в следующем. При приложении нагрузки на бумажный материал его разрушение происходит за счет как разрыва целлюлозных волокон, так и отделения волокон друг от друга. При недостатке связующего нагрузка от волокна к волокну передается только посредством силы трения. В бумаге, поверхностный слой которой пропитан агар-агаром, нагрузка от волокна к волокну идет через полимер, поэтому деформационно-прочностные свойства повышаются. Природа целлюлозных волокон и агар-агара обусловливает проявление хорошей адгезии между ними. Сделан вывод о том, что мешочная бумага с покрытием из агар-агара экологична, т. к. оба ее компонента являются биоразлагаемыми.

Об авторах

Л. Р Галеева

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: l.musina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9004-4549
ResearcherId: AAE-8448-2019
канд. техн. наук Казань, Россия, 420015

А. А Хадеева

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: khadeeva1999@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-7756-3770
ResearcherId: NBW-6648-2025
аспирант Казань, Россия, 420015

С. Н Якупов

Казанский научный центр РАН

Email: tamas_86@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0047-3679
ResearcherId: R-6951-2016
канд. техн. наук Казань, Россия, 420111

Е. И Байгильдеева

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: baigildeeva_e_i@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9370-7544
ResearcherId: OLR-1648-2025
канд. техн. наук Казань, Россия, 420015

Список литературы

  1. Басырова С.И., Галиханов М.Ф., Галеева Л.Р. Поверхностные свойства модифицированного картона // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 6. С. 233–240. Basirova S.I., Galikhanov M.F., Galeeva L.R. Surface Properties of Modified Cardboard. Lesnoy Zhurnal = Russian Forest Journal, 2019, no. 6, pp. 233–240. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.6.233
  2. Ешбаева У.Ж., Исмаилова Г.И., Нишонов А.М., Абдуалимова Л.З. Свойства бумаги, содержащей проклеивающее вещество полиакриламидa // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. № 7(88). Ч. 2. С. 30–33. Eshbaeva U.Zh., Ismailova G.I., Nishonov A.M., Abdualimova L.Z. Сharacteristic of the Paper, Containing Waste Poliakrilamid. Universum: tekhnicheskie nauki: Electronic Scientific Journal, 2021, no. 7(88), part 2, pp. 30–33. (In Russ.).
  3. Захаров И.В., Захарова Н.Л., Канарский А.В., Окулова Е.О., Казаков Я.В., Дулькин Д.А. Физико-механические свойства картона, обработанного биомодифицированным глютеном // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. № 6. С. 135–144. Zakharov I.V., Zakharova N.L., Kanarskiy A.V., Okulova E.O., Kazakov Ya.V., Dul’kin D.A. Physical and Mechanical Properties of Cardboard Processed by Biomodified Gluten. Lesnoy Zhurnal = Russian Forest Journal, 2017, no. 6, pp. 135–144. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2017.6.135
  4. Иванов С.Н. Технология бумаги: учебное пособие. 4-е изд. М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. 696 с. Ivanov S.N. Paper Technology: Textbook. 4th ed. Moscow, Vologda, Infra-Inzheneriya Publ., 2022. 696 p. (In Russ.).
  5. Муштари Х.М., Галимов К.З. Нелинейная теория упругих оболочек. Казань: Таткнигоиздат, 1957. 431 с. Mushtari Kh.M., Galimov K.Z. Nonlinear Theory of Elastic Shells. Kazan, Tatknigoizdat Publ., 1957. 431 p. (In Russ.).
  6. Назмиева А.И., Галиханов М.Ф., Мусина Л.Р., Нафикова А.Р., Альметова Г.Ф. Влияние пшеничного нативного крахмала и действия коронного разряда на свойства мешочной бумаги // Вестн. Казанск. технол. ун-та. 2015. Т. 18, № 16. С. 151–153. Nazmieva A.I., Galikhanov M.F., Musina L.R., Nafikova A.R., Almetova G.F. The Influence of Wheat Native Starch and Corona Discharge on the Properties of Sack Paper. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta = Herald of Technological University, 2015, vol. 18, no. 16, pp. 151–153. (In Russ.).
  7. Патент RU 2805748 C2. Композиция для создания защитного слоя на поверхности бумаги: № 2021132383: заявл.: 08.11.2021: опубл. 23.10.2023. Бюл. № 30 / В.В. Ригин. Rigin V.V. Composition for Creating a Protective Layer on the Surface of Paper. Patent RU 2805748 C2, 2023. (In Russ.).
  8. Тимошенко А.Б., Никандров А.Б. Эффективные химикаты для удержания и обезвоживания бумажной массы при производстве картона из макулатурного сырья // Современная целлюлозно-бумажная промышленность. Актуальные задачи и перспективные решения: материалы II Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов ЦБП. СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2021. Т. II. С. 71–76. Timoshenko A.B., Nikandrov A.B. Effective Chemicals for Retention and Dehydration of the Pulp in the Production of Cardboard from Waste Paper. Sovremennaya tsellulozno-bumazhnaya promyshlennost’. Aktual’nye zadachi i perspektivnye resheniya = Modern Pulp and Paper Industry. Current Challenges and Promising Solutions: Proceedings of the II International Scientific and Technical Conference of Young Scientists and Pulp and Paper Specialists. St. Peterburg, Higher School of Technology and Energy of the Saint Petersburg Saint Petersburg State Technological University of Plant Polymers, 2021. Iss. II, pp. 71–76. (In Russ.).
  9. Филатов Н.М., Уваров Б.А., Апанович Н.А. Полиэфирные лаки и эмали для защиты тары. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2015. 232 с. Filatov N.M., Uvarov B.A., Apanovich N.A. Polyester Varnishes and Enamels for Container Protection. Moscow, Mendeleev University of Chemical Technology, 2015. 232 p. (In Russ.).
  10. Якупов Н.М., Галимов Н.К., Якупов С.Н. Методика исследования неплоских пленок и мембран сложной структуры // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85, № 2. С. 55–59. Yakupov N.M., Galimov N.K., Yakupov S.N. Methodology of Studying Non-Planar Films and Membranes of Complex Structure. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov = Industrial Laboratory Diagnostics of Materials, 2019, vol. 85, no. 2, pp. 55–59. (In Russ.). https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-2-55-5911.
  11. Basyrova S.I., Galikhanov M.F., Shaymukhametova I.F., Bogdanova S.A. The Influence of the Unipolar Corona Discharge on Surface Energy of Modified Cardboard. AIP Conference Proceedings, 2019, vol. 2174, iss. 1, art. no. 020203. https://doi.org/10.1063/1.5134354
  12. Galikhanov M.F., Galeeva L.R., Nazmieva A.I. Strengthening of Paper Materials under the Action of Unipolar Corona Discharge by Increasing the Level of Interaction between Cellulose Fibers. Fibre Chemistry, 2020, vol. 51, pp. 387–391. https://doi.org/10.1007/s10692-020-10117-6
  13. Kanie O., Ishikawa H., Ohta S., Kitaoka T., Tanaka H. Study on Characteristics of Paper Laminated with Biodegradable Plastics, 1. Burial Test in Soil. Journal of the Faculty of Agriculture, Kyushu University, 2002. vol. 47. no. 1, pp. 89–96. https://doi.org/10.5109/24463
  14. Kanie O., Tanaka H., Mayumi A., Kitaoka T., Wariishi H. Composite Sheets with Biodegradable Polymers and Paper, the Effect of Paper Strengthening Agents on Strength Enhancement, and an Evaluation of Biodegradability. Journal of Applied Polymer Science, 2005, vol. 96, iss. 3, pp. 861–866. https://doi.org/10.1002/app.21523
  15. Rastogi V.K., Samyn P. Bio-Based Coatings for Paper Applications. Coatings, 2015, vol. 5, no. 4, pp. 887–930. https://doi.org/10.3390/coatings5040887
  16. Tanpichai S., Srimarut Y., Woraprayote W., Malila Y. Chitosan Coating for the Preparation of Multilayer Coated Paper for Food-Contact Packaging: Wettability, Mechanical Properties, and Overall Migration. International Journal of Biological Macromolecules, 2022, vol. 213, pp. 534–545. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.05.193
  17. Wang Y., Zhang X., Kan L., Shen F., Ling H., Wang X. All-Biomass-Based Eco-Friendly Waterproof Coating for Paper-Based Green Packaging. Green Chemistry, 2022, iss. 24, pp. 7039–7048. https://doi.org/10.1039/D2GC02265F
  18. Yakupov S.N. Influence of Scratches on the Stiffness Properties of Thin-Walled Elements. Lobachevskii Journal of Mathematics, 2019, vol. 40. рp. 834–839. https://doi.org/10.1134/S1995080219060258
  19. Zhang S., Sun P., Lin X., Wang H., Huang X., Liu H., Xu X. Strong, High Barrier, Water- and Oil-Resistant Cellulose Paper-Based Packaging Material Enabled by Polyvinyl Alcohol-Bentonite Coordination Interactions. International Journal of Biological Macromolecules, 2025, vol. 285, art. no. 138076. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.138076
  20. Zhu R., He Z., Sun C., Jin S., Ma R., Zhang D., Long Z. Fabrication of Recyclable High-Barrier Water- and Oil-Proof Paper by Sodium Alginate/Cellulose Nanofiber/Ethyl Cellulose/Polyvinyl Butyral. Industrial Crops and Products, 2023, vol. 203, art. no. 117084. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.117084

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).