Жизненный цикл упаковочных бумажных пакетов

1. Жизненный цикл упаковочных бумажных пакетов 

Процесс производства бумаги

Процесс производства бумажных пакетов

Эксплуатация  бумажных пакетов

    2. Изучение этапов  жизненного цикла 

    Технология  производства бумаги

    Для производства всех сортов бумаги в  качестве исходного материала используется какое-либо древесное волокно. Свойства готовой бумаги зависят от породы используемой древесины, способа обработки  щепы, типа добавляемых химикатов, а также типа оборудования, на котором делается бумага.

    Высококачественная  бумага делается из смеси волокон  лиственных и хвойных пород древесины, с добавлением наполнителя на минеральной основе и различных  химических добавок. Хвойными называются такие породы деревьев как, например сосна, пихта и ель. Волокна хвойных пород характеризуются значительно большей длиной и диаметром в сравнении с волокнами лиственных пород. Такие волокна придают бумаге большую прочность, чем волокна лиственных пород, при этом бумага лучше проходит через прессы и другие процессы обработки, которым ее могут подвергать заказчики. Бумага некоторых типов, например используемая для мешков и пакетов, для увеличения прочности может делаться из 100% хвойного волокна.

    Лиственное  волокно получают из лиственных деревьев (тех, что теряют листву зимой). Примеры лиственных пород деревьев - клен, дуб, осина, тополь и береза. 

    Производство  химической целлюлозы.

    Древесину нужно превратить в щепу, чтобы  обеспечить большую площадь поверхности и подвижность, необходимые для процесса варки. После измельчения, для того чтобы "выдержать" щепу ее в течение нескольких недель хранят в огромных кучах. Благодаря этому уменьшается тенденция смолы из древесины осаждаться в процессе варки, что приводит к появлению смоляных пятен на бумаге.

    После "выдержки" в кучах щепа поступает  на сортировку, где из нее удаляется  мусор и посторонние предметы, и по пневматическому конвейеру  доставляется на целлюлозный завод.

    Существует  два способа химической обработки  целлюлозы, в результате которых получаются два разных вида целлюлозы.

    Сульфатная  целлюлоза. Из самого названия следует, что древесина варится в щелочном растворе (обычно это смесь едкого натра и сульфида натрия). В виде сырья обычно используется ель, сосна  или береза. В процессе производства сульфатной целлюлозы выделяется едкий запах (очевидно, от едкого натра), что является большим недостатком, если речь идет об организации производства вблизи населенного пункта.

    Сульфитная  целлюлоза варится в кислотном  растворе. Активным веществом тут выступают ионы сероводорода и металла. Сырьем обычно бывают ель, сосна или бук.

    По  окончании процесса волокна частично освобождаются от лигнина. Получившаяся целлюлоза затем промывается, обезвоживается и перекачивается по трубе на бумажную фабрику, если она находится рядом, или высушивается, упаковывается и транспортируется ее потребителям.

    Из-за оставшегося лигнина (его содержание после варки может колебаться в пределах 1,5 - 7%) сульфатная целлюлоза  обычно имеет коричневатый цвет, тогда как сульфитная - серо-желтый. После многоступенчатого процесса отбеливания остатки лигнина удаляются, и целлюлоза приобретает белый или слегка сероватый цвет. Раньше в этом процессе использовался хлор - чрезвычайно вредный для окружающей среды химикат. Сегодня большинство целлюлозных фабрик мира перешло на бесхлорные процессы отбеливания целлюлозы (ECF elementary chlorine free - ТС - totally chlorine-free). 

    Древесная масса.

    Этот  сорт целлюлозы производится путем  размола древесины в специальных  жерновах с добавлением воды. После того, как древесина превращается в кашицу (целлюлозу), ее отбеливают и перекачивают в близлежащий бумагоделательный завод или, высушив, продают на рынке. Из-за отсутствия химической стадии удаления лигнина из древесной массы, бумага, изготовленная из нее, быстро желтеет под воздействием ультрафиолетового излучения. Современные технологии позволяют производителям древмассы изменять ее характеристики и качество. Так что во многих случаях, когда такие свойства бумаги, как - прочность, не имеют первостепенного значения, в производстве бумаги используется древмасса.

    Бумага, изготовленная из мягкой древесной  целлюлозы (NBSK), намного прочнее, так  как ее волокна длиннее. Бумаге из твердой лиственной целлюлозы (ВНКР) - менее прочная из-за короткой длины ее волокон. С другой стороны, короткие волокна обеспечивают гладкую, удобную для печати поверхность бумаги.

    Из  древмассы получается большее количество бумаги - около 97%, тогда как продуктивность химической целлюлозы равна 55-60% для  NBSK и 40-50% для ВНКР. Основной недостаток древмассы - то, что ее производство требует больших затрат электричества.

    Бумага  из химической целлюлозы имеет хорошие  показатели прочности. Эти показатели, однако, могут уменьшиться, если производитель, желая добиться большей белизны.

    Бумага  из древмассы имеет меньшую плотность, высокую жесткость, хорошо впитывает краску (при печати и имеет хорошие показатели непрозрачности. Превосходное ранабилити делает эту бумагу идеальной для производства газет и журналов. Недостатком древмассы, как уже говорилось, является высокое содержание в ней лигнина, из-за чего изготовленная из нее бумага со временем желтеет.

    Готовая целлюлоза транспортируется на бумагоделательную  машину, где из нее делают бумагу. Если бумагоделательный завод находится неподалеку, то целлюлоза в водном растворе просто перекачивается по трубе из одного цеха к другому. Ее содержание в таком растворе составляет всего 2-4%.В случае если бумагоделательный завод расположен далеко, целлюлозу высушивают, уменьшая содержание воды в ней 5-10%, упаковывают и отправляют адресату. 

    Напорный  ящик и формующая  часть.

    Напорный  ящик - это первый из основных компонентов  процесса производства бумаги на машине. Напорный ящик - это емкость с  точно контролируемым давлением, предназначенная для получения разведенной суспензии волокон и равномерного распределения волокон по ширине машины для достижения профиля полотна с единым основным весом. Давление в напорном ящике необходимо контролировать для того, чтобы скорость потока суспензии волокна или "струя" была как можно ближе к скорости двигающейся сетки, на которую волокно ложиться. Это соотношение скоростей "струи и сетки" очень важно для расположения (ориентации) волокна, равномерного просвета листа, уменьшения скручиваемости и улучшения других свойств бумаги. 

    Прессовка.

    После того, как несвязанная вода удалена, и полотно уже на 20% состоит  из сухих волокон, оно перемещается на бесконечное, движущееся сукно. Затем  полотно на сукне проходит через  пресс, который выжимает из него еще больше воды. Сукно перемещает влажное бумажное полотно между двумя тяжелыми валами с согласованной нагрузкой, которые сдавливают сукно и полотно. Вода выжимается из полотна и удаляется, впитываясь в сукно. Когда полотно выходит из прессовой части оно уже примерно на 40% состоит из сухого вещества. 

    Сушка.

    Теперь  полотно попадает в главную сушильную  часть машины для удаления оставшейся воды. Здесь полотно по очереди  проходит над и под большими, нагреваемыми паром сушильными цилиндрами, при  этом температура цилиндров последовательно увеличивается, по мере того как бумага движется через машину. Полотно удерживается в соприкосновении с сушильными цилиндрами серией сушильных сукон, которые одновременно увеличивают эффективность сушки и поддерживают полотно, двигающееся через машину. Контроль температуры полотна и интенсивности сушки обеспечивает равномерное высыхание бумаги без образования морщин и других дефектов. 

    Проклейка поверхности.

    Высушенное  до 98%-го содержания сухих веществ  бумажное полотно подается из главной сушильной части на клеильный пресс, где оно проходит между двумя большими покрытыми резиной валами, с которых на него с обеих сторон наносится тонкая пленка крахмала. Стержни с желобками, проходящие по всей ширине валов, точно дозируют количество крахмала, необходимое для создания равномерной тонкой "пленки" на валах, с которых она переносится на обе стороны бумаги. Главное назначение этой крахмальной пленки - покрытие поверхности волокон/наполнителя бумаги для того, чтобы предотвратить выщипывание волокон или частиц наполнителя и засорение печатного, копировального и другого оборудования заказчика. Кроме этого клеильный пресс используется для регулировки окончательного цвета бумажного полотна или для дополнительной обработки его поверхности различными специальными составами. Так как раствор крахмала также содержит воду, полотно, прошедшее через клеильный пресс снова должно пройти через короткую сушильную часть, чтобы вернуть содержание влаги в бумаге к требуемой конечной величине от 4.5 до 5.0%.

    Мелование определяется как покрытие поверхности бумаги слоем каолина, мела, крахмала, латекса и других добавок для улучшения ее печатных и прочностных свойств. У каждого производителя есть своя особая формула вещества, которое он использует для мелования своей бумаги. 

    Каландрирование.

    Покинув последнюю сушильную часть, бумажное полотно проходит через каландр, два отполированных стальных цилиндра с согласованной, очень большой  нагрузкой. Контролируя нагрузку этих цилиндров, мы сдавливаем бумагу, регулируя  ее толщину и придавая гладкость ее поверхности. Гладкость, которую каландр дает бумаге, улучшает ее печатные свойства и фактуру поверхности. К сожалению, обработка на каландре также снижает толщину, жесткость и другие желательные качества бумаги, так что здесь приходится идти на компромисс. После каландра бумажное полотно сканируется компьютером, измеряющим его различные параметры и передающим эту информацию обратно в автоматизированные системы управления напорным ящиком, сушильной секцией, регулировкой основного веса и другие системы контроля, которые непрерывно следят за технологическим процессом и корректируют его режим. Затем бумажное полотно на накате сматывается в большие рулоны или тамбуры и мостовым краном перемещается на продольно-резательные станки. 

    Резка.

    Бумага, вышедшая из бумагоделательной машины, обычно наматывается на большой широкий  вал (jumbo roll),или "тамбур". Тамбур может иметь ширину от 2.5м до 9м. Для более удобной транспортировки, резки и печати тамбуры разрезаются на рулоны установленной ширины. Рулоны могут иметь диаметр 1.6 метра для листорезальной машины, или меньший, в соответствии с заказом покупателя. Фабрики стараются компоновать заказы так, чтобы сумма ширин маленьких рулонов была максимально близка к ширине тамбура. В противном случае, остается так называемый "спутник" нестандартного формата. 

    Отделка.

    Рулоны, нарезанные по заказу покупателя, сразу  отправляются на оберточную машину. Здесь  их заворачивают в два слоя оберточной крафт-бумаги с полиэтиленовым покрытием, которая защищает бумагу от повреждения и проникновения сырости во время хранения. Затем рулоны автоматически транспортируются прямо на склад, где они хранятся до отправки заказчикам.

    Рулоны, предназначенные для листовой бумаги, отправляется в листорезальный цех, где их разрезают на листорезальных машинах. 

    ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА БУМАЖНЫХ ПАКЕТОВ

    При производстве бумажных пакетов используются:

    1. 5-6 секционные печатные машины  А1 и А2 форматов,

    2. промышленный ламинатор,

    3. шелкотрафаретное оборудование,

    4. тигель и др. необходимое оборудование для производства бумажных пакетов.

    Процесс изготовления бумажных пакетов представлен  ниже:

    1. Процесс печати – получение  рисунка нанесением красочного  слоя на запечатываемый материал  с помощью печатных машин. При  производстве бумажных пакетов применяются следующие виды печати:

    полноцветная  печать – осуществляется печать минимум  в 4 красках (CMYK-система), позволяющая  получить цветные оригиналы (например, фотографии).

    печать  трафаретная – при данном способе, краска подается через отверстия в специальной сетке при помощи движущегося ракеля, разгоняющего краску по поверхности. Также позволяет нанести изображения с помощью красок, устойчивых к внешним воздействиям.

    печать  флексографическая – является одной  из разновидностей высокой печати с использованием гибких фотополимерных печатных форм. Для достижения полноцветной печати на полимерных пленках, толстом картоне, в том числе и на гофрокартоне.

    2. Отделка отпечатанной бумаги:

    Ламинирование – процесс придания бумаги или  картона красивого вида и прочности путем припрессовки специальной пленки на печатный лист создавая при этом более надежную защиты от влаги и др. воздействий.

    УФ-лакирование  – данный процесс облагораживает пакет с помощью нанесения  полиграфического лака, ярко выделяя  отдельные элементы изображения на бумажном пакете, при этом придавая блеск и износоустойчивость.

    Тиснение  конгревное – используется процесс  выдавливания отельных участков полиграфического материала для создания рельефного (выпукло-вогнутого) изображения.

    Тиснение фольгой – процесс добавления фольги (мы предлагаем большой выбор, различающихся по краске, интенсивности блеска и др.) к бумаге, картону.

    3. На завершающем этапе применяются  следующие этапы процесса:

    Вырубка – предлагаем вашему вниманию более 40 готовых вырубных штампов, а также возможно изготовление штампов по индивидуальным параметрам.

    Сборка  – Процесс склейки пакетов  небольших форматов с помощью  скотча, а для пакетов больших  форматов, а также пакетов из картона  применяются специальные виды клея; укрепление дна и ручек – для упрочнения используют картонные вкладыши; пробивка дырочек под люверсы, приспособление люверсов.

    Применяемые материалы:

    Если  вам необходимо получить высококачественное полноцветное изображение, то для этого  используется мелованная бумага. Мелованная бумага ламинируется глянцевой или матовой пленкой. Цветная фактурная бумага, новый на рынке материал -«Эфалин» (целлюлозная влагостойкая бумага с тиснением "под лен"). Для отделки используется фольга, УФ-лак. При сборке клей, скотч; веревочки для ручек из синтетического шнура диаметром 4- 5 мм (цвет применяется по выбору Заказчика). Для усиления дна пакета и мест крепления ручек используется клеевые картонные вкладыши. 

    Использование

    Бумажные  пакеты очень широко применяются  в различных отраслях человеческой деятельности.

    Они весьма успешно используются в пищевой  промышленности. В них заворачивают продукты питания: крупы, муку, сахар, и  прочее.

    Еще одна из отраслей применения бумажных пакетов – строительство. В строительстве  чаще используются пакеты из крафт-бумаги, в которые фасуют цемент. Это достаточно удобно и дешево. Крафт-бумага - очень прочный материал, изготовленный из природной целлюлозы. Такие пакеты чаще имеют коричневый цвет, но могут быть и белыми. Удобство в использовании, прочность, и дешевая себестоимость делает эти пакеты весьма популярными в строительстве.

    Зачастую, бумажные пакеты используются как подарочная упаковка, тем более, что в наше время существует много разновидностей VIP пакетов.

    Бумажные  пакеты очень популярны за счет простоты нанесения на них офсетной или шелкографической печати, эмблем компании горячим тиснением. Также преимуществом является относительная дешевизна, что делает их использование особенно популярным среди уважающих себя компаний производителей.

    Основными потребителями и заказчиками бумажных пакетов становятся бредовые марки, которым не нужно заботиться о долговечности и прочности своих упаковок. Это статусный продукт, он показывает уровень сервиса и предназначен для упаковки товара, чтобы донести его из магазина, сверкнув модным логотипом, а потом выбросить. 
 
 

    Утилизация  и вторичное использование

    Бумага - материал естественного происхождения. Он разлагается под действием  атмосферных осадков и других климатических факторов и агрессивных  сред, причем конечным продуктом этого процесса являются практически те же самые вещества, что и при распаде обычной древесины. То есть бумага не загрязняет окружающую среду так, как полиэтиленовые пакеты и другие изделия из полимеров.

    Кроме того, бумага поддается вторичной переработке. Отслуживший свое пакет можно не только выбросить, но и использовать, как макулатуру, для производства новой бумаги или картона.

    Полиграфические предприятия не рассчитывают только на бумагу, полученную после вторичной переработки, поскольку после каждой переработки качество получаемой бумаги заметно ухудшается; можно переработать бумагу не более 5-6 раз, до ее полного истощения.

    Если  компостировать бумажные пакеты, то они  разлагаются в почве где-то за 2 месяца, однако если просто выкинуть бумажный пакет, то на его распад потребуются долгие годы (около 10 лет).

    Пример:

    Возможность вторичной переработки упаковки является для Тетра Пак принципиальным вопросом, и компания активно содействует  разработке новых способов рисайклинга. Тетра Пак помогает внедрению технологий рисайклинга компаниями, которые заинтересованы в переработке, - в первую очередь, за счет большой наработанной базы технологических решений, успешно апробированных во многих странах мира.

    В 2003 году во всем мире было переработано более 16 миллиардов упаковок Тетра Пак, то есть 15,4 процента от всех выпущенных нашими заказчиками на мировой рынок упаковок. В рисайклинге с большим отрывом лидирует Западная Европа – 74,4 процента от общего количества переработанных в мире упаковок Тетра Пак. Для сравнения, доля Северной Америки составляет 4,2 процента. Если говорить об абсолютных цифрах, то в Западной Европе объем рисайклинга картонных упаковок в 2003 году достиг 300 тысяч тонн.

    На  практике процесс переработки в  большинстве случаев выглядит следующим образом: на целлюлозно-бумажном комбинате использованные упаковки загружают в гидроустановку - огромную емкость с водой, которая работает как миксер. В течение короткого времени пакеты расслаиваются. Вода отделяет целлюлозу, которая впоследствии идет на производство бумаги и картона. После отделения целлюлозы остается смесь полиэтилена и алюминия. Из нее можно, в частности, изготовлять различные потребительские изделия: от строительных материалов (панелей, “шифера” и т.д.) до хозяйственных товаров. В сотрудничестве с Тетра Пак за рубежом создана также установка “Плазма”, способная разлагать “полиалюминиевую” смесь непосредственно на чистый алюминий и парафин, который имеет множество применений, в том числе при изготовлении косметики. В принципе, из парафина можно также изготовлять и полиэтилен – так что технологически круг переработки замыкается и в прямом, и в переносном смысле.  

3. Воздействие этапов  жизненного цикла  на ОС

    Производство  целлюлозы всегда было связано с  проблемой значительного загрязнения окружающей среды. До сих пор, несмотря на внедрение новых технологий очистки промышленных отходов, отбеливающие установки целлюлозно-бумажных предприятий остаются основными источниками загрязнения, поступающего в окружающую среду со стоками.

    До  сих пор ведутся поиски возможностей снижения количества выделяемых хлорорганических соединений (ХОС) в самом процессе целлюлозно-бумажного производства. Результаты исследований показали, что, чем выше уровень замещения диоксида хлора и ранней делигнификации, тем выше качество стоков. Однако многие заводы не внедряют эти стадии переработки, что приводит к высоким уровням выбросов ХОС.

    Полное  прекращение выбросов ХОС достигается  внедрением отбеливания без хлора, при этом используются такие вещества, как озон и перекись водорода. Необходимым условием такого отбеливания является целлюлоза с низким уровнем остаточного лигнина, полученная в процессе длительной сульфитной варки или кислородной делигнификации. Использование бесхлорных технологий делает целлюлозно-бумажное производство экономически более выгодным. Кроме того, стоимость установок такого отбеливания ниже стоимости установок отбеливания с использованием диоксида хлора.

    Системы бесхлорного отбеливания образуют менее токсичные отходы, чем системы  отбеливания целлюлозы молекулярным хлором.

    Однако  эффект воздействия на популяции  рыб отходов производства целлюлозы  с отбеливанием и без него были не так давно признаны сравнимыми. Химические вещества, оказывающие этот эффект, не удалялись даже в процессе усовершенствованной вторичной обработки отходов. Этими веществами вероятно являются стиролы и их производные, оказывающие разрушительное воздействие на эндокринную систему живых организмов.

    Признание того, что негативное воздействие  на окружающую среду оказывают в равной степени отходы производства целлюлозы как с отбеливанием, так и без него, привело к появлению концепции бессточного целлюлозно-бумажного производства. Основным препятствием к созданию такого замкнутого цикла оказались сложности с замыканием циклов отбеливания. Хотя с трудностями сталкиваются как в случаях с замыканием систем отбеливания с использованием хлора, так и в случаях с замыканием систем бесхлорного отбеливания, замыкание систем отбеливания с хлором оказалось более дорогостоящим и трудновыполнимым.

    Высокие концентрации хлоридов при кислотном  способе отбеливания являются причиной серьезных проблем с коррозией  и, следовательно, повышения вероятности  взрыва паровых котлов систем утилизации отходов. Кроме того, присутствие  хлорорганических соединений как в фильтратах производственных растворов, так и в сливах из систем очистки, означает, что они не могут быть полностью утилизированы с помощью сжигания, так как при этом образуются продукты неполного сгорания, включая диоксины и фураны. Целлюлозно-бумажные заводы с полностью замкнутым циклом производства, на которых процессы отбеливания ведутся без использования хлора и его производных, функционируют в настоящее время в Канаде.

    В будущем для достижения требуемых  стандартов необходимо повсеместное внедрение целлюлозно-бумажных комбинатов замкнутого цикла. Задача переоборудования заводов, на которых используются системы бесхлорного отбеливания, является более простой, так как не требует удаления хлоридов из производственных растворов. Кроме того, гораздо более перспективно работать с растворами, не требующими для обезвреживания применения технологий сжигания токсичных осадков. Таким образом, повсеместный переход отрасли к системе безхлорного отбеливания гарантирует более быстрое создание безотходного производства.

    Для повсеместного перехода к безотходному целлюлозно-бумажному производству, необходимы следующие условия:

• снижение количества лигнина, поступающего в системы отбеливания;
• процессы отбеливания должны быть основаны на технологиях отбеливания в отсутствии хлора, а процессы химической рециркуляции должны исключить необходимость использования технологий сжигания отходов производства с хлорорганическим компонентом.

    Только  после достижения этих условий целлюлозно-бумажное производство может быть замкнуто в безотходный цикл.

    С точки зрения экологов производство бумажных пакетов, сокращает природные запасы дерева, но если говорить о проблеме утилизации отходов, то становится понятным насколько, изготовление бумажных пакетов  компенсируется сроком их распада в окружающей среде.

    Для качественной бумаги требуется очень  много воды, в процессе использования  она становится грязной и ядовитой по своему составу. Конечно, любую проблему можно решить с помощью оборудования фильтрации и использование той  же воды несколько циклов. А вот тут встает проблема оборудования, поменяли свои станки на новые лишь 40% производителей, остальные предпочитают беззастенчиво загаживать реки и озера.