Поверхностные свойства модифицированного картона

УДК

676.26

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.6.233

Аннотация

Исследовано влияние модификации картона на комплекс его поверхностных свойств. Поверхностные свойства картона рассчитывали исходя из значений краевого угла смачивания 5 различных жидкостей. Впитываемость образцов определяли методом полного погружения и капельным способом. Оценено влияние обработки картона полилактидным и крахмальным покрытиями на его смачиваемость и впитываемость. Было установлено, что при нанесении биоразлагаемых полимеров на картон происходит изменение свободной поверхностной энергии: обработка полилактидным покрытием уменьшает эту характеристику примерно на 37 %, крахмальным – незначительно увеличивает (около 3 %). При нанесении полилактидного покрытия впитываемость картона при полном погружении снижается в 1,7 раз, при нанесении крахмального покрытия эта характеристика незначительно возрастает (на 6 %). Подобные зависимости отмечены при изучении капельной впитываемости картона: полилактидное покрытие предотвращало впитываемость капли воды, время впитываемости картона при обработке крахмальным покрытием уменьшается. Показана возможность изменения свойств целлюлозно-бумажных материалов с помощью униполярного коронного разряда. Придание электретного состояния целлюлозно-бумажным материалам оценивали по значениям потенциала поверхности, напряженности электростатического поля и эффективной поверхностной плотности электрических зарядов. При обработке постоянным коронным разрядом исходных образцов картона и картона, модифицированного крахмалом или полилактидом, происходит уменьшение поверхностной энергии в среднем на 20...25 %. Это приводит к тому, что впитываемость модифицированного картона при полном погружении становится меньше, чем у исходного картона, а время впитываемости капли воды увеличивается примерно в 1,3 раза.
*Статья подготовлена по материалам V Международной научно-технической конференции «Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов» (11–14 сентября 2019 г., г. Архангельск).

Сведения об авторах

С.И. Басырова, асп.; ORCID: 0000-0001-5409-6704
М.Ф. Галиханов, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: P-2778-2015, ORCID: 0000-0001-5647-1854
Л.Р. Галеева, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAE-8448-2019, ORCID: 0000-0001-9004-4549
Казанский национальный исследовательский технологический университет, ул. Карла Маркса, д. 68, г. Казань, Республика Татарстан, Россия, 420015; e-mail: basyrova.sara@mail.ru, mgalikhanov@yandex.ru

Ключевые слова

картон, биодеградируемые полимеры, композиционные материалы, коронный разряд, смачивание, поверхностная энергия

Для цитирования

Басырова С.И., Галиханов М.Ф., Галеева Л.Р. Поверхностные свойства модифицированного картона // Лесн. журн. 2019. № 6. С. 233–240. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.233

Литература

1. Васильева Н.Г. Биоразлагаемые полимеры // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2013. № 22. С. 156–157. [Vasil’yeva N.G. Biodegradable Polymers. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Herald of Kazan Technological University], 2013, no. 22, pp. 156–157].
2. Губанов Л.Н., Зверева А.Ю., Зверева В.И. Переработка и утилизация отходов упаковочных материалов. Н. Новгород: ННГАСУ, 2015. 121 с. [Gubanov L.N., Zvereva A.Yu., Zvereva V.I. Waste Recycling and Disposal of Packaging Materials. Nizhny Novgorod, NNGASU Publ., 2015. 121 p.].
3. Карпунин И.И., Кузьмич В.В., Балабанова Т.Ф. Классификация биологически разлагаемых полимеров // Наука и техника. 2015. № 5. С. 53–59. [Karpunin I.I., Kuz’mich V.V., Balabanova T.F. Classification of Biodegradable Polymers. Nauka i tekhnika [Science & Technique], 2015, no. 5, pp. 53–59].
4. Мусина Л.Р., Галиханов М.Ф. Влияние электретирования на сорбционные и фильтрующие свойства фильтровальной бумаги // Химия растительного сырья. 2017. № 2. С. 155–161. [Musina L.R., Galikhanov M.F. The Effect of Corona Charging on Sorption and Filtering Properties of the Filter Paper. Khi iya Rastitel’nogo Syr’ya [Chemistry of plant raw material], 2017, no. 2, pp. 155–161]. DOI: 10.14258/jcprm.2017021782
5. Муслимова А.А., Виранева А.П., Йовчева Т.А., Галиханов М.Ф. Изучение электретных свойств короноэлектретов на основе полилактида // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2012. № 10. С. 128–130. [Muslimova A.A., Viraneva A.P., Yovcheva T.A., Galikhanov M.F. Study of Electret Properties of Coronaelectrets Based on Polylactide. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Herald of Kazan Technological University], 2012, no. 10(15), pp. 128–130].
6. Ольхов А.А., Иорданский А.Л., Заиков Г.Е. Биопластики на основе термопластов // Вестн. Волгогр. гос. ун-та. Сер. 10: Инновационная деятельность. 2014. № 3(12). С. 84–92. [Olkhov A.A., Iordanskiy A.L., Zaikov G.E. Bioplastics Based on Thermoplastics. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 10. Innovatsionnaya deyatel’nost’ [Science Journal of Volgograd State University. Technology and innovations], 2014, no. 3(10), pp. 84–92]. DOI: 10.15688/jvolsu10.2014.3.10
7. Старостина И.А., Стоянов О.В. Кислотно-основные взаимодействия и адгезия в металл-полимерных системах. Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2010. 200 с. [Starostina I.A., Stoyanov O.V. Acid-Base Interactions and Adhesion in MetalPolymer Systems. Kazan, KSTU Publ., 2010. 200 p.].
8. Фляте Д.М. Свойства бумаги. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Лесн. пром-сть, 1986. 680 с. [Flyate D.M. Paper Properties. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1986. 680 p.].
9. Frostling H., Hoff A., Jacobsson S., Pfäffli P., Vainiotalo S., Zitting A. Analytical, Occupational and Toxicologic Aspects of the Degradation Products of Polypropylene Plastics. Scandinavian Journal of Work, Environment and Health, 1984, vol. 10(3), pp. 163–169. DOI: 10.5271/sjweh.2347
10. Gencheva E.A., Yovcheva T.A., Marudova M.G., Viraneva A.P., Bodurov I.P., Mekishev G.A., Sainov S.H. Formation and Investigation of Corona Charged Films from Polylactic Acid. AIP Conference Proceedings, 2010, vol. 1203, iss. 1, pp. 495–500. DOI: 10.1063/1.3322494
11. Gilmutdinova A.M., Galikhanov M.F., Nazarov N.G., Guzhova A.A., Khayrullin R.Z., Huziakhmetov R.H., Yovcheva T.A., Viraneva A.P. Increase of Value and Stability of Electret Characteristics of Polylactide by Magnesium Oxide Modification. AIP Conference Proceedings, 2017, vol. 1886, iss. 1, art. 020092. DOI: 10.1063/1.5002989
12. Guzhova A.A., Galikhanov M.F., Gorokhovatsky Yu.A., Temnov D.E., Fomicheva E.E., Karulina E.A., Yovcheva T.A. Improvement of Polylactic Acid Electret Properties by Addition of Fine Barium Titanate. Journal of Electrostatics, 2016, vol. 79, pp. 1–6. DOI: 10.1016/j.elstat.2015.11.002
13. Guzhova A., Yovcheva T., Viraneva A. Study of Polylactic Acid Corona Electrets. Bulgarian Chemical Communications, 2015, vol. 47, special iss. B, pp. 115–120.
14. 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 Agriculture, Kyushu University, 2002, vol. 47, no. 1, pp. 89–96.
15. 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. DOI: 10.1002/app.21523
16. Kestelman V.N., Pinchuk L.S., Goldade V.A. Electrets in Engineering: Fundamentals and Applications. Norwell, Kluwer Academic Publishers, 2000. 281 p. DOI: 10.1007/978-1-4615-4455-5
17. Mayumi A., Kanie O., Wariishi H., Kitaoka T., Tanaka H. Study on Characteristics of Paper Laminated with Biodegradable Plastics, (2): Analytical Characterization on Chemical and Biological Degradation. Journal of the Faculty Agriculture, Kyushu University, 2003, vol. 48, no. 1-2, pp. 85–95.
18. Mayumi A., Kanie O., Wariishi H., Kitaoka T., Tanaka H. Study on Characteristics of Paper Laminated with Biodegradable Plastics, (3): Elemental and Morphological Analyses of Polylactide Deterioration. Journal of the Faculty Agriculture, Kyushu University, 2003, vol. 48, no. 1-2, pp. 87–106.
19. Perepelkina A.A., Galikhanov M.F., Musina L.R. Effect of Unipolar Corona Discharges on Properties of Pulp-and-Paper Materials. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2015, vol. 51, iss. 2, pp. 138–142. DOI: 10.3103/S1068375515020118
20. Sessler G.H., Gerhard-Multhaupt R., Broadhurst M.G., Bauer S. Electrets. In 2 vol. Morgan Hill, CA, Laplacian Press, 1998/1999. 472/360 p.
21. Viraneva A., Yovcheva T., Mekishev G. Pressure Effect on the Polymer Electret Films. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2013, vol. 20, iss. 5, pp. 1882–1886. DOI: 10.1109/TDEI.2013.6633720
22. Vlaeva I., Yovcheva T., Viraneva A., Kitova S., Exner G., Guzhova A., Galikhanov M. Contact Angle Analysis of Corona Treated Polypropylene Films. Journal of Physics: Conference Series, 2012, vol. 398, art. 012054. DOI: 10.1088/1742-6596/398/1/012054
23. Yovcheva T. Corona Charging of Synthetic Polymers. New York, Nova Science Publishers, 2010. 60 p.

Ссылка на английскую версию:

Surface Properties of Modified Cardboard

SURFACE PROPERTIES OF MODIFIED CARDBOARD 

S.I. Basirova, Postgraduate Student; ORCID: 0000-0001-5409-6704 
M.F. Galikhanov, Doctor of Engineering, Prof.; ResearcherID: P-2778-2015, ORCID: 0000-0001-5647-1854 
L.R. Galeeva, Candidate of Engineering; Assoc. Prof.;  ResearcherID: AAE-8448-2019, ORCID: 0000-0001-9004-4549 
Kazan National Research Technological University, ul. Karla Marksa, 68, Kazan, Republic of Tatarstan, 420015, Russian Federation; e-mail: basyrova.sara@mail.ru, mgalikhanov@yandex.ru

The influence of cardboard modification on the complex of its surface properties is studied. The cardboard surface properties were calculated based on the contact angle values of five different liquids. The samples absorbency was determined by the methods of full immersion and drop infusion. The effect of cardboard processing with polylactide and starch coatings on its wetting ability and absorbency was assessed. It was found that free surface energy changes when applying biodegradable polymers to cardboard; it decreases by approximately 37 % when applying polylactide coating, and it slightly increases (by approximately 3 %) when applying starch coating. The absorbency of completely immersed cardboard decreases in approximately 1.7 times when applying polylactide coating; this cardboard characteristic slightly increases (by approximately 6 %) when applying starch coating. Similar dependences were observed in the study of dripping absorbency of cardboard. Polylactide coating prevented the absorption of a drop of water, and the absorption time of the cardboard decreased during processing with starch coating. The changeability of properties of pulp and paper materials with the use of a unipolar corona discharge is shown. Imparting an electretretic state to pulp and paper materials was evaluated by the surface potential values, electrostatic field intensity, and effective surface electric charge density. The surface energy decreases by 20–25 % on average while processing with the permanent corona discharge of the initial samples of cardboard and cardboard modified with starch or polylactide. As a result, the absorbency of the modified cardboard with full immersion grows less than that of the original cardboard, and the absorption time of a drop of water increases in approximately 1.3 times.
For citation: Basirova S.I., Galikhanov M.F., Galeeva L.R. Surface Properties of Modified Cardboard. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 6, pp. 233–240. DOI: 10.17238/ issn0536-1036.2019.6.233
*The article was prepared based on the proceedings of the 5th International Scientific and Technical Conference “The Issues in Mechanics of Pulp-and-Paper Materials” (Arkhangelsk, September 11–14, 2019).

Keywords: cardboard, biodegradable polymers, composite materials, corona discharge, wetting, surface energy.

Поступила 25.07.19 / Received on July 25, 2019