Клейкий выбор

Как известно, для производства гофротары в России традиционно используется кукурузный крахмал. Однако с 1.01.2014 г. был введен новый ГОСТ 31935-2012 «Крахмал пшеничный. Технические условия». И с этого времени крахмал пшеничный начал выпускаться в России в значительных объемах. Раньше других с пшеничным крахмалом высокого качества на рынок вышла компания «Каргилл», а с текущего года пшеничный крахмал высшего сорта начала выпускать отечественная компания «Миранда» (г. Владикавказ), которая работает совместно с компанией «Эгридиент».

В последнее время в связи с изменением конъюнктуры цен и ростом цен на кукурузный крахмал рынку предложена альтернатива – крахмал пшеничный, который представляется более конкурентоспособным и способным снизить затраты производителей гофротары, картона, бумаги.

У российских потребителей крахмала возникают вопросы: чем отличается пшеничный крахмал от кукурузного? И можно ли его использовать взамен кукурузного в различных технологических процессах и конкретно для приготовления крахмального клея для производства гофрокартона?

Ответим на некоторые из вопросов, интересующих отечественных бумажников.

Ниже мы проведем сравнение кукурузного и пшеничного крахмалов по нормативно-технической документации. А также дадим рекомендации по рецептуре клея для производства гофрокартона на основе пшеничного крахмала ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент». 

Для сравнения мы использовали 3 вида высококачественного крахмала:

• крахмал кукурузный высшего сорта по ГОСТ Р 51985-2002 производства ООО «Каргилл»;
• крахмал пшеничный высшего сорта по ГОСТ 31935-2012 производства ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент»;
• крахмал пшеничный высшего сорта по СТО 00365517-001-2009 производства ООО «Каргилл».

Основные показатели крахмалов по технической документации (НД) и данным поставщиков 

Показатели крахмалов по НД и результаты испытаний поставщиков представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что:

• влажность пшеничного крахмала ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» в среднем на 2% ниже, чем пшеничного крахмала ООО «Каргилл», и на 3% ниже, чем кукурузного крахмала. Более низкая влажность крахмала соответственно дает экономию крахмала и выгодна потребителю;
• зольность и содержание протеина (белка) у обоих пшеничных крахмалов на одном уровне;
• у крахмала ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» нормируется патогенная микрофлора, а также показатель содержания плесени, дрожжей КОЕ/г, что говорит об очень высокой чистоте крахмала с точки зрения микробиологии. У других крахмалов в сопроводительных документах данный показатель не нормируется.

В целом можно отметить, что по всем основным  характеристикам пшеничный крахмал превосходит кукурузный, в особенности по содержанию основного вещества и по более низкому содержанию белка, а крахмал ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» еще и нормируется по показателям микробиологии.

Рецептуры клея на основе кукурузного и пшеничного крахмалов

К важнейшим характеристикам любого крахмала относится температура клейстеризации, которая различна у крахмалов различного природного происхождения. В НД она не нормируется, но для гофроклея играет ключевую роль. Так, известно, что температура клейстеризации кукурузного крахмала составляет 70–72°С, а пшеничного – 56–60°С. И этой температурой, как мы увидим ниже, можно управлять в рецептурах крахмального клея для производства гофрокартона. По сути температура клейстеризации клея означает температуру схватывания клеевого шва гофрокартона на гофроагрегате.   
Если сравнивать рекомендуемые рецептуры клея для гофрокартона на основе кукурузного и пшеничного крахмалов и говорить самую суть, то рецептура клея на основе пшеничного крахмала принципиально отличается от кукурузного по одному компоненту – расходу щелочи NaOH. Как известно, NaOH является важнейшим компонентом клея и в типичной рецептуре клея типа Stein Hall и выполняет в основном 2 функции. На первой стадии позволяет заварить первую порцию крахмала и получить вязкий носитель, а общая концентрация NaOH в готовом клее напрямую влияет на температуру клейстеризации крахмала – то есть на температуру схватывания клеевого шва. 

Выше приводится очень важный практический график. На рисунке 1 показано, как влияет концентрация щелочи NaOH на температуру клейстеризации 20%-ной суспензии крахмала, моделирующей клей для гофрокартона. 

Из графиков (риc. 1) видно, что для типичной рецептуры для кукурузного крахмала, где концентрация NaOH  составляет около 5 г/л, температура клейстеризации составляет 60°С – и это считается оптимальной температурой для клея на кукурузном крахмале. Для пшеничного крахмала при той же концентрации NaOH в 5 г/л температура клейстеризации будет 49–52°С – это слишком низкая температура клейстеризации клея, так как создает опасность локального заваривания клея в ваннах гофроагрегата. Поэтому добавка NaOH в клей на основе пшеничного крахмала должна быть уменьшена. Нужно отметить, что температура клейстеризации крахмала может меняться в небольших пределах (на 1–2°С) в зависимости от жесткости воды и некоторых добавок в составе клея. Можно также отметить малоизвестный факт, что температура клейстеризации крахмала при низких концентрациях щелочи (до 1,5 г/кг) немного возрастает.

Еще раз можно отметить, что рецептуры клея на основе пшеничного крахмала в основном соответствуют рецептурам клея на основе кукурузного крахмала. Однако в рецептуру клея необходимо вносить небольшие изменения с учетом следующих природных особенностей пшеничного крахмала:

• температура клейстеризации пшеничных крахмалов более низкая и составляет 56–60°С в отличие от кукурузных, где она составляет 70–72°С;
• вязкость у высококачественного пшеничного крахмала обычно выше, чем у кукурузных крахмалов, что связано с природным происхождением. 
• исходя из этих отличий, в состав клея рекомендуется внести следующие изменения:
• количество NaOH (по сухим веществам) в рецептуре клея пшеничного крахмала рекомендуется около 4,0 кг на 1000 кг готового клея, в отличие от кукурузного, где рекомендуется 5,0 кг NaOH на 1000 кг клея; 
• расход буры – тетрабората натрия (Na₂B4O7. 5H₂O) рекомендуется снизить до 2,5 кг на 1000 кг клея, у кукурузного обычно 3,0–3,3 кг. Это связано с более высокой структурной вязкостью пшеничного крахмала;

Ниже приводится рекомендуемая рецептура клея на основе пшеничного крахмала ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент». 

Дополнительные рекомендации по приготовлению клея по рецептуре типа Stein Hall

Если вязкость клея ниже желаемых значений, то ее можно повысить двумя способами:

• увеличить количество первичного крахмала на 0,5–1,0 кг;
• увеличить количество буры на 0,2–0,3 кг.

Если вязкость клея выше заданных значений или значительно возрастает при хранении, то делают следующие шаги:

• проверяют количество щелочи, обычно требуется небольшое увеличение;
• проверяют время перемешивания первичного крахмала со щелочью – оно должно быть не менее 250 с;
• увеличивают время перемешивания готового клея (после добавления буры) на 60–90 с;
• добавляют 4–5 л воды и перемешивают 30 с;
• в следующей варке уменьшают количество первичного крахмала на 0,5–1,0 кг;
• или уменьшают количество буры на 0,2–0,3 кг. Однако сокращать буру ниже, чем 1,9 кг пятиводной или ниже, чем 2,2 кг десятиводной – не рекомендуется. 

Для придания влагопрочности клеевому шву гофрокартона в состав клея после приготовления может быть добавлена влагопрочная добавка, которая повышает прочность клеевого шва гофрокартона во влажном состоянии. Эта добавка, которую обычно подают в количестве 7–10 кг на 1000 кг клея, дополнительно повышает вязкость клея.

Если вязкость клея самопроизвольно падает при длительном хранении, обычно это говорит о микробиологической зараженности оборудования (так как пшеничный крахмал фирмы ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» очень чистый и практически не содержит бактерий). В случае регулярного падения вязкости, а также из профилактических целей оборудование, где готовится крахмальный клей, необходимо регулярно промывать. 

Результаты промышленного использования пшеничного крахмала ООО «Эгридиент»

С апреля 2016 г. пшеничный крахмал ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» был испытан в различных процессах и на многих предприятиях, включая самые крупные предприятия отечественной целлюлозно-бумажной промышленности. 

В гофропроизводстве пшеничный крахмал ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» прошел успешные промышленные испытания на таких крупных предприятиях, как «Л-ПАК» (г. Липецк), «Готэк» (г. Новомосковск) и некоторых других.

В режиме поверхностной проклейки путем энзимной или окислительной модификации успешные промышленные испытания проведены на АО «Каменская БКФ» (г. Кувшиново), ЗАОр «НП НЧ КБК» им. С. П. Титова (г. Набережные Челны). 

Все испытания прошли успешно, при этом в большинстве испытаний отмечена высокая эффективность и преимущество крахмала ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент» перед другими крахмалами со значительным экономическим эффектом.

Благодарность

Компания ООО «Эгридиент» и генеральный директор Д. Л. Понятовский лично выражают благодарность всем предприятиям, технологам и сотрудникам, проявившим высокую квалификацию и  технологическую заинтересованность в ходе испытаний и отработки режимов применения нового отечественного продукта – пшеничного крахмала компании ООО «Миранда» – ООО «Эгридиент».  

Авторы:
Д. Л. Понятовский, генеральный директор ООО «Эгридиент», г. Москва,
А. М. Идиатуллин, директор ООО «Технобум-2», п. Правдинский, Московская обл.,
А. Ю. Борзыкин, технолог по производству гофрокартона, ЗАО «Готэк», г. Новомосковск