Odporność na zgniatanie donic z masy papierniczej z różnym

PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
W artykule umieszczono wyniki badań wytrzymałości na zgniatanie donic papierowych
o różnym składzie włóknistym oraz różnym
dodatku otrębów żytnich lub pszennych (3%
i 5%). Publikacja stanowi kontynuację badań
nad możliwością zastosowania odpadu młynarskiego w produkcji wybranych wytworów
i przetworów papierniczych. Wcześniejsze
badania wykazały, iż otręby zbożowe zastosowane w odpowiednich proporcjach
(optymalnie 5% w stosunku do s.m.), nie
przyczyniają się do nadmiernego spadku
właściwości wytrzymałościowych badanych
wytworów papierniczych.
Donice papierowe z dodatkiem wymienionego wypełnienia odznaczają się znacznie
lepszą wytrzymałością na zgniatanie od np.:
donic z dodatkiem torfu i są porównywalne
z donicami bez żadnych dodatków.
Słowa kluczowe: masa papiernicza, donice
papierowe, wypełnienie, otręby zbożowe
(żytnie i pszenne), odporność na zgniatanie
Odporność na zgniatanie donic
z masy papierniczej z różnym
dodatkiem wypełnienia
w postaci otrębów zbożowych
Crushing Strength of Pots Manufactured
from Paper Pulp with Different Addition
of Fillers in the Form of Cereal Bran
This article presents results of investigations on the crushing strength
of paper pots containing different quantities of rye and wheat bran
additives (3 and 5%). The presented research project constitutes
a successive stage of on-going studies concerning possibilities of
utilization of mill wastes to manufacture selected paper articles and
products. Earlier experiments revealed that cereal bran, if applied
at appropriate proportions (optimally 5% in relation to dry matter),
did not lead to deterioration of strength properties of the examined
paper products.
Paper pots with the addition of the above-mentioned filler were characterized by better crushing strength properties than, for example,
pots containing peat as an additive or pots without any additives.
Keywords: paper pulp, paper pots, filler, cereal bran (rye and wheat),
crushing strength
Wprowadzenie
Otręby zbożowe nie znajdują obecnie szerokiego zastosowania
jako dodatek do pasz dla zwierząt, gdyż zawierają zbyt mało składników odżywczych (2, 3). Z tego względu narodziła się myśl, żeby
wykorzystać je jako dodatek masowy, do produkcji wytworów
z masy makulaturowej. Z takiego wytworu papierniczego można
by na przykład produkować donice stosowane w ogrodnictwie
i leśnictwie do pojedynczych sadzonek w szkółkach leśnych
(7). Tego rodzaju donice można wsadzać bezpośrednio do ziemi
razem z rośliną, a ponieważ wytworzone byłyby z masy makulaturowej z dodatkiem otrębów zbożowych, to samoistnie ulegałyby
biodegradacji w glebie bez szkody dla środowiska. Zastosowanie
w produkcji wytworów papierniczych makulatury związane jest
z wykorzystaniem surowców odpadowych (8). To samo tyczy
się próby wykorzystania otrębów zbożowych jako wypełniacza.
Znajduje się wtedy zastosowanie nie tylko dla odpadów zbożowych, ale jeszcze zyskuje obniżenie kosztów produkcji.
Dr inż. I. Modzelewska, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Technologii Drewna, Instytut Chemicznej Technologii Drewna,
Zakład Technologii Celulozy i Papieru, ul. Wojska Polskiego 28/32, 60-637
Poznań
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 66 · LUTY 2010
Izabela ModzelewsKA
Przedstawione w publikacji wyniki stanowią fragment badań
wstępnych podjętych w IChTD Uniwersytetu Przyrodniczego
w Poznaniu. Badania opierają się na odpadach młynarskich (otręby żytnie i pszenne) stosowanych jako wypełnienie w produkcji
m.in. papierowych wytłaczanek do jaj, warzyw i owoców oraz
donic papierowych (1, 4-6).
Celem pracy nad zastosowaniem dodatku otrębów zbożowych
jako wypełniacza w produkcji wybranych wytworów oraz przetworów papierniczych było zbadanie, jak wpływa jego dodatek na
właściwości wytrzymałościowe wykonanych z nich donic.
Materiały i metodyka badawcza
Donice o wymiarach: wysokość 5,5 cm, otwór górny 6x6 cm,
podstawa 4x4 cm z masy papierniczej bez i z różnym dodatkiem
wypełniacza w postaci otrębów zbożowych (3% i 5% otrębów
pszennych lub żytnich) wytworzono w warunkach laboratoryj-
Rys. 1. Przykłady donic wykonanych z masy papierniczej o różnym składzie
włóknistym: A – z masy makulaturowej + otręby zbożowe, B – z masy
celulozowej wysokowydajnej niebielonej sosnowej+ otręby zbożowe, C –
donice z obiegu handlowego z dodatkiem torfu
99
PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
Wyniki badań
Na podstawie uzyskanych wyników wytrzymałości
na zgniatanie badanych donic papierowych można
stwierdzić, iż najbardziej wytrzymałe na działanie
siły zgniatającej okazały się donice wykonane:
z masy celulozowej wysokowydajnej bez wypełnienia
[605,5 kPa] oraz z dodatkiem otrębów pszennych
[5% =616,7 kPa]; 3% = 468,2 kPa], następnie
donice wytworzone z masy makulaturowej również
bez dodatków [414,3 kPa] i z dodatkiem 3% otrębów
pszennych [359,2 kPa] (tabela 1, rys. 3). Donice
z dodatkiem torfu były najmniej wytrzymałe na
działanie siły ściskającej, a ponadto po zgnieceniu
ulegały całkowitemu rozpadowi. Natomiast wytłaczanki papierowe z dodatkiem otrębów zbożowych po
wyjęciu z prasy zgniatającej stopniowo odkształcały
się i wracały do wyjściowej postaci.
Donice zawierające odpad młynarski jako wypełnienie, mimo poddania ich sile ściskającej, nie ulegały
zniszczeniu, w związku z czym przeprowadzono
Rys. 2. Schemat i zdjęcia urządzenia laboratoryjnego do produkcji donic/wytłaczanek
kolejny cykl badań poddając próbki wielokrotnemu
z masy papierniczej
zgniataniu, aż do momentu całkowitego zniszczenia donic papierowych.
nych za pomocą specjalistycznej aparatury formującej wytłaczanPrzeprowadzone oznaczenia wykazały, iż dopiero po trzyki (rys. 2). Skład masy papierniczej był następujący: makulatura
krotnym przyłożeniu siły zgniatającej donice wypełniane zamocna (rodzaj D) lub masa celulozowa wysokowydajna niebielona
równo otrębami żytnimi, jak i pszennymi ulegały rozpadowi. We
sosnowa, woda, skrobia, siarczan glinu, wypełnienie (otręby
wszystkich badanych wariantach do całkowitego zniszczenia
żytnie i pszenne).
donic podczas trzeciego zgniatania trzeba było użyć siły o ok.
Oznaczenie wytrzymałości donic na zgniatanie wykonano na
10% mniejszej niż przy pierwszym zgniataniu. Jedynie donice
aparacie Zwick-Roell Z005. Jako wynik oznaczeń przyjęto wartość
wytworzone z czystej masy celulozowej wysokowydajnej ulegały
średnią z 50 pomiarów.
szybszej destrukcji, a siła ściskająca miała wartość o 25% niższą
Badaniu poddano donice papierowe wykonane z następujących
od początkowej (tabela 1, rys. 4).
surowców:
• masa makulaturowa bez dodatków
Tabela 1. Odporność na zgniatanie badanych donic z masy papierniczej
• masa makulaturowa + 3% otrębów żytnich
pm – donice z masy makulaturowej mocnej, rodzaj D, pcelw – donice z masy
celulozowej wysokowydajnej niebielonej sosnowej, ot.ż. – otręby żytnie,
• masa makulaturowa + 5% otrębów żytnich
ot.p. – otręby pszenne
• masa makulaturowa + 3% otrębów pszennych
OdporOdporność na
• masa makulaturowa + 5% otrębów pszennych
ność na zgniatanie po trzySkład masowy badanych donic
zgniatanie krotnym przyłoże• masa celulozowa wysokowydajna niebielona sosnowa bez
[kPa]
niu siły [kPa]
wypełniacza
Pm
387,6
414,3
• masa celulozowa wysokowydajna niebielona sosnowa +3%
Pm3% ot.ż.
298,9
330,5
otrębów żytnich
Pm5% ot.ż.
315,4
357,7
• masa celulozowa wysokowydajna niebielona sosnowa +5%
Pm3% ot.p.
320,0
359,2
Donice wytworzone
Pm5% ot.p.
300,0
otrębów żytnich
339,0
w warunkach
pcel.w.
457,8
605,5
• masa celulozowa wysokowydajna niebielona sosnowa +3%
laboratoryjnych
325,6
pcel.w.3% ot.ż.
369,0
otrębów pszennych
pcel.w.5% ot.ż.
291,4
333,8
• masa celulozowa wysokowydajna niebielona sosnowa +5%
pcel.w.3% ot.p.
423,5
468,2
otrębów pszennych
pcel.w.5% ot.p.
569,8
616,7
• masa makulaturowa z dodatkiem torfu (donice z obiegu
z masy
po pierwszym
Donice z obiegu han- papierniczej
przyłożeniu siły
handlowego powszechnie stosowane w ogrodnictwie, które
290,6
dlowego
z dodatkiem
ściskającej donice
przebadano w celach porównawczych).
torfu
100
ulegały rozpadowi
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 66 · LUTY 2010
PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
Podsumowanie
Porównując wyniki odporności donic na zgniatanie można
stwierdzić, iż dodatek otrębów poprawia plastykę ich struktury,
dzięki czemu nie ulegają one całkowitemu zniszczeniu już przy
pierwszym przyłożeniu siły, tak jak donice z dodatkiem torfu. Duża
zawartość skrobi, która stanowi jeden z podstawowych składników otrębów zbożowych, niewątpliwie sprzyja i w naturalny
sposób wspomaga proces wiązania poszczególnych elementów
masy papierniczej (2-4).
Donice z wypełnieniem w postaci otrębów są znacznie bardziej
wytrzymałe na zgniatanie, dzięki czemu nie będą ulegały tak
częstemu uszkodzeniu w trakcie transportu i są w stanie wytrzymać większą masę wsadu (gleba + sadzonka). Im wyższa
procentowa zawartość wypełnienia pszennego, tym odporność
na zgniatanie jest wyższa.
Wcześniejsze badania wykazały, iż w stosunku do papierów
niewypełnionych tworzywa i przetwory papiernicze z masy
makulaturowej wypełnione odpadem młynarskim nie wykazują
dużego spadku właściwości wytrzymałościowych, a w niektórych przypadkach powodują ich poprawę (1, 5, 6).
Otręby zbożowe mogą znaleźć zastosowanie jako wypełnienie
w produkcji worków i rękawów papierowych stosowanych jako
osłonki w leśnictwie przy zakładaniu szkółek leśnych. Dodatek
otrębów zbożowych nie tylko nie obniża w znaczący sposób
właściwości wytrzymałościowych wymienionych tworzyw,
ale dodatkowo sprzyja ich szybszej biodegradacji. Do tej pory
leśnicy stosowali worki na bazie PCV, które są materiałem nieekologicznym i praktycznie nierozkładalnym (7). Dodatkowym
atutem takiego wytworu papierniczego jest aspekt ekonomiczny.
Otręby zbożowe stanowią bowiem odpad, uzyskany w procesie
mielenia zboża na mąkę. Zastosowanie tych otrębów jako łatwo
dostępnego wypełniacza w produkcji wytworów papierniczych
oraz opakowań z masy makulaturowej obniżyłoby koszty produkcji. Zagospodarowanie odpadów młynarskich jest również
korzystne dla przemysłu młynarskiego, który obecnie ma problem
z wykorzystaniem i przerobieniem tego produktu.
LITERATURA
1. Cofta G., Modzelewska I., Jaszczur A.: „Effect of the addition of biocyd
for speed of degradacion in papers supplemented with rye bran intended
on, by micro fungi”, Annales of Warsaw Agricultural University – SGGW,
Forestry and Wood Technology 63, 133-136 (2008).
2. Gąsiorowski H.: „Pszenica – chemia i technologia”, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne 2004.
Rys. 3. Odporność donic na zgniatanie po jednorazowym przyłożeniu siły
zgniatającej
Rys. 4. Odporność donic na zgniatanie po pierwszym i po trzykrotnym
przyłożeniu siły
3. Gąsiorowski H.: „Żyto – chemia i technologia”, Państwowe Wydawnictwo
Rolnicze i Leśne 1994.
4. Modzelewska I., Adamska K.: Application of cereal bran in production of paper products – initial investigations, Acta Scientarum Polonorum. Leśnictwo
i Drzewnictwo 2, 2, 175-184 (2006).
5. Modzelewska I.: “Selected strength properties of paper products with
the addition of cereal bran”, Annales of Warsaw Agricultural University –
SGGW, Forestry and Wood Technology 59, 2, 87-90 (2006).
6. Modzelewska I., Bartkowiak M.: “Thermogravimetric analysis and determination of combustion heat of rye and wheat bran and paper articles
containing them”, Folia Forestalia Polonica, Wyd. AR Poznań, Seria B 38,
67-76 (2007).
7. „Od sazenic lesnich drevin az k vlakninovemu drivi”, Papir a celuloza 62,
7-8, 250-252 (2007).
8. Przybysz K., Wysocka-Robak A., Przybysz Z.: „Recykling papierniczych
mas włóknistych. Zużycie wytworów papierniczych a pozysk makulatury”,
Przegl. Papiern. 57, 1, 23-27 (2001).
Badania wykonano w ramach projektu badawczego nr N309
008 31/1223, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
Artykuł wpłynął do redakcji 14.04.2009.
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 66 · LUTY 2010
101