Аналіз впливу поверхневої обробки на зміну поверхневої вільної енергії та дзета-потенціалу картону для виготовлення одноразового посуду

Анотація

Стаття присвячена аналізу впливу попередньої фізико-хімічної поверхневої обробки картону коагулянтом поліалюмінійгідрохлоридом (AluPAC) на зміну показників крайового кута змочування, вільної поверхневої енергії, дзета-потенціалу та адгезійної взаємодії картонного полотна з поліетиленовим покриттям при виготовленні одноразового посуду. Особливістю експериментальних досліджень було використання водного розчину коагулянтної речовини AluPAC, що традиційно застосовується у водоочисних процесах, але не використовувалася раніше для модифікації целюлозовмісних матеріалів. У дослідженні застосовувалось стандартне картонне полотно, що містить макулатуру та відбілену целюлозу, яке зазвичай використовується для виробництва одноразового посуду. Порівняльний аналіз проводився для чотирьох типів зразків: без нанесення поліетиленового покриття і без попередньої обробки коагулянтом; зразки, вкриті шаром поліетилену без попередньої обробки коагулянтом; зразки, попередньо оброблені коагулянтом без нанесення поліетиленового покриття та зразки, вкриті шаром поліетилену та попередньо оброблені коагулянтом AluPAC.

Для визначення досліджувались величини крайового кута змочування зразків за час до 5 с, використовуючи гоніометр DataPhysics OCA 20 Contact Angle System, Wettability & Surface Energy Analysis (Німеччина), що оснащений камерою з високою роздільною здатністю, розрахунок вільної поверхневої енергії та її складових — дисперсної та полярної проводився за методом Оуенса–Вендта–Рабеля, вимірювання дзета-потенціалу проводилось струминно-потенціальним методом, використовуючи аналізатор Anton Paar SurPASS 3 (Австрія).

Встановлено, що в результаті попередньої фізико-хімічної обробки (модифікації) поверхні картону поліалюмінійгідрохлоридом крайовий кут змочування зменшується у ≈ 1,005-1,1 разів, дисперсна складова вільної поверхневої енергії збільшується до 30 мДж/м², а полярна — до 13 мДж/м², що свідчить про підвищення енергетичної сумісності матеріалів у системі «картон–поліетилен». Одночасно дзета-потенціал знижується у 1,3–1,4 рази (з –11,6 мВ до –7,6 мВ), що вказує на часткову нейтралізацію негативного заряду волокон целюлози та покращення умов для формування гомогенного полімерного шару. Отримані результати доводять, що попередня фізико-хімічна обробка картону коагулянтом AluPAC сприяє підвищенню адгезії, рівномірності та стабільності поліетиленового покриття, а отже, може бути рекомендована до практичного використання у технологічному процесі виготовлення одноразового картонного посуду.