包裝材料學(xué)-王建清-紙包裝材料及制品第2章

第二章

包裝紙和紙板

(PackagingPaperandBoard)

第一節(jié)

造紙?jiān)霞埡图埌宓纳a(chǎn)過(guò)程：一、造紙?jiān)系姆N類二、造紙植物纖維原料的生物結(jié)構(gòu)1粗視結(jié)構(gòu)（肉眼辨別）

樹(shù)皮、形成層、木質(zhì)部、樹(shù)芯年輪造紙纖維與細(xì)胞（光學(xué)纖維經(jīng)辨別）

微細(xì)纖維（電子顯微鏡辨別）三、造紙植物纖維的化學(xué)組分纖維素(1)主要性能特點(diǎn)吸水在酸和或堿性條件下發(fā)生水解和降解；易發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)果甙鍵斷裂或未端基氧化剝離(剝皮反應(yīng))羥基中的氫易為其它基團(tuán)取代而硝化(--OONO2)、醚化(-OCOCH3)(2)作用提高紙張強(qiáng)度透明2半纖維素(1)半纖維素的組成與性能

a半纖維素也是一種碳水化合物，與纖維素不同的是：

主要由木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等種基團(tuán)構(gòu)成的支鏈高分子化合物，聚合度約為200b化學(xué)性能更活潑，易水解、降解、氧化(2)作用提高阻隔性能如不透氣、不透光，提高吸收性等

3木素(1)組成：網(wǎng)絡(luò)狀高分子化合物，其化學(xué)成分主要為對(duì)羥苯基、愈瘡木基、紫丁香基。(2)性能：它是一種膠質(zhì)，主要存在于胞間層、初生壁中，起粘合劑作用；與酸、堿易生成水濾物；(3)作用：適量時(shí)可提高紙和紙板挺度。4少量成分松香、膠質(zhì)、脂肪、無(wú)機(jī)物等

5化學(xué)成分在纖維中的分布胞間層主要是木素，S1層----纖維素、木素，S2層----纖維素四、化學(xué)成分在纖維中的分布常用造紙?jiān)系幕瘜W(xué)組成原料纖維素/%半纖維素/%木素/%灰分/%其它/%紅松53.1210.4627.690.428.31落葉松52.5511.2727.440.368.38馬尾松51.8615.0828.420.334.31楊木43.2423.5017.100.3215.84樺木53.4321.223.910.820.64柏木44.1610.6932.440.4112.30稻草39.1222.4511.6613.3913.38麥草40.4025.5622.346.045.66蘆葦50.9722.1519.583.683.62毛竹44.3521.4130.671.102.47棉桿50.2319.2111.003.205.36棉花96.001.0000.202.80結(jié)構(gòu)厚度，μm化學(xué)成分(%)纖維素半纖維素木素MLPS1S2S31～20.03～0.100.10～0.200.50～0.800.07～0.100103555551020253540907040155針葉木纖維細(xì)胞中化學(xué)成分的分布第二節(jié)

制漿工藝一、定義

將造紙?jiān)戏稚閱胃w維的過(guò)程叫制漿(Pulping)，獲

得的產(chǎn)品稱為紙漿（pulp)。二、備料

制漿前把粗長(zhǎng)的木材、禾草切成小塊的料片并去除雜質(zhì)（樹(shù)皮、樹(shù)節(jié)、草根、草葉等）的操作。一般木材要切成長(zhǎng)15-20mm，厚3-5mm,寬不超過(guò)20mm的木片，禾草類為30mm長(zhǎng)的草段。三、制漿

一般的制漿過(guò)程：原料料片制漿化學(xué)法機(jī)械法化學(xué)機(jī)械法紙漿備料化學(xué)法制漿(CP,ChemicalPulping)（1）原理

用化學(xué)藥液蒸煮料片，在高溫下化學(xué)藥劑與料片中的木素反應(yīng)生成水溶物，使纖維分離分散成為漿料。（2）特征這種方法制得的紙漿大致保留了纖維的天然長(zhǎng)度，去除了大部分木素，能用來(lái)生產(chǎn)強(qiáng)度高、柔軟的高檔紙；缺點(diǎn)是得率低，污染大。

得率=紙漿/原料×100%（3）化學(xué)法制漿方法比較種類化學(xué)法藥品成分特征適用原料紙漿用途堿法石灰法Ca(OH)2脫膠、脂強(qiáng)，脫木素差禾草、棉、麻紙板、證券紙、衛(wèi)生紙燒堿法NaOH脫木素強(qiáng)蘆葦、闊葉木文化用紙硫酸鹽法NaOH+Na2S脫木素強(qiáng)，對(duì)纖維破壞小針葉木、竹、蘆葦高檔文化用紙和包裝紙酸法亞硫酸鹽法Na2SO3、MgSO3等脫木素強(qiáng)，對(duì)纖維破壞小所有原料文化用紙(4)化學(xué)法制漿工藝根據(jù)蒸煮過(guò)程分類：間歇式和連續(xù)式蒸煮。以回轉(zhuǎn)式蒸球?yàn)槔?。?）漂白a.白度：白色或接近白色的紙和紙板表面對(duì)藍(lán)光的反射率相對(duì)于藍(lán)光照射標(biāo)準(zhǔn)白板表面時(shí)反射率之比，稱為白度，以%表示。b.漂白方法氧化性漂白：漂白劑：ClO2，NaClO，H2O2，Ｃl2特點(diǎn)：漂白白度高，穩(wěn)定性好，永久漂白，但破壞纖維

素。還原性漂白：

漂白劑：Na2S2O4，ZnS2O4特點(diǎn)：漂白穩(wěn)定性差，短時(shí)漂白，但不破壞纖維素。2機(jī)械法制漿(MP,MechanicalPulping)(1)原理

通過(guò)機(jī)械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用將原料分

散成纖維。(2)特點(diǎn)

得率高，無(wú)污染。因保留了所有成分(雜細(xì)胞、木素)及對(duì)纖維的切斷，使得用這種漿生產(chǎn)的紙強(qiáng)度低、發(fā)脆，漂后發(fā)黃等。(3)生產(chǎn)工藝

通過(guò)鏈?zhǔn)侥ツ緳C(jī)、磨石磨木機(jī)或盤(pán)磨機(jī)磨解原木或木片。

以鏈?zhǔn)侥ツ緳C(jī)為例。它由料箱、送料鏈條、磨石等組成。原木磨木機(jī)篩選本色漿漂白鏈?zhǔn)侥ツ緳C(jī)３化學(xué)機(jī)械法制漿(Semi-chemicalPulping)原理

先將原料用低濃度的化學(xué)藥液在較低溫度下作短時(shí)間蒸煮處理，使原料松弛、松軟，然后用盤(pán)磨機(jī)磨制成漿。(2)特點(diǎn)

得率介于化學(xué)漿和機(jī)械漿之間，只能得到本色漿。第三節(jié)

造紙工藝造紙定義

將制得的紙漿分散開(kāi)來(lái)通過(guò)抄造技術(shù)制得交織均勻的薄片。造紙方法目前以濕法造紙為主。一、打漿與調(diào)料1打漿(Beating)（1）

原理與作用

利用物理機(jī)械方法處理漿料，使纖維經(jīng)擠壓、摩擦、揉搓、剪切等作用，互相分離成單根纖維；并且使纖維脫出ML、P、S1層，分絲帚化，以利于紙頁(yè)成型時(shí)纖維柔軟地互相交織在一起，增加接觸面積，提高機(jī)械纏繞力和化學(xué)結(jié)合力，增強(qiáng)紙張強(qiáng)度與緊度。氫鍵的形成：纖維分散于水中，當(dāng)水在網(wǎng)上大部脫除之后，其間少量殘留水與纖維上的羥基形成水橋；加熱時(shí)水被蒸發(fā)，促使纖維足夠接近(2.55—2.75A)形成氫鍵。b.打漿機(jī)

槽式打漿機(jī)、盤(pán)磨機(jī)、磨漿機(jī)

。2施膠(Sizing)

通過(guò)向紙漿沖加入耐水性膠料或在紙幅表面涂膠，使紙張獲得抗拒液體擴(kuò)散和滲透的能力。a施膠的作用洇水：纖維交織成紙時(shí)形成眾多毛細(xì)孔，毛細(xì)作用產(chǎn)生泅水，結(jié)果紙張吸潮、印刷效果劣。膠料填塞毛細(xì)孔，阻止水分滲入。b施膠方法

以松香膠為例，先將松香加堿和蒸汽熬成膠料，然后加入打漿后的紙漿中，用明礬作用將松香粒子沉淀在纖維上，在干燥高溫下松香熔化堵塞毛細(xì)孔。另外石蠟、瀝青亦可作為施膠劑。3加填(Fill)

向紙漿中加入適當(dāng)?shù)臒o(wú)機(jī)填料，以改善紙頁(yè)的光學(xué)性能(不透明)、印刷性能(表面干滑、均勻、吸墨性好)，降低成本。滑石粉(成分:MgO30.6%,SiO262%,白度96.8%,粒度0.25--5μ)，瓷土(成分:Al2O339%,SiO245%,白度82%,粒度0.5--10μ),

另外還可加：CaCO3，TiO2，BaSO4。*但是，加入填料會(huì)使紙張強(qiáng)度降低，加入量在2—40%。4調(diào)濃及其它處理染色

根據(jù)要求可加入適當(dāng)染料制成希望色澤的紙張?jiān)鰪?qiáng)

加入增強(qiáng)劑(羧甲基纖維素，CMC)、耐磨、抗?jié)駝?脲醛、三聚氰胺樹(shù)脂)等調(diào)濃至0.1—1.5%二、造紙機(jī)(Papermaker)

造紙機(jī)主要有長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)、圓網(wǎng)造紙機(jī)等。1長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)(1)

流漿箱：以穩(wěn)定的流速、均勻地將漿料迸上銅網(wǎng)。(2)成型網(wǎng)部：漿料在網(wǎng)上脫水，形成厚薄均勻的濕紙

幅。

定量(Grammage)、厚度(Thickness)的形成正面(Feltside)反面(Wireside)的形成：紙幅接觸網(wǎng)的一面為反面，由于細(xì)小纖維流失而顯粗糙；正面較平整，從而產(chǎn)生了兩面差?？v向(Machinedirection)、橫向(Crossdirection)的形成：沿紙幅運(yùn)行的方向?yàn)榧埖目v向，另一為橫向。(3)壓榨部：擠壓脫水，增加紙頁(yè)緊度，干度達(dá)30—40%。(4)干燥部：蒸發(fā)水分，干度達(dá)88—96%。

烘缸

直徑達(dá)1.5---6m，表面溫度為70--105℃(5)壓光：提高緊度、平滑度、光澤度及不透氣性(6)整理：卷取、復(fù)卷、裁切、分選、打包等2圓網(wǎng)造紙機(jī)(CylinderMachine)(1)構(gòu)成

由網(wǎng)槽、圓網(wǎng)、毛布、伏輥、壓榨、烘缸等構(gòu)成(2)單圓網(wǎng)造紙機(jī)：主要用于生產(chǎn)薄紙(3)多圓網(wǎng)造紙機(jī)

可用于生產(chǎn)厚紙板多層紙板帶水印的紙和紙板第四節(jié)

紙和紙板的性能及測(cè)試方法一、包裝紙和紙板的種類紙包裝材料包裝紙：牛皮紙、銅版紙、瓦楞原紙、紙袋紙、雞皮紙、食品包裝紙、中性包裝紙等。包裝紙板：白紙板、黃紙板、箱紙板、灰紙板、茶紙板、標(biāo)準(zhǔn)紙板、厚紙板等。加工紙和紙板：羊皮紙、玻璃紙、防銹紙、保鮮紙、防油紙、真空鍍鋁紙、涂布紙板、復(fù)合紙板、鋼紙板、瓦楞紙板、蜂窩紙板。雞皮紙銅版紙牛皮紙二、紙和紙板的商品形式及規(guī)格1、平板紙(1)規(guī)格787*1092mm850*1168mm880*1230mm(2)計(jì)數(shù)1令=500張(英1000)1件(約250Kgf)(3)平版紙的分切

開(kāi)：

對(duì)

四

八

十六

三十二

六十四(5)手工紙的計(jì)量25張/合4(8)合/刀2刀/碼20碼/擔(dān)(50Kgf)；

三尺(1000*550)四尺(1380*690)；

六尺(1800*970)八尺(2480*1240)；A類規(guī)格(mm)B類規(guī)格(mm)A3297*420B4257*364A4210*297B5182*257A5148*210B6128*182

(4)復(fù)印紙規(guī)格（A類規(guī)格B類規(guī)格）2、卷筒紙直徑：φ750—850mm幅寬：B:7878508801092116812301575mmW:250—1000Kgf怎樣計(jì)算紙卷的紙張長(zhǎng)度：

式中G----定量3、卷盤(pán)紙

用于卷煙、容器盒、紙軸、復(fù)合罐等制造，寬度在60—300mm之間。三、包裝紙和紙板的性能外觀性能：塵埃、透明點(diǎn)、斑點(diǎn)、裂口等治??；強(qiáng)度性能：耐破度、撕裂強(qiáng)度、戳穿強(qiáng)度等；物理性能：定量、厚度、水分等；表面性能：平滑度、耐磨性、印刷強(qiáng)度、掉毛；透氣與吸收性能：吸收水、墨；光學(xué)性能：白度、光澤度、透明性；適印性能：印刷適性、拉毛速度、尺寸穩(wěn)定性；衛(wèi)生、化學(xué)性能：衛(wèi)生指標(biāo)、防銹、離子含量、灰分、PH。四、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)試準(zhǔn)備1、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB、GB/T(推薦性標(biāo)準(zhǔn))

部、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：QB、ZB、HB、ZBY2、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ISOTheInternationalOrganizationforStandardization美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ASTMAmericanStandardforTestingMaterial德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DINDeutschIndustricNorm日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISJapaneseIndustrialStandard3、測(cè)試準(zhǔn)備（1）儀器調(diào)試a取樣工具：試樣刀、筆等；b恒溫恒濕控制(23±1℃50±2%RH)。（2）取樣隨機(jī)抽樣卷筒去掉3--5層，取樣后標(biāo)注縱橫向、正反面平板紙從件中間抽取試樣刀（3）縱橫向、正反面判別a縱橫向判別(MD、CD)試條法：兩自由端分開(kāi)時(shí)上縱下橫撕裂法：平滑裂口為縱向，鋸齒狀裂口為橫向浸水干燥法：卷曲軸向?yàn)榭v向測(cè)試法：強(qiáng)度大的方向?yàn)榭v向；伸長(zhǎng)率大的為橫向觀察纖維方向b正反面判別觀察法：網(wǎng)痕、平滑度浸水干燥法：浸水時(shí)卷曲時(shí)內(nèi)弧為正面，干燥時(shí)相反

（4）標(biāo)準(zhǔn)大氣予處理a標(biāo)準(zhǔn)大氣(TestingAtmospheres)23±1℃50±2%RHb處理時(shí)間：4—48h先將試樣置于40攝氏度烘箱中30min,或置于硅膠干燥器內(nèi)24h在標(biāo)準(zhǔn)大氣下處理：紙4—6h,紙板10—48h保持空氣循環(huán)流動(dòng)五、測(cè)試方法1定量(Grammage)

單位面積紙和紙板的質(zhì)量，g/m2表示，或1b/1000ft2=4.8881g/m21b/3000ft2=1.627g/m2(1)試樣與儀器100*100mm取20張,10張為一組

電子分析天平

(2)操作步驟

取樣

分組稱量并記錄(3)計(jì)算G=M/A

式中M--試樣重量,g;A--試樣面積,m22厚度(Thickness)

紙和紙板在兩測(cè)量板間受一定壓力(100kPa)直接測(cè)量的厚度,mm(1)試樣與儀器100*100mm，取20個(gè)試樣

厚度計(jì)(2)操作步驟

取樣

每個(gè)試樣測(cè)五個(gè)點(diǎn)，然后取均值(3)計(jì)算

取平均值，保留三位有效數(shù)字3緊度(Apparentdensity)單位體積紙和紙板的質(zhì)量，g/m3

D=

式中G--定量,g/m2，T--厚度,mm

4水分

(Moisturecontent)紙和紙板在100—105攝氏度下烘干至恒重時(shí)，所減少的重量與試樣原重量之比，%(1)試樣與儀器取試樣50g；

水分測(cè)量?jī)x、恒溫箱(2)操作步驟

記錄初始質(zhì)量W1加熱10分鐘左右氏溫度升高到105oC

，記下質(zhì)量W2計(jì)算水分M=（W1-W2）/W1抗張性能(Tensilepropertics)紙和紙板所能承受的最大拉力，N(1)試樣與儀器15×250mm縱橫向各10條抗張強(qiáng)度儀(拉力機(jī))、取樣刀(2)操作步驟調(diào)整試樣夾距至100mm夾緊試樣啟動(dòng)，至試樣拉斷記錄數(shù)據(jù)(包括試樣伸長(zhǎng)值)(3).計(jì)算①抗張強(qiáng)度(Tensilestrength)紙和紙板橫截面長(zhǎng)度所能承受的最大張力，N/m

②

裂斷長(zhǎng)(Breakinglength)紙和紙板在自身重量作用下斷裂時(shí)的長(zhǎng)度，以m或km表示

③

抗張指數(shù)(TensileIndex)抗張強(qiáng)度除以定量，N·m/gI=S/G式中I--抗張指數(shù),N·m/gS--抗張強(qiáng)度,N/mG--定量,g/m2④伸長(zhǎng)率(Tensilestretch)紙和紙板斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)對(duì)原試樣長(zhǎng)度的比率，%6耐破度(Burst,Burstingstrength)紙和紙板所能承受的均勻增大的最大壓力，KPa(1)試樣與儀器100×100mm正反面各10個(gè)Muller繆倫耐破度儀壓縮機(jī)(夾緊試樣，0.2—0.3Mpa)工作部：氣缸、活塞、膠膜、傳感器顯示器：測(cè)試結(jié)果(