包裝材料學(xué)-王建清-紙包裝材料與制品第2章

第二章

包裝紙和紙板(zhǐbǎn)

(PackagingPaperandBoard)

共六十六頁第一節(jié)

造紙(zàozhǐ)原料共六十六頁紙和紙板(zhǐbǎn)的生產(chǎn)過程：共六十六頁一、造紙原料(yuánliào)的種類共六十六頁二、造紙植物纖維(zhíwùxiānwéi)原料的生物結(jié)構(gòu)1粗視結(jié)構(gòu)（肉眼辨別）

樹皮、形成層、木質(zhì)部、樹芯年輪造紙(zàozhǐ)共六十六頁纖維與細胞（光學(xué)(guāngxué)纖維經(jīng)辨別）

共六十六頁微細(wēixì)纖維（電子顯微鏡辨別）共六十六頁三、造紙(zàozhǐ)植物纖維的化學(xué)組分纖維素共六十六頁(1)主要性能特點(tèdiǎn)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取代而硝化(--OONO2)、醚化(-OCOCH3)(2)作用提高紙張強度透明共六十六頁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(bùtónɡ)的是：

主要由木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等種基團構(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，提高吸收性等共六十六頁

3木素共六十六頁(1)組成：網(wǎng)絡(luò)狀高分子化合物，其化學(xué)成分主要為對羥苯基、愈瘡木基、紫丁香基。(2)性能：它是一種(yīzhǒnɡ)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：適量時可提高紙和紙板挺度。共六十六頁4少量成分松香、膠質(zhì)、脂肪、無機物等

5化學(xué)成分在纖維中的分布(fēnbù)胞間層主要是木素，S1層----纖維素、木素，S2層----纖維素共六十六頁四、化學(xué)成分在纖維中的分布常用造紙(zàozhǐ)原料的化學(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共六十六頁結(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(zhēnyè)木纖維細胞中化學(xué)成分的分布共六十六頁第二節(jié)

制漿工藝(gōngyì)共六十六頁一、定義

將造紙原料分散為單根纖維的過程叫制漿(Pulping)，獲

得的產(chǎn)品稱為紙漿（pulp)。二、備料

制漿前把粗長的木材、禾草(hécǎo)切成小塊的料片并去除雜質(zhì)（樹皮、樹節(jié)、草根、草葉等）的操作。一般木材要切成長15-20mm，厚3-5mm,寬不超過20mm的木片，禾草類為30mm長的草段。共六十六頁三、制漿

一般(yībān)的制漿過程：原料料片制漿化學(xué)法機械法化學(xué)機械法紙漿備料共六十六頁化學(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(tèzhēng)這種方法制得的紙漿大致保留了纖維的天然長度，去除了大部分木素，能用來生產(chǎn)強度高、柔軟的高檔紙；缺點是得率低，污染大。

得率=紙漿/原料×100%共六十六頁（3）化學(xué)(huàxué)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，脫木素差禾草、棉、麻紙板、證券紙、衛(wèi)生紙燒堿法NaOH脫木素強蘆葦、闊葉木文化用紙硫酸鹽法NaOH+Na2S脫木素強，對纖維破壞小針葉木、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，對纖維破壞小所有原料文化用紙共六十六頁(4)化學(xué)法制(fǎzhì)漿工藝根據(jù)蒸煮過程分類：間歇式和連續(xù)式蒸煮。以回轉(zhuǎn)式蒸球為例。共六十六頁（5）漂白a.白度：白色(báisè)或接近白色(báisè)的紙和紙板表面對藍光的反射率相對于藍光照射標準白板表面時反射率之比，稱為白度，以%表示。共六十六頁b.漂白方法氧化(yǎnghuà)性漂白：漂白劑：ClO2，NaClO，H2O2，Ｃl2特點：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：漂白穩(wěn)定性差，短時漂白，但不破壞纖維素。共六十六頁2機械法制漿(MP,MechanicalPulping)(1)原理

通過機械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用將原料分

散成纖維。(2)特點

得率高，無污染。因保留(bǎoliú)了所有成分(雜細胞、木素)及對纖維的切斷，使得用這種漿生產(chǎn)的紙強度低、發(fā)脆，漂后發(fā)黃等。共六十六頁(3)生產(chǎn)工藝

通過鏈式磨木機、磨石磨木機或盤磨機磨解原木(yuánmù)或木片。

以鏈式磨木機為例。它由料箱、送料鏈條、磨石等組成。原木磨木機篩選本色漿漂白共六十六頁鏈式磨木機共六十六頁３化學(xué)(huàxué)機械法制漿(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間蒸煮處理，使原料松弛、松軟，然后用盤磨機磨制成漿。(2)特點

得率介于化學(xué)漿和機械漿之間，只能得到本色漿。共六十六頁第三節(jié)

造紙(zàozhǐ)工藝共六十六頁造紙定義(dìngyì)

將制得的紙漿分散開來通過抄造技術(shù)制得交織均勻的薄片。造紙方法目前(mùqián)以濕法造紙為主。共六十六頁一、打漿與調(diào)料1打漿(Beating)（1）

原理與作用

利用物理(wùlǐ)機械方法處理漿料，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，以利于紙頁成型時纖維柔軟地互相交織在一起，增加接觸面積，提高機械纏繞力和化學(xué)結(jié)合力，增強紙張強度與緊度。共六十六頁氫鍵的形成：纖維分散于水中，當水在網(wǎng)上大部脫除之后，其間少量殘留(cánliú)水與纖維上的羥基形成水橋；加熱時水被蒸發(fā)，促使纖維足夠接近(2.55—2.75A)形成氫鍵。b.打漿機

槽式打漿機、盤磨機、磨漿機

。共六十六頁2施膠(Sizing)

通過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散和滲透的能力。a施膠的作用洇水：纖維交織成紙時形成眾多毛細孔，毛細作用產(chǎn)生泅水，結(jié)果紙張吸潮、印刷(yìnshuā)效果劣。膠料填塞毛細孔，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孔。另外石蠟、瀝青亦可作為施膠劑。共六十六頁3加填(Fill)

向紙漿中加入適當?shù)臒o機填料，以改善紙頁的光學(xué)性能(xìngnéng)(不透明)、印刷性能(表面干滑、均勻、吸墨性好)，降低成本?；?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，加入填料會使紙張強度降低，加入量在2—40%。共六十六頁4調(diào)濃及其它處理染色

根據(jù)要求可加入適當(shìdàng)染料制成希望色澤的紙張增強

加入增強劑(羧甲基纖維素，CMC)、耐磨、抗?jié)駝?脲醛、三聚氰胺樹脂)等調(diào)濃至0.1—1.5%共六十六頁二、造紙機(Papermaker)

造紙機主要(zhǔyào)有長網(wǎng)造紙機、圓網(wǎng)造紙機等。1長網(wǎng)造紙機共六十六頁(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(tuōshuǐ)，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：沿紙幅運行的方向為紙的縱向，另一為橫向。共六十六頁(3)壓榨部：擠壓脫水，增加紙頁緊度，干度達30—40%。(4)干燥部：蒸發(fā)水分，干度達88—96%。

烘缸

直徑達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(cáiqiē)、分選、打包等共六十六頁2圓網(wǎng)造紙機(CylinderMachine)(1)構(gòu)成(gòuchéng)

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：主要用于生產(chǎn)薄紙(3)多圓網(wǎng)造紙機

可用于生產(chǎn)厚紙板多層紙板帶水印的紙和紙板共六十六頁共六十六頁第四節(jié)

紙和紙板(zhǐbǎn)的性能及測試方法共六十六頁一、包裝紙和紙板(zhǐbǎn)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、標準紙板、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。共六十六頁雞皮紙銅版紙牛皮紙共六十六頁二、紙和紙板(zhǐbǎn)的商品形式及規(guī)格1、平板紙(1)規(guī)格787*1092mm850*1168mm880*1230mm(2)計數(shù)1令=500張(英1000)1件(約250Kgf)(3)平版紙的分切

開：

對

四

八

十六

三十二

六十四共六十六頁(5)手工紙的計量(jìliàng)25張/合4(8)合/刀2刀/碼20碼/擔(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(guīgé)（A類規(guī)格(guīgé)B類規(guī)格(guīgé)）共六十六頁2、卷筒紙直徑：φ750—850mm幅寬：B:7878508801092116812301575mmW:250—1000Kgf怎樣計算紙卷的紙張長度(chángdù)：

式中G----定量3、卷盤紙

用于卷煙、容器盒、紙軸、復(fù)合罐等制造，寬度在60—300mm之間。共六十六頁三、包裝紙和紙板的性能外觀性能：塵埃、透明點、斑點、裂口等治??；強度性能：耐破度、撕裂強度、戳穿(cuocuan)強度等；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、防銹、離子含量、灰分、PH。共六十六頁四、測試標準預(yù)測試準備(zhǔnbèi)1、國內(nèi)標準

國家標準：GB、GB/T(推薦性標準)

部、行業(yè)標準：QB、ZB、HB、ZBY2、國際標準國際標準化組織標準ISOTheInternationalOrganizationforStandardization美國材料試驗標準ASTMAmericanStandardforTestingMaterial德國工業(yè)標準DINDeutschIndustricNorm日本工業(yè)標準JISJapaneseIndustrialStandard共六十六頁3、測試準備（1）儀器調(diào)試a取樣工具：試樣刀、筆等；b恒溫(héngwēn)恒濕控制(23±1℃50±2%RH)。（2）取樣隨機抽樣卷筒去掉3--5層，取樣后標注縱橫向、正反面平板紙從件中間抽取試樣(shìyànɡ)刀共六十六頁（3）縱橫向、正反面判別a縱橫向判別(MD、CD)試條法：兩自由端分開時上縱下橫撕裂法：平滑裂口為縱向，鋸齒狀裂口為橫向浸水干燥法：卷曲軸向為縱向測試法：強度(qiángdù)大的方向為縱向；伸長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：浸水時卷曲時內(nèi)弧為正面，干燥時相反

共六十六頁（4）標準大氣予處理a標準大氣(TestingAtmospheres)23±1℃50±2%RHb處理時間：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在標準大氣下處理：紙4—6h,紙板(zhǐbǎn)10—48h保持空氣循環(huán)流動共六十六頁五、測試方法1定量(Grammage)

單位(dānwèi)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)計算G=M/A

式中M--試樣重量,g;A--試樣面積,m2共六十六頁2厚度(Thickness)

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

厚度計(2)操作步驟

取樣

每個試樣測五個點，然后取均值(3)計算

取平均值，保留(bǎoliú)三位有效數(shù)字共六十六頁3緊度(Apparentdensity)單位(dānwèi)體積紙和紙板的質(zhì)量，g/m3

D=

式中G--定量,g/m2，T--厚度,mm

共六十六頁4水分

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

水分測量儀、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計算水分M=（W1-W2）/W1共六十六頁抗張性能(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條抗張強度儀(拉力機)、取樣刀(2)操作步驟調(diào)整試樣夾距至100mm夾緊(jiājǐn)試樣啟動，至試樣拉斷記錄數(shù)據(jù)(包括試樣伸長值)共六十六頁(3).計算①抗張強度(Tensilestrength)紙和紙板(zhǐbǎn)橫截面長度所能承受的最大張力，N/m

共六十六頁②

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

③

抗張指數(shù)(zhǐshù)(TensileIndex)抗張強度除以定量，N·m/gI=S/G式中I--抗張指數(shù),N·m/gS--抗張強度,N/mG--定量,g/m2共六十六頁④伸長率(Tensilestretch)紙和紙板斷裂時的伸長(shēnchánɡ)對原試樣長度的比率，%共六十六頁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(shìyànɡ)與儀器100×100mm正反面各10個Muller繆倫耐破度儀壓縮機(夾緊試樣，0.2—0.3Mpa)工作部：氣缸、活塞、膠膜、傳感器顯示器：測試結(jié)果(2)操作步驟起動壓縮機至規(guī)定壓力--夾緊試樣--測試啟動--記錄數(shù)據(jù)共六十六頁(3)計算(jìsuàn)耐破度共六十六頁7耐折度(Foldingendurance)紙或紙板在一定張力下所能經(jīng)受(jīngshòu)往復(fù)(MIT:135,Schopper:180)雙折次數(shù)，次(1)試樣與儀器15×100mm縱橫向各10個Schopper耐折度儀(2)