包装印刷造纸原料及对纸性能的影响讲义

第一篇纸包装材料

第一章包装用纸与纸板

1纸包装的发展1852年，美国人弗朗西斯·沃勒发明纸袋机。1871年美国人艾伯特·琼斯制成单面瓦楞纸板，在此基础上不久便出现了瓦楞纸板箱。1879年美国人罗伯特·盖尔发明制造折叠纸盒的模切压痕机，1888年，法国人路易斯·埃伯朗又完成了折叠纸盒的联机生产，使纸盒生产达到了高度的机械化和规范化，大大提高了生产效率和质量。2纸包装材料的发展进入20世纪，随着包装工业、印刷工业和加工纸技术的不断发展，如今以纸和纸板作为基材，进行各种涂布、浸渍、复合加工，制造出具有各种性能的包装用纸和纸容器。目前，纸和纸板在各种包装材料中已成为使用最为广泛，品种最多，用量最大的包装材料，在很多国家中纸包装材料在包装材料中所占比重已近50%。3未来纸和纸板的品种高产值的涂布加工纸（铜版纸、涂布白板纸等）、特种功能纸（如耐水、耐湿、耐高温、耐低压、耐低温的特殊包装纸，高强度低定量的纸及纸板，各种纸包装容器（如多层的重型瓦楞纸，各种纸杯、纸罐、纸袋等）也将有较大的发展。

4纸包装废弃物不会污染环境，易于回收利用。纸容器的原始材料——植物纤维，在自然界可以循环再生，取之不尽，用之不竭。因此，纸包装可以称为绿色包装和可持续发展的包装。纸和纸板包装材料无毒、无味、无污染。1．价格低廉。纸包装材料的特点纸和纸板的原料丰富而广泛，易进行大批量、机械化生产，成品价格低廉。用木材制成纸板箱，每制1吨包装纸板用3-4m3木材，可以代替10一12m3木材制成的木材包装箱，降低二倍的板材消耗。2．优良的机械性能纸箱与其他材料的包装容器相比，抗冲击性强，又隔热、遮光、防尘、防潮，能很好地保护内容物。3．表面适印性能好

4．运输费用低6.再加工性能好纸和纸板易于裁剪、折叠、粘合、钉接，既适于机械化加工和自动化生产，又利于手工生产。通过浸渍、涂布、层合、真空镀膜等方法对原纸进行加工，可以得到的加工纸具有比原纸更好的防潮、隔气、遮光、耐油、保香等保护性能，并可以进行热封合。

5．符合包装卫生要求7.纸包装容器可以回收再生利用纸箱的重量轻，只有木箱包装毛重的15%左右，但是纸箱可折叠，占用空间小，装载和捆扎简便易行，既利于搬运和保管，又可以降低运输费用。5§1.1造纸原料及其对纸性能的影响6一、造纸植物纤维原料的种类

造纸原料的要求：作为造纸原料必须具有抄纸的经济价值，就是说纤维的含量高，提取加工要容易。目前造纸工业所应用的植物纤维原料是根据原料的形态特征、来源和行业习惯来分类的。

1.木材纤维原料

2.非木材纤维原料71.木材纤维原料其树叶多呈针状。以杉、松类树木为主。造纸业最常用的是云杉、冷杉、铁杉、落叶松、马尾松、湿地松、火炬松等。其树叶宽阔。造纸工业使用最多的是阔叶木中材质相对较软的一些材种，如杨木、桦木、枫木、桉木、榉木、槭木、楹木等。（1）针叶材原料(2)阔叶材原料82.非木材纤维原料非木材纤维原料品种繁多，主要是一年生的农业废料、自然生长或人工栽培的禾本科植物。（1）禾本科纤维原料主要有竹类、芦苇、荻、芦竹、甘蔗渣、稻草、麦草等。我国主要以竹、芦苇、获、甘蔗渣及麦草等。（2）韧皮纤维原料包括麻类纤维原料（如红麻、大麻、黄麻、青麻、芒麻、亚麻、罗布麻等）和树皮类（如桑皮、檀皮、雁皮、构皮、棉秆皮等）两类。（3）种毛纤维原料主要是指棉花、棉短绒以及棉质破布等。（4）叶部纤维原料植物的叶子含有大量的纤维，具有造纸价值，如龙须草、香蕉叶、龙舌兰麻（如剑麻、灰叶剑麻、香麻等）以及甘蔗叶等。

9二、植物纤维原料的性能

原材料纤维对纸和纸板性能的影响从纸和纸板的成形机理及性能分析来看，纤维细胞越单一，细胞壁越薄(即壁腔比越小)，纤维越长，越有利于生产出强度较大的纸和纸板，因此针叶木适合于生产纸袋纸、牛皮纸、牛皮箱板纸等强度要求较大的纸或纸板。10二、、植植物物纤纤维维原原料料的的性性能能名称纤维细胞非纤维细胞特点包装应用管胞/细胞木质部（横截面积）管胞长度管胞直径木材纤维针叶木93%以上3~4mm0.03mm木射线管胞、木射线薄壁细胞纤维细胞粗而长；细胞比较单一，杂细胞非常少；纸和纸板强度大。纸袋纸、牛皮纸、牛皮箱板纸阔叶木60%左右1.0mm针叶木的1/2~1/3同上10%易破碎导管约30%纤维细胞细而短；杂细胞非常多；纸和纸板强度较低。表面平滑透明度低强度较低非木材纤维禾本科尖削状1.0~1.5mm10~20μm较多纤维细胞细而短；杂细胞非常多；纸和纸板强度很低。强度要求不高的普通文化纸低档包装纸二次纤维废纸混合纤维，成分复杂强度降低，且处理较复杂。11三、植植物纤纤维原原料的的化学学成分分植物是是由纤纤维素素、半半纤维维素和和木素素三种种主要要组分分构成成，此此外还还含有有单宁宁、果果胶质质、有有机溶溶剂抽抽提物物(包包括树树脂、、脂肪肪、蜡蜡等)及色色素等等少量量组分分。121.纤维维素纤维素是是植物纤纤维原料料最主要要的化学学成分，，也是纸纸浆、纸纸张的主主要化学学成分。。纤维素素含量的的多少是是评价原原料制浆浆造纸价价值的基基本依据据，也是是决定纤纤维特征征的主要要因素。。13纤维素：：（C6H10O5）n，链状结结构。天天然纤维维素是由由许多D-吡喃喃式葡萄萄糖基相相互以1，4-β甙键联接接而成的的多糖。。聚合度n越大，，纤维素素分子链链越长，，纤维素素物质的的强度就就越高。。纤维素大大分子中中的每个个基环上上有三个个烃基（（C2、、C3为为仲醇羟羟基，C4为伯伯醇羟基基）为亲亲水基，，可以发发生氧化化、酯化化、醚化化反应，，分子间间形成氢氢键、吸吸水、润润胀以及及接枝共共聚等。。（1）纤纤维素分分子结构构甙烃基上上的氢原原子容易易转位，，与氧环环的氧结结合，使使环式结结构变为为开链式式结构，，因此第第一碳原原子便变变成醛基基，故甙甙烃基具具有潜在在的还原原性。由于甙烃烃基的存存在，纤纤维素大大分子对对水解作作用的稳稳定性降降低，在在酸性介介质中与与水作用用，可使使甙键断断裂，纤纤维素大大分子降降解。14（2）纤维维素的物理理结构在结晶区，，纤维素大大分子的排排列具有完完全的规则则性，由纤纤维素分子子结合成长长链段，不不易为溶液液或反应剂剂渗透。非结晶区又又称无定形形区，纤维维素分子链链排列的规规则性比较较差，一般般取向大致致与纤维轴轴平行，结结合的较为为松弛。易易于被溶液液渗透，对对水解反应应敏感。结晶区与非非结晶区之之间没有明明显的界限限。纤维素分子子链很长，，一个纤维维素分子链链可穿过几几个结晶区区和无定形形区。15（3）氢键键纤维素大分分子之间以以及分子内内存在大量量的氢键，，氢键的能能量为21-33J/mol，随形成成氢键的原原子间的距距离而变化化。纤维素分子子链的聚合合度很大,假如所含含的烃基都都能形成氢氢键，则分分子间的作作用力将非非常大。氢键的破裂裂与重新生生成对纤维维素物料的的性质有重重大的影响响，尤其对对纤维素的的吸湿性、、溶解度有有很大影响响。16(4)纤维维素的化学学性质纤维素最主主要的化学学性质是降降解与氧化化，降解主主要是酸性性水解和碱碱性降解。。纤维素大分分子的甙键键对酸的稳稳定性很低低，在适当当的氢离子子浓度、温温度下，它它将发生部部分水解降降解或发生生完全水解解，形成D-葡萄糖糖。纤维素醇羟羟基的存在在使其可能能发生酯化化和醚化反反应。通过酯化和和醚化反应应，可以改改善纤维素素的性质，，制造出工工业上很有有价值的纤纤维素衍生生物，例如如:硝酸纤纤维素、醋醋酸纤维素素、甲基纤纤维素等。。172·半纤维维素半纤维素是是由不同量量的几种糖糖组成的共共聚物。常见的几种种糖有D-木糖、D-甘露露糖、D-葡萄糖等等。其结构比较较复杂，通通常是以一一种或两种种糖基构成成主链，其其它糖基或或基团形成成支链。如在阔叶木木中存在的的两种主要要半纤维素素:聚木糖糖类和聚甘甘露糖类，，它们分别别是由木糖糖基和甘露露糖基构成成主链，侧侧链上连有有其它糖基基或基团。。如聚氧-乙酰基-4-氧-甲基葡萄萄糖尾酸木木糖：A为氧乙酰酰基，GA为葡葡糖尾尾酸基，Me为甲基基，Xβ代代表β-D-吡喃式式木糖基。。18纤维素与半半纤维素的的区别与纤纤维维素素比比较较，，半半纤纤维维素素分分子子最最小小，，有有支支链链，，因因此此稳稳定定性性较较差差，，易易吸吸水水润润张张。。对对纸纸浆浆的的性性质质、、加加工工性性能能有有一一定定的的影影响响。。为了提高木材材利用率，半半纤维素在一一般的制浆方方法中是尽量量保留的物质质。193.木素木素是由苯丙丙烷结构单元元构成的具有有三维网状结结构的天然高高分子化合物物，广泛存在在于木化植物物中。各种植物原料料的木素的化化学结构是不不同的，因此此，木素这一一名词是代表表植物中具有有共同性质的的一类物质。。20（1）木素的结构木素结构单元元通过醚键和和碳碳键连接接，形成空间间网状结构的的木素大分子子。21(2)木素的的化学性质。。木素在植物中中主要存在于于纤维和纤维维之间的胞间间层与细胞壁壁的微细纤维维间，作为““胶粘剂”和和“填充剂””。木素是原料颜颜色的主要来来源，其含量量多少是制定定蒸煮及漂白白工艺条件的的重要根据。。对一般般白度度要求求不高高或无无要求求的纸纸种如如水泥泥袋、、瓦楞楞纸袋袋等，，在符符合产产品质质量的的前提提下，，可以以尽可可能的的多保保留木木素，，以提提高纸纸浆得得率，，降低低成本本。在化学学制浆浆时，，木素素是要要求除除掉的的物质质。从结构构来看看，木木素中中有些些键比比较稳稳定，，有些些键较较易参参与化化学反反应，，与不不同种种类的的化学学试剂剂作用用，可可以发发生亲亲核反反应，，亲电电取代代反应应和氧氧化反反应。。224.抽提提物包括一部部分无机机盐、糖糖类、植植物碱、、单宁，，色素、、淀粉、、果胶质质、脂肪肪和脂肪肪酸、树树脂和树树脂酸、、萜烯化化合物、、酚类以以及醇类类等物质质。这些物质质大多溶溶于水或或有机溶溶剂，在在制浆过过程中绝绝大部分分已被去去除，或或作为副副产品回回收，它它们对造造纸影响响不大。。这类物质质可被有有机溶剂剂如苯、、乙醇、、乙醚，，或水、、氢氧化化钠抽提提出来，，故总称称为抽提提物。23纤维素、、半纤维维素、木木素的区区别纤维素（C6H10O5）n由D-吡吡喃式葡葡萄糖基基组成的的多糖，，分子量量很大，，直链。。分为结结晶区和和非结晶晶区。在在结晶区区，纤维维素大分分子的排排列具有有完全的的规则性性，由纤纤维素分分子结合合成长链链段，不不易为溶溶液或反反应剂渗渗透。非非结晶区区纤维素素分子链链排列的的规则性性比较差差，一般般取向大大致与纤纤维轴平平行，结结合的较较为松弛弛。易于于被溶液液渗透，，对水解解反应敏敏感。结结晶区与与非结晶晶区之间间没有明明显的界界限。纤纤维素分分子链很很长，一一个纤维维素分子子链可穿穿过几个个结晶区区和无定定形区。。稳定性较较好，不不易吸水水润张，，是影响响纸浆的的性质、、加工性性能的主主要成分分，制浆浆过程中中要保留留的物质质。半纤维素素是由不不同量的的几种糖糖组成的的共聚物物，分子子量小，，有支链链，因此此稳定性性较差，，易吸水水润张。。半纤维素素在一般般的制浆浆方法中中是尽量量保留的的物质。。木素广泛泛存在于于木化植植物中，，它是由由苯丙烷烷结构单单元构成成的具有有三维网网状结构构的天然然高分子子化合物物。在在化学制制浆时，，木素是是要求除除掉的物物质。24四、纤维维结构木材纤维维细胞沿沿树木轴轴向紧密密排列着着，两相相邻细胞胞之间有有一层细细胞间隙隙物质称称为胞间间层。胞间层把把各个相相邻细胞胞粘接起起来，胞胞间层的的主要化化学成分分是木素素及果胶胶质等，，不含纤纤维素。。将植物原原料制成成纸浆的的过程就就是克服服细胞间间的粘接接作用，，使纤维维细胞解解离的过过程。纤维细胞胞分为初初生壁、、次生壁壁和细胞胞腔，初初生壁紧紧贴着胞胞间层，，是细胞胞生长期期间细胞胞壁不断断增长加加厚的结结果，初初生壁很很薄。在细胞停停止生长长后细胞胞壁继续续增厚，，这时加加厚在初初生壁的的内侧，，称为次次生壁，，次生壁壁很厚，，是纤维维细胞的的主体。。在细细胞胞壁壁内内，，纤纤维维素素大大分分子子有有规规则则地地排排列列聚聚集集成成原原细细纤纤维维，，若若干干原原细细纤纤维维组组成成微微细细纤纤维维，，由由微微细细纤纤维维组组成成细细纤纤维维，，再再组组成成纤纤维维。。细纤纤维维、、微微细细纤纤维维在在细细胞胞壁壁申申的的排排列列构构成成了了纤纤维维细细胞胞壁壁的的各各层层。。25TheEnd26二、、植植物物纤纤维维原原料料的的性性能能1．木木材纤纤维的的性能能2·非非木木材纤纤维的的性能能3.二二次次纤维维针叶木木的纤纤维有有较大大的细细胞腔腔（管管胞））而且且纤维维较长长。管管胞占占针叶叶木细细胞木木质部部横截截面积积的93%以上上。因因此针针叶木木纤维维细胞胞比较较单一一，杂杂细胞胞非常常少。。从纸和和纸板板的成成形机机理及及性能能分析析来看看，纤纤维细细胞越越单一一，细细胞壁壁越薄薄(即即壁腔腔比越越小)，纤纤维越越长，，越有有利于于生产产出强强度较较大的的纸和和纸板板，因因此针针叶木木适合合于生生产纸纸袋纸纸、牛牛皮纸纸、牛牛皮箱箱板纸纸等强强度要要求较较大的的纸或或纸板板。阔叶木木纤维维类型型较复复杂，，纤维维细胞胞仅占占树木木细胞胞总面面积的的60%左左右。。阔叶木木纤维维平均均长度度仅为为1.0mm左左右，，宽度度只有有针叶叶木的的1/2-1/3。。因此此阔叶叶木适适合于于生产产表面面较平平滑、、不透透明度度较大大，而而强度度要求求较低低的纸纸。可以以把把两两种种树树木木混混合合在在一一起起，，使使不不同同的的纤纤维维性性能能互互补补。。非木木材材纤纤维维原原料料的的纤纤维维细细胞胞两两端端多多呈呈尖尖削削状状，，胞胞腔腔较较小小，，纤纤维维较较细细而而短短。。非纤纤维维细细胞胞含含量量也也较较多多，，因因此此，，一一般般只只适适合合于于制制造造强强度度要要求求不不高高的的普普通通文文化化用用纸纸··低低档档包包装装纸纸等等，，也也可可以以与与长长纤纤维维木木浆浆配配合合抄抄造造某某些些纸纸和和纸纸板板。。韧皮皮纤纤维维和和棉棉纤纤维维长长度度一一般般很很长长，，宽宽度度较较小小，，纤纤维维具具有有韧韧性性，，适适合合制制造造高高级级纸纸或或工工业业技技术术用用纸纸。。废纸回回收后后可以以重新新造纸纸。废纸的的利用用既可可以节节约木木材，，同时时也可可以减减轻环环境污污染。。但从废废纸中中回收收的纤纤维(二次次纤维维)是是混合合纤维维，缺缺乏单单一性性，与与原来来纤维维相比比强度度有所所下降降，并并且二二次纤纤维原原料处处理较较为复复杂。。27四、、纤纤维维结结构构木材材纤纤维维细细胞胞沿沿树树木木轴轴向向紧紧密密排排列列着着，，两两相相邻邻细细胞胞之之间间