包装材料学-王建清-纸包装材料及制品第2章

第二章

包装纸和纸板

(PackagingPaperandBoard)

第一节

造纸原料纸和纸板的生产过程：一、造纸原料的种类二、造纸植物纤维原料的生物结构1粗视结构（肉眼辨别）

树皮、形成层、木质部、树芯年轮造纸纤维与细胞（光学纤维经辨别）

微细纤维（电子显微镜辨别）三、造纸植物纤维的化学组分纤维素(1)主要性能特点吸水在酸和或碱性条件下发生水解和降解；易发生氧化反应，结果甙键断裂或未端基氧化剥离(剥皮反应)羟基中的氢易为其它基团取代而硝化(--OONO2)、醚化(-OCOCH3)(2)作用提高纸张强度透明2半纤维素(1)半纤维素的组成与性能

a半纤维素也是一种碳水化合物，与纤维素不同的是：

主要由木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等种基团构成的支链高分子化合物，聚合度约为200b化学性能更活泼，易水解、降解、氧化(2)作用提高阻隔性能如不透气、不透光，提高吸收性等

3木素(1)组成：网络状高分子化合物，其化学成分主要为对羟苯基、愈疮木基、紫丁香基。(2)性能：它是一种胶质，主要存在于胞间层、初生壁中，起粘合剂作用；与酸、碱易生成水滤物；(3)作用：适量时可提高纸和纸板挺度。4少量成分松香、胶质、脂肪、无机物等

5化学成分在纤维中的分布胞间层主要是木素，S1层----纤维素、木素，S2层----纤维素四、化学成分在纤维中的分布常用造纸原料的化学组成原料纤维素/%半纤维素/%木素/%灰分/%其它/%红松53.1210.4627.690.428.31落叶松52.5511.2727.440.368.38马尾松51.8615.0828.420.334.31杨木43.2423.5017.100.3215.84桦木53.4321.223.910.820.64柏木44.1610.6932.440.4112.30稻草39.1222.4511.6613.3913.38麦草40.4025.5622.346.045.66芦苇50.9722.1519.583.683.62毛竹44.3521.4130.671.102.47棉杆50.2319.2111.003.205.36棉花96.001.0000.202.80结构厚度，μm化学成分(%)纤维素半纤维素木素MLPS1S2S31～20.03～0.100.10～0.200.50～0.800.07～0.100103555551020253540907040155针叶木纤维细胞中化学成分的分布第二节

制浆工艺一、定义

将造纸原料分散为单根纤维的过程叫制浆(Pulping)，获

得的产品称为纸浆（pulp)。二、备料

制浆前把粗长的木材、禾草切成小块的料片并去除杂质（树皮、树节、草根、草叶等）的操作。一般木材要切成长15-20mm，厚3-5mm,宽不超过20mm的木片，禾草类为30mm长的草段。三、制浆

一般的制浆过程：原料料片制浆化学法机械法化学机械法纸浆备料化学法制浆(CP,ChemicalPulping)（1）原理

用化学药液蒸煮料片，在高温下化学药剂与料片中的木素反应生成水溶物，使纤维分离分散成为浆料。（2）特征这种方法制得的纸浆大致保留了纤维的天然长度，去除了大部分木素，能用来生产强度高、柔软的高档纸；缺点是得率低，污染大。

得率=纸浆/原料×100%（3）化学法制浆方法比较种类化学法药品成分特征适用原料纸浆用途碱法石灰法Ca(OH)2脱胶、脂强，脱木素差禾草、棉、麻纸板、证券纸、卫生纸烧碱法NaOH脱木素强芦苇、阔叶木文化用纸硫酸盐法NaOH+Na2S脱木素强，对纤维破坏小针叶木、竹、芦苇高档文化用纸和包装纸酸法亚硫酸盐法Na2SO3、MgSO3等脱木素强，对纤维破坏小所有原料文化用纸(4)化学法制浆工艺根据蒸煮过程分类：间歇式和连续式蒸煮。以回转式蒸球为例。（5）漂白a.白度：白色或接近白色的纸和纸板表面对蓝光的反射率相对于蓝光照射标准白板表面时反射率之比，称为白度，以%表示。b.漂白方法氧化性漂白：漂白剂：ClO2，NaClO，H2O2，Ｃl2特点：漂白白度高，稳定性好，永久漂白，但破坏纤维

素。还原性漂白：

漂白剂：Na2S2O4，ZnS2O4特点：漂白稳定性差，短时漂白，但不破坏纤维素。2机械法制浆(MP,MechanicalPulping)(1)原理

通过机械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用将原料分

散成纤维。(2)特点

得率高，无污染。因保留了所有成分(杂细胞、木素)及对纤维的切断，使得用这种浆生产的纸强度低、发脆，漂后发黄等。(3)生产工艺

通过链式磨木机、磨石磨木机或盘磨机磨解原木或木片。

以链式磨木机为例。它由料箱、送料链条、磨石等组成。原木磨木机筛选本色浆漂白链式磨木机３化学机械法制浆(Semi-chemicalPulping)原理

先将原料用低浓度的化学药液在较低温度下作短时间蒸煮处理，使原料松弛、松软，然后用盘磨机磨制成浆。(2)特点

得率介于化学浆和机械浆之间，只能得到本色浆。第三节

造纸工艺造纸定义

将制得的纸浆分散开来通过抄造技术制得交织均匀的薄片。造纸方法目前以湿法造纸为主。一、打浆与调料1打浆(Beating)（1）

原理与作用

利用物理机械方法处理浆料，使纤维经挤压、摩擦、揉搓、剪切等作用，互相分离成单根纤维；并且使纤维脱出ML、P、S1层，分丝帚化，以利于纸页成型时纤维柔软地互相交织在一起，增加接触面积，提高机械缠绕力和化学结合力，增强纸张强度与紧度。氢键的形成：纤维分散于水中，当水在网上大部脱除之后，其间少量残留水与纤维上的羟基形成水桥；加热时水被蒸发，促使纤维足够接近(2.55—2.75A)形成氢键。b.打浆机

槽式打浆机、盘磨机、磨浆机

。2施胶(Sizing)

通过向纸浆冲加入耐水性胶料或在纸幅表面涂胶，使纸张获得抗拒液体扩散和渗透的能力。a施胶的作用洇水：纤维交织成纸时形成众多毛细孔，毛细作用产生泅水，结果纸张吸潮、印刷效果劣。胶料填塞毛细孔，阻止水分渗入。b施胶方法

以松香胶为例，先将松香加碱和蒸汽熬成胶料，然后加入打浆后的纸浆中，用明矾作用将松香粒子沉淀在纤维上，在干燥高温下松香熔化堵塞毛细孔。另外石蜡、沥青亦可作为施胶剂。3加填(Fill)

向纸浆中加入适当的无机填料，以改善纸页的光学性能(不透明)、印刷性能(表面干滑、均匀、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),

另外还可加：CaCO3，TiO2，BaSO4。*但是，加入填料会使纸张强度降低，加入量在2—40%。4调浓及其它处理染色

根据要求可加入适当染料制成希望色泽的纸张增强

加入增强剂(羧甲基纤维素，CMC)、耐磨、抗湿剂(脲醛、三聚氰胺树脂)等调浓至0.1—1.5%二、造纸机(Papermaker)

造纸机主要有长网造纸机、圆网造纸机等。1长网造纸机(1)

流浆箱：以稳定的流速、均匀地将浆料迸上铜网。(2)成型网部：浆料在网上脱水，形成厚薄均匀的湿纸

幅。

定量(Grammage)、厚度(Thickness)的形成正面(Feltside)反面(Wireside)的形成：纸幅接触网的一面为反面，由于细小纤维流失而显粗糙；正面较平整，从而产生了两面差。纵向(Machinedirection)、横向(Crossdirection)的形成：沿纸幅运行的方向为纸的纵向，另一为横向。(3)压榨部：挤压脱水，增加纸页紧度，干度达30—40%。(4)干燥部：蒸发水分，干度达88—96%。

烘缸

直径达1.5---6m，表面温度为70--105℃(5)压光：提高紧度、平滑度、光泽度及不透气性(6)整理：卷取、复卷、裁切、分选、打包等2圆网造纸机(CylinderMachine)(1)构成

由网槽、圆网、毛布、伏辊、压榨、烘缸等构成(2)单圆网造纸机：主要用于生产薄纸(3)多圆网造纸机

可用于生产厚纸板多层纸板带水印的纸和纸板第四节

纸和纸板的性能及测试方法一、包装纸和纸板的种类纸包装材料包装纸：牛皮纸、铜版纸、瓦楞原纸、纸袋纸、鸡皮纸、食品包装纸、中性包装纸等。包装纸板：白纸板、黄纸板、箱纸板、灰纸板、茶纸板、标准纸板、厚纸板等。加工纸和纸板：羊皮纸、玻璃纸、防锈纸、保鲜纸、防油纸、真空镀铝纸、涂布纸板、复合纸板、钢纸板、瓦楞纸板、蜂窝纸板。鸡皮纸铜版纸牛皮纸二、纸和纸板的商品形式及规格1、平板纸(1)规格787*1092mm850*1168mm880*1230mm(2)计数1令=500张(英1000)1件(约250Kgf)(3)平版纸的分切

开：

对

四

八

十六

三十二

六十四(5)手工纸的计量25张/合4(8)合/刀2刀/码20码/担(50Kgf)；

三尺(1000*550)四尺(1380*690)；

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

(4)复印纸规格（A类规格B类规格）2、卷筒纸直径：φ750—850mm幅宽：B:7878508801092116812301575mmW:250—1000Kgf怎样计算纸卷的纸张长度：

式中G----定量3、卷盘纸

用于卷烟、容器盒、纸轴、复合罐等制造，宽度在60—300mm之间。三、包装纸和纸板的性能外观性能：尘埃、透明点、斑点、裂口等治病；强度性能：耐破度、撕裂强度、戳穿强度等；物理性能：定量、厚度、水分等；表面性能：平滑度、耐磨性、印刷强度、掉毛；透气与吸收性能：吸收水、墨；光学性能：白度、光泽度、透明性；适印性能：印刷适性、拉毛速度、尺寸稳定性；卫生、化学性能：卫生指标、防锈、离子含量、灰分、PH。四、测试标准预测试准备1、国内标准

国家标准：GB、GB/T(推荐性标准)

部、行业标准：QB、ZB、HB、ZBY2、国际标准国际标准化组织标准ISOTheInternationalOrganizationforStandardization美国材料试验标准ASTMAmericanStandardforTestingMaterial德国工业标准DINDeutschIndustricNorm日本工业标准JISJapaneseIndustrialStandard3、测试准备（1）仪器调试a取样工具：试样刀、笔等；b恒温恒湿控制(23±1℃50±2%RH)。（2）取样随机抽样卷筒去掉3--5层，取样后标注纵横向、正反面平板纸从件中间抽取试样刀（3）纵横向、正反面判别a纵横向判别(MD、CD)试条法：两自由端分开时上纵下横撕裂法：平滑裂口为纵向，锯齿状裂口为横向浸水干燥法：卷曲轴向为纵向测试法：强度大的方向为纵向；伸长率大的为横向观察纤维方向b正反面判别观察法：网痕、平滑度浸水干燥法：浸水时卷曲时内弧为正面，干燥时相反

（4）标准大气予处理a标准大气(TestingAtmospheres)23±1℃50±2%RHb处理时间：4—48h先将试样置于40摄氏度烘箱中30min,或置于硅胶干燥器内24h在标准大气下处理：纸4—6h,纸板10—48h保持空气循环流动五、测试方法1定量(Grammage)

单位面积纸和纸板的质量，g/m2表示，或1b/1000ft2=4.8881g/m21b/3000ft2=1.627g/m2(1)试样与仪器100*100mm取20张,10张为一组

电子分析天平

(2)操作步骤

取样

分组称量并记录(3)计算G=M/A

式中M--试样重量,g;A--试样面积,m22厚度(Thickness)

纸和纸板在两测量板间受一定压力(100kPa)直接测量的厚度,mm(1)试样与仪器100*100mm，取20个试样

厚度计(2)操作步骤

取样

每个试样测五个点，然后取均值(3)计算

取平均值，保留三位有效数字3紧度(Apparentdensity)单位体积纸和纸板的质量，g/m3

D=

式中G--定量,g/m2，T--厚度,mm

4水分

(Moisturecontent)纸和纸板在100—105摄氏度下烘干至恒重时，所减少的重量与试样原重量之比，%(1)试样与仪器取试样50g；

水分测量仪、恒温箱(2)操作步骤

记录初始质量W1加热10分钟左右氏温度升高到105ºC

，记下质量W2计算水分M=（W1-W2）/W1抗张性能(Tensilepropertics)纸和纸板所能承受的最大拉力，N(1)试样与仪器15×250mm纵横向各10条抗张强度仪(拉力机)、取样刀(2)操作步骤调整试样夹距至100mm夹紧试样启动，至试样拉断记录数据(包括试样伸长值)(3).计算①抗张强度(Tensilestrength)纸和纸板横截面长度所能承受的最大张力，N/m

②

裂断长(Breakinglength)纸和纸板在自身重量作用下断裂时的长度，以m或km表示

③

抗张指数(TensileIndex)抗张强度除以定量，N·m/gI=S/G式中I--抗张指数,N·m/gS--抗张强度,N/mG--定量,g/m2④伸长率(Tensilestretch)纸和纸板断裂时的伸长对原试样长度的比率，%6耐破度(Burst,Burstingstrength)纸和纸板所能承受的均匀增大的最大压力，KPa(1)试样与仪器100×100mm正反面各10个Muller缪伦耐破度仪压缩机(夹紧试样，0.2—0.3Mpa)工作部：气缸、活塞、胶膜、传感器显示器：测试结果(