纸和纸板印刷材料

第三章纸和纸板包装材料概述第一节造纸原材料第二节纸张的制造第三节包装用纸的结构及性能第四节主要包装用纸第五节主要包装用纸板概述纸和纸板在印刷包装材料中占有非常重要的地位，其优点由以下几个方面：纸及纸制品原料广泛，价格便宜；均匀性较好，单位面积强度较大；容易印刷和粘结；耐高低温性好；无毒无味，包装卫生；适合于自动包装，包装形状不易改变。第一节造纸原材料一造纸的基本原料1.对造纸植物纤维的要求：纤维易分离；合乎所要求的强度﹑长度和宽度，以及足够的弹性、交织能力；适宜大量生产；原料来源广泛，成本低。2.基本造纸植物纤维1）茎秆类植物纤维：麦草﹑稻草﹑竹芦苇等；2）木材类植物纤维：杨﹑桦﹑松﹑杉等；3）韧皮类植物纤维：亚麻﹑大麻等；4）种毛类植物纤维：棉花﹑破布等。一般来说，茎秆类和木材类纤维比较细短，而韧皮类和种毛类纤维比较粗长。二造纸植物纤维的组成造纸植物纤维原料，其化学组成主要为：纤维素﹑半纤维素﹑木素不同造纸植物纤维，其纤维素﹑半纤维素和木素的含量不同。表3-1（课本182页）列出了几种代表性的植物纤维的主要化学成分。1.纤维素1）结构通过X射线对纤维素进行研究，证明纤维素分子是由许多葡萄糖基通过氧桥结合成的链状大分子，也就是说葡萄糖基是组成纤维素分子的基本化学单位。分子式化学结构6106(CHO)nOOHHHCH2OHHOOHHn2）性质无色无味；常温下化学性质稳定，不溶于水﹑有机溶剂﹑碱溶液及稀释的无机酸中，但在水﹑碱溶液及稀酸中发生溶胀现象；在蒸煮条件下，能够产生碱性降解和酸性水解（大分子→小分子）；易发生酯化﹑醚化反应；易发生氧化生成氧化纤维素，使性能下降（漂白时应注意避免）。聚合度一般为2000左右（在2000～4000之间）2.半纤维素1）结构由不同量的几种糖单元组成的共聚物。β-D-葡萄吡喃糖,β-D-甘露吡喃糖,β-D-半乳吡喃糖,β-D-木吡喃糖,α-L-阿拉伯呋喃糖半纤维素是几种糖共聚物的总称。2）性质聚合度一般为200左右（在100～600之间）与纤维素相比：①可溶于稀碱液，并能溶于水中；②能够被稀酸水解，生成简单的五炭糖，即：很易氧化﹑降解。3木素1）结构基本结构单元：苯基丙烷2）性质①原木素为白色或接近白色，一切分离的木素均有颜色，乳白色→深褐色；②能够溶于碱液﹑酸液，且在各种氧化剂作用下分解；③受日光﹑空气作用，会变成褐色，使纤维变脆发黄。第二节纸张的制造造纸：简单来讲，就是将植物纤维经过加工处理成细纤维，并添加有关的物质后制成薄膜纸张的过程。造纸是一个多工艺的过程，一般来讲，造纸由制浆﹑造纸两大部分构成。一制浆（一）定义从植物体中提取纤维的工作称为制浆。制浆过程包括：备料→纤维分解→浆料的筛选→净化→漂白等其中，浆料是造纸的基本原料，浆料的性质如何，对制成的纸张品质有决定性的影响。（二）分类机械法；化学法；化学机械法（化学法与机械法相结合）1机械木浆定义：利用机械磨制植物原料（主要是木材）制成的纸浆称为机械木浆。本色木浆褐色木浆根据制造方法不同，机械木浆可分为得浆率较高，达到90～95%，且成本较低，不使用化学药品。例如：新闻纸，30份/秒，要求吸墨，不粘连，质地疏松。具有较好的弹性和塑性，主要用于制造包装用纸和纸板，但强度不高。2化学木浆定义：采用化学药品和原木在蒸球内共同蒸煮，通过药品的作用去除非纤维素物质而制成的木浆称为化学木浆。根据蒸煮时使用的药品，可以分为：酸法木浆（亚硫酸盐）碱法木浆（硫酸盐）1）酸法木浆（亚硫酸盐木浆）它是将硫磺燃烧,生成二氧化硫与石灰石和水反应制成混合液,与木片蒸煮,亚硫酸与木素作用,使之分解,同时生成木素磺酸与盐结合溶出,该法对纤维素与半纤维素也有一定的作用,使其聚合度下降。①性质：纤维较长，性质柔软而富有强度，有良好的结合力，易漂白，但得浆率较低（50%）②分类：（按漂白程度）漂白半漂白未漂白③应用：可用于生产各种包装印刷纸和纸板32SOH23)(HSOCa2）碱法木浆（硫酸盐木浆）NaOH2NaS对纤维素和半纤维素影响小，得浆率较高（60%）①性质：纤维损失比较少，纸浆的纤维强韧而有力；但漂白较困难。②应用：主要用于制造牛皮纸及强度较高的包装纸袋。3）化学法与机械法相结合将化学法与机械法结合在一起使用，一般将木片在一定的温度下用化学药品进行预处理，然后进行机械磨浆，或在常温下用化学药品进行预处理，再在一定的温度（100℃）下将木片进行机械磨浆。所生产的纤维强度略高于机械磨木浆，可用于新闻纸及各种箱纸板、瓦楞原纸等。3化学草浆定义：用草料和氢氧化钠（NaOH）的水溶液共同蒸煮而成的纸浆。性质：纤维组织均匀且较紧密，表面较平整，具有良好的印刷性能；但纸张的强度较差。原料：麦草﹑稻草等应用：可制成包装纸及各类包装纸板。4苇浆长纤维纸张的辅料332MgSOSOH机械解离5破布浆定义：利用破布和废棉﹑麻等经过除尘﹑拣选和切碎，然后和药液蒸煮而成的纸浆。性质：强度大，没有木质素，纤维柔软而富有弹性，交织能力强。6废纸浆废纸纸浆是生产包装纸板的组合成份之一。废纸浆用于制作纸板的基础层或内层，而表层用化学木纸浆制成。利用废纸前应按种类进行预选。最有用处的废纸是硫酸盐化学纸浆制成的纸或纸板。23NaCO石灰水二纸和纸板的制造一般分为湿法和干法两种，目前绝大多数采用湿法抄造。抄造过程的主要工序如下：打浆→加填→施胶→浆料的稀释与精选→抄纸→整理1打浆定义：将混合在水当中的纤维束疏解成单纤维，且横向切断到适当的长度，纵向摩擦分裂，两端“帚化”发毛的过程。作用：增加纤维的交织面积，增强交织能力；使得纤维当中-OH有较多浮出水面造成氢键结合的机会增多；通过压溃，使得内部渗水发生膨胀水化，变成柔软而可塑的纤维。2加填和施胶1）加填作用：填塞纤维间的缝隙，使得表面均匀，使纸柔软，减少纸的透明度和伸缩性。提高纸的白度，节约纤维原料常用的填料：白土（白瓷土）﹑滑石粉﹑碳酸钙﹑硫酸镁等一般填料的加入量为20%左右。2）施胶作用：涂塞纤维表面及纤维间缝隙，减少其吸湿性；改善纸张强度，防止直面起毛等。常用胶料：松香﹑硫酸铝﹑明矾﹑改性淀粉﹑水玻璃﹑干酪素﹑聚乙烯醇等一般加入量：0.5～9.0%3浆料的稀释和精选1）稀释纸越薄，稀释的浓度就越低。一般稀释浓度到0.5～1%。2）精选进一步除尽浆料中的砂子以及残余的纤维束等杂质。4抄纸利用抄纸机将处理好的浆料通过抄纸机相互交织成纸张。抄纸机在结构上可以分为：湿部：使稀释的浆料通过铜网传送到毛毯上，滤去水分，形成湿纸层部分。干部：将从毛毯上分离出的湿纸层通过回转着的压辊榨出水分，在进入干燥部加热以蒸发水分。一般纸张的含水量为5～9%。5整理纸张经抄制并干燥后，需要经过整理工作才能成为成品。整理工作主要包括：压光﹑复卷﹑切纸和成令，经过检查，包装成品。第三节包装用纸的结构及性能一纸的结构（一）纸的结构特点具有多相复杂的结构成分，且各向异性；具有多毛细孔交替的特性；纸的结构要素之间的结合力直接影响其机械强度及其他性能；多数纸具有两面性。（二）纸的结构对纸的性能的影响因素1纸的孔隙率定量：又称克重，就是每平方米的质量g/m2，定量是表示纸张厚薄的标志，定量越大，纸张越厚。紧度：每平方米纸的质量与其厚度的比值，g/cm3松厚度：纸张紧度的倒数，cm3/g,m3/kg.也叫纸的比体积，纸张的松厚度是纸张中孔径体积的函数。松厚度与裂断长﹑耐破度和撕裂度的指标紧密相关。(P137)2/gm3/gcm3/cmg纸的孔隙率：孔隙体积对纸张总体积之比。100%nVWV对纸张性能的影响：吸墨﹑吸水﹑透气性等。2纸的比表面积纸的比表面积：单位质量或单位体积的表面总面积。223//mgmcm或纸的比表面积与打浆程度有关。对纸张性能的影响：外比表面积对孔隙率﹑透气度﹑抗张强度﹑耐破度﹑耐折度﹑透明度﹑吸墨性有很大的影响。内比表面积对纤维的柔韧性和可塑性有较大的影响。3纸的匀度纸的匀度表示它的结构的均一性，即纤维在纸中分布的匀度。在透光处观察来判断纸的匀度。此时作透光检查．能很容易观察这张纸张在多大程度上对光是均一的。纸的云彩花，即在纸中有发亮和发暗的地方，证明纸中纤维分布不均匀，并且纸的厚度也不均匀。带有浓云彩花的纸极不均匀。对纸张性能的影响：透气度﹑吸收性能﹑机械强度等。4.平滑度在一定的真空度下,一定的压力下试样与玻璃的接触面之间的间隙,通过一定量的气体所需要的时间(S).对印刷效果有影响二纸的力学性能对纸的强度有影响的主要因素：纤维本身的强度，它们的柔韧性和大小；纸中纤维的分布，即排列方向﹑堆积的密度。成纸中纤维相互间的结合力和这些力作用的表面积；（一）抗张强度抗张强度是指纸试样单位横截面积上所受的抗张力:P=T/AT-绝对张力(N),A—截面积(m2),P—抗张强度(kN/m2)(kPa)裂断长：表示当纸条的一端悬挂时，在其重力的作用下拉伸直至断裂时的长度，以千米表示。100()TLkmbW式中：T----表示纸张拉断时的力，kg;b----试样纸幅的尺寸，cm;w----试样的定量，L----裂断长，km.影响抗张强度的因素：1）纤维间的结合力；2）纤维本身的强度。2/gm（二）耐折度耐折度：是表示纸的机械强度的重要物理指标之一，它表示纸张受一定外力拉伸之后，将其来回折叠使其断裂，以其折叠的次数来表示纸张耐折的性能。耐折度值是往复的次数，即单位是双折次。分纵向耐折度和横向耐折度两种，一般纵向耐折度比横向耐折度高些。是因为纤维的排列使其在纵向的结合力较大所致。影响耐折度的因素：纤维长度及强度，纤维的韧性即纤维间的结合力。（三）耐破度耐破度：纸在单位面积上所能承受的均匀增大的最大压力，kPa.相对耐破度：100SCW式中：S----直接测出的耐破度，kPaw----试样纸张的定量，2/gm影响纸张耐破度的因素：纤维的长度及其本身的强度，纤维间的结合力，伸长率。另外，还与纸张的含水量和施胶度有关。（四）撕裂度将边缘有切口的纸继续撕裂到一定长度所需的力(N)1）绝对撕裂度（爱利门道夫测试仪）式中，R----仪器上所测数据；16/n----校正系数2）相对撕裂度16/RaRn010016100aRRRana式中：----绝对撕裂度，mN;a----纸样的定量，100----定量或换算为100的纸。aR2/gm2/gm3）撕裂面积：纸的绝对撕裂度与定量之比，2m影响纸的撕裂度的因素：1）纸的类型；2）纸张的松厚度；3）若在湿的条件下，随干燥度的增大，纸的撕裂度增大；若在干的条件下，随干燥度的增大，纸的撕裂度减小。（五）耐磨强度在给定条件下，用磨料或橡皮摩擦纸样表面，并在摩擦试验前后称量试样，得到磨下的物料量。磨下的物料量越小，则耐磨强度越大。影响耐磨强度的因素：1）浆料的类型，（纤维越长越耐磨）；2）打浆度，（打浆度越高耐磨强度越大）；3）环境的相对湿度。（六）冲击强度为了评价在装卸工作中，抵抗集中冲击载荷的包装强度，要确定冲击强度。影响纸和纸板的冲击强度的主要因素有：1）纤维种类；2）纤维间的结合力；3）纸的伸长率；4）纸的含水量。（七）湿强度纸的湿强度是根据纸在湿态下保留的最初强度（即在润湿以前，纸张在风干状态下所具有的强度）的程度来判断。影响纸的湿强度的因素有：1）制浆方法2）人工处理三纸的光学性质纸的光学性质有透光性﹑透明度及白度等。这些直接关系到包装材料的表面质量﹑包装箱的外观及纸张的印刷效果。（一）透光性和透明度透光性是指透过投射光线的能力。纸的透光性是以透过光线的多少来确定。纸在反射光线中，印在背衬上的图和字透过纸张的清晰度(可见度)，叫作透明度。纸的透光性决定于所用的纤维种类、打浆度、在纸的成分中有无填料和染料，还决定于纸的表面特性。当纸的表面涂以白垩涂料层时，其不透明度升高。不透明度也随涂料层厚度增加而增加。（二）白度纸与纸板的白度，是指白色或接近白色的纸或纸板的表面对蓝光的反射率，以相对于蓝光照射氧化镁标准板表面的反射百分率表示。这种纸或纸板受光照射后反射的能