第一章纸和纸板.

第一章包装用纸及纸板第一节概述第二节纸的制造第三节纸和纸板的性能及测试方法第四节包装用纸概述第一节1.纸的定义广义：能够作为书写、印刷、包装等方面使用的薄片材料的总称。狭义（ＧＢ４６８７－８４）是指从悬浮液中将植物纤维、矿物纤维、动物纤维、化学纤维或这些纤维的混合物沉积到适当的成型设备上，经过干燥制造的平整、均匀的薄片（片状物）以纸和纸板为材料制成的包装称为纸包装。2.纸包装材料的特点原料来源丰富，成本低，生产方便；重量轻、缓冲保护性能优良；外观、外形易于改善造型；印刷适性好；无毒、无味、卫生贮运方便；易与其它材料复合，应用广泛；绿色环保，无污染，利于回收。3.加工纸与原纸:原纸：抄造后未经加工处理的纸。加工纸：为提高纸的表面性质和装饰效果或为了赋予纸面一些特殊性能，对原纸进行再加工后的成品称为加工纸。（如：涂布、浸渍、复合纸）4.纸和纸板的区别纸----定量小于225g/m2,厚度小于0.1mm；纸板--定量大于225g/m2,厚度大于0.1mm；5.纸和纸板的包装性能外观性能主要是指通过肉眼可以观察到得纸张质量缺陷，也称外观纸病，如斑点、孔洞、针眼、裂口、皱纹、折子、条痕、显著的网痕、鱼鳞斑、同批纸张色调的显著差别等。强度性能指在外力作用下，材料本身发生破裂时所能承受的最大应力，也是纸和纸板的物理力学强度。如纸袋纸的抗张强度和撕裂度，纸板的耐破度，瓦楞纸板的戳穿强度等。抗弯曲和压缩性能是制造包装箱、盒的重要指标，包括挺度、环压强度、边压强度、平压强度等。表面性能包括粗糙度、平滑度、印刷表面强度及掉毛、耐磨、粘合等性能。透气与吸收性能透气性能包括透气度、透气阻力、水蒸气透过率等指标。吸收性能主要是指吸水性、油墨吸收性、施胶度等。光学性能反映了其对投射光线的反射、投射和吸收能力，给人的感官视觉就是纸张白度、透明度、不透明度、光泽度和颜色等性能指标。如用于香烟包装、制作标签的铜版纸对纸张白度、光泽度要求较高。适印性能包装纸和纸板必须具有良好的适印性能，才能制造出外观精美的包装。随着商品竞争日趋激烈，包装装潢印刷技术要求越来越高，不论何种印刷方式，都要求纸和纸板有良好的油墨吸收性、表面均一性、尺寸稳定性等，才能印刷出精美的包装效果与制品。卫生、化学性能对于专门用途的纸和纸板，除了一般性能外，在卫生、化学性能方面还有专门的要求，如用于食品、药品、化妆品包装用纸，必须检测安全卫生性，包括砷、铅含量、荧光物质、大肠杆菌检出水平，应当控制在安全的范围内。纸和纸板的化学性能主要指水分、灰分、化学组成和其水提取物的酸碱度等。纸的制造第二节一.造纸原料的种类二、造纸植物纤维原料的生物结构常见的植物细胞形态示意图薄壁细胞，壁薄短小，不适合造纸，只会在制浆过程中消耗化学药品和能源，造纸上这类细胞称之为杂细胞厚壁细胞，是中空、细长。呈纺锤状、富有挠曲、柔韧性的细胞，在植物体内起到机械支撑的作用，形成纸张后使之具有良好的物理强度，造纸上称为纤维类别原料纤维含量/%纤维平均长度/mm针叶木红松98.23.62落叶松98.53.41阔叶木山杨76.70.86白皮桦73.31.21禾草类稻草460.92麦草62.11.32棉杆71.30.83常用造纸原料的纤维含量及长度作为造纸植物纤维原料，纤维比例越高，细长均匀，杂细胞含量低，生产出来的纸强度就越高。1.纤维素（cellulose）(1)纤维素的化学结构及生物合成纤维素是构成植物细胞的基本成分，它存在于所有植物当中，是植物界中一种最丰富的可再生的有机资源。纤维素在纺织工业、造纸工业、木材工业等领域有着多种重要的用途。纤维素是植物纤维原料的主要化学组成之一，它与半纤维素、木素一起，构成植物体得支持骨架。三.造纸植物纤维的化学组成纤维素一词在不同领域使用时，其意义不同。学术上的纤维素：特指常温下不溶于水、稀酸、稀碱的D-葡萄糖基以1，4糖苷键连接而成的线型高分子聚合物。工业上的纤维素：指植物原料经过特定的纤维化工程所得到的剩余物，即纸浆，其中含有一些半纤维素和木素。OHCH2OHOHHHHOHOHHOHOCH2OHHOHHHOHHOOHOHHCH2OHHOHHHOOCH2OHHOHHHOHHOHHn22123456123456123456123456纤维素的结构（2）纤维素的物理及化学性质纤维素的吸附和解吸吸附：在纤维素的无定形区内，游离羟基与极性水分子形成氢键结合，使纤维素的水分含量增加的过程。解吸：因蒸汽分压下降，无定形区的氢键结合破坏，水分子被释放的过程。吸附与解吸不是完全可逆的。纤维素的吸附只发生在无定形区，结晶区并没有吸附，结晶区内的氢键没有被破坏，链分子的有序排列也没有被改变。吸附水量随纤维素无定形区百分率的增加而增加。吸湿与解吸对纸张强度的影响：纸张强度一部分来源于纤维之间的氢键结合力。水分含量高，纤维之间的氢键结合减少，纸张强度下降；水分含量低，纸张发脆，强度亦下降。（3）纤维素常用的溶剂无机碱：NaOH、KOH等无机酸：72%硫酸、40-42%盐酸、77-78%磷酸无机盐：ZnCl2铜氨溶液、铜乙二胺溶液：与纤维素大分子形成络合物，具有较高的溶解能力。2.半纤维素(Hemicellulose)：是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖等。单糖聚合体间分别以共价键、氢键、醚键和酯键连接，其中半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50%，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。半纤维素在植物细胞壁中与纤维素共生、可溶于碱溶液，遇酸后远较纤维素易于水解。但能提高纸张的断裂长、耐折度、吸收性和不透明半纤维素的分离与提取分离前的准备制取无抽提物试样---先用水抽提，再用苯-乙醇混合液抽提，必要时再用草酸盐溶液抽提。对阔叶木和禾本科可直接从无抽提物中分离半纤维素；针叶木中因为高度木质化，必须先将其制为综纤维素（纤维素和半纤维素的总称），在进行半纤维素分离。漂白化学浆中，α-纤维素为纤维素和抗碱的半纤维素，β-纤维素为高度降解纤维素及半纤维素，γ-纤维素全为半纤维素半纤维素与纤维素在化学结构上的比较：组成半纤维素的糖基种类多；半纤维素上含有短的支链，还原性末端基较多；糖基的构型复杂，有吡喃式、呋喃式，连接键有β-苷键、α-苷键，连接位置有1-2，1-3，1-4，1-6连接。半纤维素的化学反应更复杂。3.木素（Lignin）主要是由对羟苯基丙烷、愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷通过醚键、碳碳键连接而成的网状芳香族高分子化合物。是一种填充在胞间层、微细纤维之间的黏合剂；木素能与许多碱、酸、盐溶液发生反应，生成溶于水的生成物。木素是纸浆和纸张颜色的主要来源。适量时可提高纸和纸板挺度。木素原本是白色的，而木材本身是有颜色的，说明木素本身存在一些生色基团，在制浆或制备木素后，木素均带有颜色，说明木素中的某些基团在化学处理后产生了有色基团。木素分子的生色基团：木素单体的分子结构4.其它少量成分造纸植物纤维原料中还含有淀粉、果胶质、脂肪、树脂、蜡、灰分等。原料不同，少量成分的种类和比例也不一样。各种造纸原料的化学组成原料纤维素/%半纤维素/%木质素/%灰分/%其它/%红松53.1210.4627.690.428.31落叶松52.5511.2727.440.368.38杨木43.2423.5017.100.3215.84桦木53.4321.223.910.820.64稻草39.1222.4511.6613.3913.38麦草40.4025.5622.346.045.66棉杆96100.22.80纤维素含量棉麻木材（针叶木、阔叶木）禾木科四.制浆工艺(Pulping)制浆：将造纸原料分散为单根纤维的过程，获得的产品称为纸浆制浆分为备料、制浆、洗涤、筛选与净化、漂白等部分。备料：制浆前把粗大的木材、禾草切成小块的料片并去除杂质的操作纸浆化学机械法机械法化学法制浆料片1.化学法制浆(CP,ChemicalPulping)(1)原理：利用化学溶液在一定温度（165-1750C)和压力下蒸煮溶解掉木材中的木素和其它杂质，尽量保留纤维素。获得的纸浆称为化学浆。依据化学药品的不同，又分为石灰法、烧碱法、硫酸盐法和亚硫酸盐法等。（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、柔软的高档纸和纸板；缺点是得率低，污染大。（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，脱木素差稻草、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脱木素速度适中且均匀，对纤维破坏小针叶木、竹、芦苇高强度包装纸如牛皮纸酸法亚硫酸盐法MSO3（M=NaMg/Ca）脱木素强，对纤维破坏小所有原料瓦楞原纸、印刷纸（4）化学法制浆工艺化学药液黑液↓↑原料→备料→装锅→蒸煮(升温、放汽、保温)→放锅→洗涤→筛选→漂白→纸浆(漂白浆)↓↑本色浆漂白剂蒸煮锅为密封高压容器，蒸煮温度达155-180℃洗涤：将纤维与废液的混合物（黑液）分离碱回收：无论是碱法制浆还是酸法纸浆，分离出来的废液直接排放将严重污染环境，因此需要回收漂白：A.白度：白色或接近白色的纸和纸板表面对蓝光的反射率以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：ClO2NaClOH2O2Cl2特点：漂白白度高，稳定好，永久漂白，纸和纸板长期存放不褪色，但破坏纤维素。对于食品包装的纸和纸板，要采用无氯漂白还原性漂白：漂白剂：Na2S2O3特点：漂白稳定性差，暂时漂白，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)生产方法：利用木材与磨石的摩擦力使纤维从木材上分离下来，这种浆由于非纤维素也都留在浆中，所以机械浆存在着黄色，且日光及空气作用会使纸的颜色进一步变黄。纸的强度较低，一般用于新闻纸的制造。（3)特点：纸浆得率高，无污染。因保留了所有原料成分及对纤维的切断，使得用这种浆生产的纸强度低、发脆，漂后发黄等。原木漂白本色浆筛选磨木机3.化学机械法制浆(Semi-chemicalPulping)（1）原理先将原料用低浓度的化学药液在较低温度下做较短时间蒸煮处理，使原料松弛、松软，然后用盘磨机磨成浆。（2）特点这种浆的得率介于化学法和机械法制浆之间，获得本色浆。四.造纸工艺(Papermaking)将制得的纸浆分散开来通过抄造技术后制得交织均匀的薄片。质成纸均匀分散，在网上脱介泡沫泡沫法：纸浆空气干法：纸浆水湿法：纸浆造纸目前以湿法造纸为主，即：水胶料填料水↓↓↓↓纸浆→打浆→施胶→加填→调浓→纸页成型→压榨→干燥→压光→整理→纸或纸板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，使纤维受到撕裂、弯曲、扭曲、压溃和断裂等力的作用，互相分离成单根纤维；并把纤维切成适当长度，沿纤维方向摩擦分裂，两端帚化发毛，宏观上利于增加纤维间的接触面积，提高纤维的交织能力，微观上它能使微细纤维之间足够接近，形成分子链之间的氢键结合。两者都能显著增强纸张强度，但后者更加明显。(2)打浆设备槽式打浆机、盘磨机、磨浆机打浆度：表示打浆的程度（0SR：0-100）0SR70粘状浆0SR30游离浆0SR高,有利于增加纤维间的结合力，提高纸的抗张强度\耐破度\耐折度\平滑度\挺度等;但降低纤维平均长度,降低纸的撕裂度和不透明性，因此打浆度要适中。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。纸内施胶：将胶料直接加入纸浆内，然后造成纸张。施胶剂多为松香胶，松香不溶于水，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