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1、第二章 包装纸和纸板(Packaging Paper and Board),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
2、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200 b 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,
3、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：,化学法制浆(CP,Chemical Pulping)（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
4、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,(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，l2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,Mechanical Pulping)(1)原理 通
5、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。,链式磨木机,化学机械法制浆(Semi-chemical Pulping)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
6、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(2.552.75A)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
7、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:MgO 30.6%,SiO2 62%,白度96.8%,粒度0.25-5)，瓷土(成分:Al2O3 39%,SiO2 45%,白
8、度82%,粒度0.5-10),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240%。,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0.11.5%,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(Felt side)反面(Wire side)的
9、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(Machine direction)、横向(Cross direction)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3040%。(4)干燥部：蒸发水分，干度达8896%。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(Cylinder Machine)(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)
10、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,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*1092mm 850*1168mm 880*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)；,(4)复印纸规格（A类规格B类规格）,2、
11、卷筒纸直径：750850mm 幅宽：B:787 850 880 1092 1168 1230 1575mmW:2501000Kgf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60300mm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
12、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 ISO The International Organization for Standardization美国材料试验标准 ASTM American Standard for Testing Material德国工业标准 DIN Deutsch Industric Norm日本工业标准 JIS Japanese Industrial Standard,3、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(231 502%RH)。（2）取样随机抽样卷
13、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(Testing Atmospheres)231 502%RHb 处理时间：448h 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46h,纸板1048h保持空气循环流动,五、
14、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/m2 1b/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,m2,2 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(Appa
15、rent density)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(Moisture content)纸和纸板在100105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105C，记下质量W2计算水分M=（W1-W2）/W1,抗张性能(Tensile propertics)纸和纸板所能承受的最大拉力，N(1)试样与仪器15250mm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
16、断记录数据(包括试样伸长值),(3).计算抗张强度(Tensile strength)纸和纸板横截面长度所能承受的最大张力，N/m,裂断长(Breaking length)纸和纸板在自身重量作用下断裂时的长度，以m或km表示 抗张指数(Tensile Index)抗张强度除以定量，Nm/g I=S/G 式中 I-抗张指数,Nm/g S-抗张强度,N/m G-定量,g/m2,伸长率(Tensile stretch)纸和纸板断裂时的伸长对原试样长度的比率，%,6 耐破度(Burst,Bursting strength)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100100mm正反
17、面各10个Muller缪伦耐破度仪压缩机(夹紧试样，0.20.3Mpa)工作部：气缸、活塞、胶膜、传感器显示器：测试结果(2)操作步骤起动压缩机至规定压力-夹紧试样-测试启动-记录数据,(3)计算耐破度,7 耐折度(Folding endurance)纸或纸板在一定张力下所能经受往复(MIT:135,Schopper:180)双折次数，次(1)试样与仪器15100mm纵横向各10个Schopper耐折度仪(2)操作步骤释放张力-夹紧试样-施 加张力-启动-记数(3)计算取平均值，保留整数,8 挺度(Bending stiffness)测试挺度方法有多种，国际上较为通用共振法；国家标准为泰伯法(
18、Taber)，即：在标准条件下，弯曲一端夹紧的试样至15角时的力矩，mNm(1)试样与仪器3870mm纵横向各5条泰伯尔挺度仪(2)操作步骤选择砝码-夹紧试样-顺、逆时针弯曲-记录(3)计算 S=nR式中 S-挺度，mNm n-砝码系数 R-读数平均值,*共振法(Resonance method)纸和纸板在弹性范围内受力弯曲时所产生的单位阻力矩，mNm 15250mm纵横向各10条、共振挺度仪操作：下试样夹夹紧试样底端，上试样夹夹持试样启动，上试样夹以f=25Hz、振幅小于0.2mm振动移动上试样夹至试样自由端振幅最大测量自由端长度及重量,计算：,思考题1.简述造纸植物纤维原料的物理结构特征、化学组成及其主要性能。2.简述纸和纸板的生产工艺。3.怎样才能制造出质量良好的纸和纸板？4.试样测试前为什么要进行予处理？5.总结纸和纸板物理特性及其测试方法。6.怎样评价纸和纸板质量的优劣？,
