包装材料学-王建清-纸包装材料与制品第2章资料.ppt
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1、第二章第二章 包装纸和纸板包装纸和纸板(Packaging Paper and Board)(Packaging Paper and Board)第一节第一节 造纸原料造纸原料纸和纸板的生产过程:纸和纸板的生产过程:一、造纸原料的种类一、造纸原料的种类二、造纸植物纤维原料的生物结构二、造纸植物纤维原料的生物结构 1 1 粗视结构(肉眼辨别)粗视结构(肉眼辨别)树皮、形成层、木质部、树芯年轮树皮、形成层、木质部、树芯年轮造纸造纸2纤维与细胞(光学纤维经辨别)纤维与细胞(光学纤维经辨别)3 3微细纤维(电子显微镜辨别)微细纤维(电子显微镜辨别)三、造纸植物纤维的化学组分三、造纸植物纤维的化学组分1
2、 1纤维素纤维素(1)(1)主要性能特点主要性能特点吸水吸水在酸和或碱性条件下发生水解和降解;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易发生氧化反应,结果甙键断裂或未端基氧化剥离(剥皮剥皮反应反应)羟基中的氢易为其它基团取代而硝化羟基中的氢易为其它基团取代而硝化(-OONO2)、醚化、醚化(-OCOCH3)(2)作用作用提高纸张强度提高纸张强度透明透明2 半纤维素半纤维素(1)半纤维素的组成与性能半纤维素的组成与性能 a 半纤维素也是一种碳水化合物,与纤维素不同的半纤维素也是一种碳水化合物,与纤维素不同的是:是:主要由木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖
3、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、氧化化学性能更活泼,易水解、降解、氧化(2)作用作用提高阻隔性能如不透气、不透光,提高吸收性等提高阻隔性能如不透气、不透光,提高吸收性等 3 木素木素(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。基、愈疮木基、紫丁香基。(2)性能:性能:它是一种胶质,主要存在于胞间层、初生壁中,起粘合剂它是一种胶质,主要存在于胞间层、初生壁中,起粘合剂作用;作用;
4、与酸、碱易生成水滤物;与酸、碱易生成水滤物;(3)作用:适量时可提高纸和纸板挺度。作用:适量时可提高纸和纸板挺度。4 少量成分少量成分松香、胶质、脂肪、无机物等松香、胶质、脂肪、无机物等 5 化学成分在纤维中的分布化学成分在纤维中的分布胞间层主要是木素,胞间层主要是木素,S1层层-纤维素、木素,纤维素、木素,S2层层-纤维纤维素素四、化学成分在纤维中的分布四、化学成分在纤维中的分布常用造纸原料的化学组成常用造纸原料的化学组成原料原料纤维纤维素素/%半半纤维纤维素素/%木素木素/%灰分灰分/%其它其它/%红红松松53.1210.4627.690.428.31落叶松落叶松52.5511.2727.
5、440.368.38马马尾松尾松51.8615.0828.420.334.31杨杨木木43.2423.5017.100.3215.84桦桦木木53.4321.223.910.820.64柏木柏木44.1610.6932.440.4112.30稻草稻草39.1222.4511.6613.3913.38麦草麦草40.4025.5622.346.045.66芦芦苇苇50.9722.1519.583.683.62毛竹毛竹44.3521.4130.671.102.47棉杆棉杆50.2319.2111.003.205.36棉花棉花96.001.0000.202.80结结构构厚度,厚度,m化学成分化学成分
6、(%)纤维纤维素素半半纤维纤维素素木素木素MLPS1S2S3120.030.100.100.200.500.800.070.100103555551020253540907040155针叶木纤维细胞中化学成分的分布针叶木纤维细胞中化学成分的分布第二节第二节制制浆工艺浆工艺一、定义一、定义 将造纸原料分散为单根纤维的过程叫制浆将造纸原料分散为单根纤维的过程叫制浆(Pulping),获,获 得的产品称为纸浆(得的产品称为纸浆(pulp)。二、备料二、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制浆前把粗长的木材、禾草切成小块的料片并去除杂质(树树皮、皮、树节树节、草根、草叶等、草根、草叶
7、等)的操作。一般木材要切成长)的操作。一般木材要切成长15-20mm,厚,厚3-5mm,宽不超过宽不超过20mm的木片,禾草类为的木片,禾草类为30mm长的草段。长的草段。三、制浆三、制浆 一般的制浆过程: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1 1化学法制浆化学法制浆(CP,Chemical Pulping)(1 1)原理)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。素反应生成水溶物,使纤维分离分散成为浆料。(2 2)特征)特征 这种方法制得的纸浆大致保留了纤维的天然长度,
8、去除这种方法制得的纸浆大致保留了纤维的天然长度,去除了大了大部分木素,能用来生产强度高、柔软的高档纸;缺点部分木素,能用来生产强度高、柔软的高档纸;缺点是是得率低,污染大。得率低,污染大。得率得率=纸浆纸浆/原料原料100%100%(3 3)化学法制浆方法比较)化学法制浆方法比较种种类类化学法化学法 药药品成分品成分特征特征适用原料适用原料纸浆纸浆用途用途碱法碱法石灰法石灰法Ca(OH)2脱胶、脂脱胶、脂强强,脱木素差脱木素差禾草、棉、禾草、棉、麻麻纸纸板、板、证证券券纸纸、卫卫生生纸纸烧烧碱法碱法NaOH脱木素脱木素强强芦芦苇苇、阔阔叶木叶木文化用文化用纸纸硫酸硫酸盐盐法法 NaOH+Na2
9、S 脱木素脱木素强强,对对纤维纤维破坏小破坏小针针叶木、叶木、竹、芦竹、芦苇苇高档文化用高档文化用纸纸和包装和包装纸纸酸法酸法 亚亚硫酸硫酸盐盐法法Na2SO3、MgSO3 等等脱木素脱木素强强,对对纤维纤维破坏小破坏小所有原料所有原料文化用文化用纸纸(4)(4)化学法制浆工艺化学法制浆工艺 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。式蒸球为例。(5 5)漂白)漂白 a.a.白度:白度:白色或接近白色的纸和纸板表面对蓝光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的反射率相对于蓝光照射标准白板表面时反射率
10、之比,称为白度,以之比,称为白度,以%表示。表示。b.b.漂白方法漂白方法氧化性漂白:氧化性漂白:漂白剂:漂白剂:ClO2,NaClO,H2O2,l2特点:漂白白度高,稳定性好,永久漂白,但破坏纤维特点:漂白白度高,稳定性好,永久漂白,但破坏纤维 素。素。还原性漂白:还原性漂白:漂白剂:漂白剂:Na2S2O4,ZnS2O4特点:漂白稳定性差,短时漂白,但不破坏纤维素。特点:漂白稳定性差,短时漂白,但不破坏纤维素。2 机械法制浆机械法制浆 (MP,Mechanical Pulping)(1)原理原理 通过机械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用将原料分通过机械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用将原料分 散成纤
11、维。散成纤维。(2)特点特点 得率高,无污染。因保留了所有成分得率高,无污染。因保留了所有成分(杂细胞、木素杂细胞、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,漂后发黄等脆,漂后发黄等。(3)生产工艺生产工艺 通过链式磨木机、磨石磨木机或盘磨机磨解原木或木通过链式磨木机、磨石磨木机或盘磨机磨解原木或木片。片。以链式磨木机为例。它由料箱、送料链条、磨石等组以链式磨木机为例。它由料箱、送料链条、磨石等组成。成。原木原木磨木机磨木机筛选筛选本色浆本色浆漂白漂白链式磨木机化学机械法制浆化学机械法制浆(Semi-chemical Pulping)
12、(1)原理原理 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蒸煮处理,使原料松弛、松软,然后用盘磨机磨制成浆。浆。(2)特点特点 得率介于化学浆和机械浆之间,只能得到本色浆。得率介于化学浆和机械浆之间,只能得到本色浆。第三节第三节 造纸工艺造纸工艺造纸定义造纸定义 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。的薄片。造纸方法造纸方法目前以湿法造纸为主。目前以湿法造纸为主。一一、打浆与调料打浆与调料1 打浆打浆(Beating)(1)原理与作用原理与作
13、用 利用物理机械方法处理浆料,使纤维经挤压、摩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;并且擦、揉搓、剪切等作用,互相分离成单根纤维;并且使纤维脱出使纤维脱出ML、P、S1层,分丝帚化,以利于纸页成层,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。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;加之后,其间少
14、量残留水与纤维上的羟基形成水桥;加热时水被蒸发,促使纤维足够接近热时水被蒸发,促使纤维足够接近(2.552.75A)形成形成氢键。氢键。b.打浆机打浆机 槽式打浆机、盘磨机、磨浆机槽式打浆机、盘磨机、磨浆机。2 施胶施胶(Sizing)通过向纸浆冲加入耐水性胶料或在纸幅表面涂胶,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。使纸张获得抗拒液体扩散和渗透的能力。a 施胶的作用施胶的作用洇水: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。生泅水,结果纸张吸潮、印刷效果劣。胶料填塞毛细孔,阻止
15、水分渗入。胶料填塞毛细孔,阻止水分渗入。b 施胶方法施胶方法 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。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。另外石蜡、沥青亦可作为施胶剂。3 3 加填加填(Fill)(Fill)向纸浆中加入适当的无机填料,以改善纸页的光向纸浆中加入适当的无机填料,以改善纸页的光学性能学性能(不透明不透明)、印刷性能、印刷性能(表面干滑、均匀、吸墨性表面干滑、均匀、吸
16、墨性好好),降低成本。,降低成本。滑石粉滑石粉(成分成分:MgO 30.6%,SiO2 62%,白度白度96.8%,粒度粒度0.25-5),瓷土瓷土(成分成分:Al2O3 39%,SiO2 45%,白度白度82%,粒度粒度0.5-10),另外还可加: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 调浓及其它处理调浓及其它处理染色染色 根据要求可加入适当染料制成希望色泽的纸张根据要求可加入适当染料制成希望色泽的纸张增强增强 加入增强剂加入增强剂(羧甲基纤维素,羧甲基纤维素,CMC)、耐磨、抗、耐磨、抗湿
17、剂湿剂(脲醛、三聚氰胺树脂脲醛、三聚氰胺树脂)等等调浓至调浓至0.11.5%二、造纸机二、造纸机(Papermaker)造纸机主要有长网造纸机、圆网造纸机等造纸机主要有长网造纸机、圆网造纸机等。1 1 长网造纸机长网造纸机(1)流浆箱:以稳定的流速、均匀地将浆料迸上铜网。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成型网部:浆料在网上脱水,形成厚薄均匀的湿纸 幅。幅。l定量定量(Grammage)、厚度、厚度(Thickness)的形成的形成l正正面面(Felt side)反反面面(Wire side)的的形形成成:纸纸幅幅接接触触网网的的一一
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