（制浆造纸工程专业论文）淀粉基表面施胶剂对瓦楞原纸增强作用的研究.pdf

淀粉基表面施胶剂对瓦楞原纸增强作用的研究 摘要 目前国内瓦楞原纸多以废纸为主，其中存在着纤维长度变短、 机械强度差，杂质含量高等问题，所以在瓦楞原纸生产中，多采用 原淀粉或现场氧化改性淀粉进行表面施胶来提高纸张物理强度。但 是随着包装行业得发展，采用单纯的原淀粉或轻度氧化淀粉施胶的 瓦楞原纸，已经不能满足市场对于高强瓦楞原纸低定量、高强度的 要求。采用复配和化学交联等方法对淀粉进行改性，以提高和改善 淀粉糊化液的成膜性能及其物理强度性能是淀粉改性技术领域中重 要的研究课题。本文通过比较不同助剂与淀粉复配或反应之后所得 到的表面施胶剂在瓦楞原纸上的施胶效果，得出较佳的施胶工艺条 件及各种表面施胶剂在瓦楞原纸施胶效果方面的优势，分别采用阳 离子聚丙烯酰胺( c p a m ) 、甲醛、乌洛托品与淀粉配伍进行了表面 施胶实验，考察了助剂用量、过硫酸铵用量、p h 值、反应时间等相 关工艺参数对瓦楞原纸环压指数和抗张指数的影响，并且探讨了淀 粉的氧化程度对于瓦楞原纸施胶效果的影响。 本试验采用氧化淀粉和c p a m 不同配比的混合物作为表面施胶 剂，研究其对瓦楞原纸施胶效果的影响。结果表明：当淀粉基表面 施胶剂中采用分子量为5 0 万单位的c p a m ，c p a m 添加量为淀粉用 量的1 5 ，原淀粉用量为6 o ，过硫酸铵用量为1 5 时，施胶后 的纸张强度比较好，抗张指数和环压指数分别达到了3 5 o n m g d 和 7 5 3 n m g ，与单独使用过硫酸铵氧化淀粉相比较分别提高了1 4 o 和18 o 。 通过甲醛、过硫酸铵与原淀粉反应制得轻度交联氧化双重变性 的淀粉糊化液，并对其作为施胶剂在瓦楞原纸增强中的应用进行了 研究。结果表明：甲醛用量为淀粉用量的4 o ，过硫酸铵用量1 o ， p h = 8 0 时，施胶后瓦楞原纸的强度有明显的提高，抗张指数和环压 指数分别为37 7 n m g j 和8 0 3 n r n g ，与不添加甲醛的空白样相比 较，环压指数和抗张指数分别提高了2 6 o 和2 2 8 ；同时经检测纸 面甲醛含量小于2 3 8 m g k g 一，达到了国际纺织品生态研究和检测协 会制定的有关测试品中有毒物质的标准。 通过乌洛托品、过硫酸铵与淀粉反应制得轻度交联氧化复合变 性淀粉，并对其作为施胶剂在瓦楞纸增强中的应用进行了研究。讨 论了乌洛托品用量、过硫酸铵用量、反应p h 值以及反应时间对瓦楞 纸增强效果的影响，并且对乌洛托品过硫酸铵改性淀粉表面施胶剂 的粘度稳定性进行了研究。结果表明：对瓦楞纸施胶的最佳条件是， 乌洛托品用量为淀粉用量的1 o ，过硫酸铵用量1 o ，p h = 8 0 ，反 应时问15 m i n 时，在此条件下，瓦楞原纸的环压指数和抗张指数有 了明显的提高，分别达到了8 0 9 n m g 。和3 9 3 n m g ，比氧化淀粉 施胶分别增加了2 6 8 和2 8 o 。 在淀粉氧化程度对瓦楞纸表面施胶性能的影响研究中，发现影 响淀粉氧化度的主要因素是：双氧水用量，其次是p h 值和反应温度， 最后是催化剂用量。较佳的工艺条件是：氧化剂( h 2 0 2 ) 7 o 、p h 值为7 o 、反应温度为5 5 、不添加催化剂。在此条件下氧化淀粉的 羧基含量为o 4 7 8 。表面施胶实验发现，羧基含量适中的氧化淀粉 比高羧基含量的氧化淀粉表现出了更好的表面施胶性能。 关键词：瓦楞原纸，氧化淀粉，表面施胶，环压指数，抗张指数 i i s t u d yo nt h ee f f e c to f m o d i f i e ds t a r c hs u r f a c es i z i n g a g e n tt os t r e n g t h e nt h e c o r r u g a t e dm e d i u m a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h ep r o d u c t i o nr a wm a t e r i a lo fd o m e s t i cc o r r u g a t e d m e d i u mm a i n l yw i t hw a s t ep a p e r ，t h ee x i s t i n gp r o b l e m sa r es h o r tf i b e r s ， p o o rm e c h a n i c a ls t r e n g t ha n dh i g h e ri m p u r i t yc o n t e n t ，u s e s s t a r c ho r t h em o d if i e do x i d a t i o ns t a r c ha r eu s e dt oi m p r o v ep a p e rp h y s i c a l s t r e n g t hi nt h es u r f a c es i z i n g h o w e v e rw i t ht h ed e v e l o p m e n to f p a c k a g i n gi n d u s t r y , u s i n gr e d i e n t st h ep u r eo r i g i n a ls t a r c h o rt h em i l d o x i d a t i o ns t a r c ha ss u r f a c es i z i n ga g e n th a sn o ta b l et om e e tt h en e e do f t h em a r k e tf o rt h eh i g hs t r e n g t hc o r r u g a t i n gm e d i u mt h a tr e q u i r e sl o w b a s i s w e i g h t a n d h i g hs t r e n g t h u s i n gc p a m ，f o r m a l d e h y d e ， u r o t r o p i n ec o m b i n ew i t hs t a r c hr e s p e c t i v e l ya n dc a r r i n g o u ts u r f a c e s i z i n ge x p e r i m e n t s t h e a m o u n to fs t a r c ha d d i t i v e ，a m m o n i u m p e r s u l f a t e ，p h ，r e a c t i o nt i m ea n do t h e rr e l e v a n tp a r a m e t e r so nt h er i n g c r u s hi n d e xa n dt e n s i l ei n d e xw e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dw a sd i s c u s s e dt h e e f f e c to fo x i d a t i o ns t a r c hf o rs i z i n gc o r r u g a t i n gm e d i u m t h ee f f e c to fc o r r u g a t e dm e d i u m sq u a l i t yu s i n gt h em i x t u r eo f o x i d i z e ds t a r c ha n dc a t i o n i c p o l y a c r y l a m i d e ( c p a m ) h a d b e e n i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：u s i n gt h ec p a mo f5 0m i l l i o n m o l e c u l a rw e i g h t ，c p a md o s a g e1 5 ，t h eo r i g i n a ls t a r c h6 o s t a r c h ， t h ea m m o n i u mp e r s u l f a t e1 5 t h et e n s i l ei n d e xa n dr i n gc r u s h i n d e xo ff i n i s h e dp a p e ra r e3 5 on 。m 。g 叫a n d7 5 3n m 。g r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dw i t ht h es u r f a c es i z i n ge f f e c to fa m m o n i u ms u l f a t eo x i d i z e d s t a r c h t h et e n s i l ei n d e xa n dr i n gc r u s hi n d e xi n p r o v e14 o a n d18 0 r e s p e c t i v e l y t h em i l dc r o s sl i n k e d c a r b o x y m e t h y ld u p l e xm o d i f i e ds t a r c hw a s p r e p a r e dw i t hf o r m a l d e h y d e ，s t a r c ha n da m m o n i u mp e r s u l f a t ei nt h i s t h e s i sa n dt h em o d i f i e ds t a r c hh a db e e ni n v e s t i g e da sas u r f a c es i z i n g 1 1 1 a g e n ti ns t r e n g t h e nt h ec o r r u g a t e dm e d i u m t h ee f f e c to fe n h a n c e m e n t b yt h ed o s a g eo ff o r m a l d e h y d e ，t h ed o s a g eo fa m m o n i u mp e r s u lf a t ea n d p ho fr e a c t i o nw a ss t u d i e da n df o r m a l d e h y d ec o n t e n ti np a p e rw a s c h e c k e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nt h ea m o u n to ff o r m a l d e h y d e w a s4 0 ，t h ea m o u n to fa m m o n i u mp e r s u l f a t ew a s1 o ，p hw a s8 ， c o m p a r e i n gw i t ht h eb l a n ks a m p l et h a tf o r m a l d e h y d ew a sn o ta d d e d r i n gc r u s hi n d e xi n c r e a s e db y2 6 ，t h et e n s i l ei n d e xi n c r e a s e db y2 2 8 ， s i m u l t a n e o u s l yt h ef o r m a l d e h y d ec o n t e n tl e s st h a n2 3 8 r a g k g ，w h i c h m e tt h es t a n d a r do ft o x i cs u b s t a n c eo fo e k o t e x t h em i l dc r o s sl i n k e d c a r b o x y m e t h y ld u p l e xm o d i f i e ds t a r c hw a s p r e p a r e dw i t hh e x a m i n e ，s t a r c ha n da m m o n i u mp e r s u l f a t ei nt h i st h e s i s a n di th a db e e ns t u d i e da sas u r f a c es i z i n ga g e n ti ns t r e n g t h e n i n gt h e c o r r u g a t e dm e d i u m t h ee f f e c t o fe n h a n c e m e n tb yt h ed o s a g eo f h e x a m i n e ，t h ed o s a g eo fa m m o n i u mp e r s u lf a t e ，p ho fr e a c t i o na n d r e a c t i o nt i m ew a ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nt h ea m o u n t o fh e x a m i n ew a s1 o ，t h ea m o u n to fa m m o n i u mp e r s u l f a t ew a s1 ，p h w a s8 0 ，r e a c t i o nt i m ew a s15m i n ，c o m p a r i n gw i t ht h es t a r c ha st h e s u r f a c e s i z i n ga g e n t ，r i n g c r u s h i n d e xa n dt h et e n s i l ei n d e xo f c o r r u g a t e dm e d i u mi n c r e a s e d2 6 8 a n d2 8 o r e s p e c t l y i nt h er e s e a r c ho fr e l a t i o nb e t w e e ns t a r c h so x i d a t i o nd e g r e ea n d c o r r u g a t e dm e d i u ms u r f a c es i z i n g ，t h ef a c t o r sa r eh y d r o g e np e r o x i d e c h a r g e ，f o l l o w e db yp ha n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t h el a s ti sc a t a l y s t d o s a g e t h eo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sw e r e ：h y d r o g e n p e r o x i d ec h a r g e7 o ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ea t5 5 ，p h7 0 t h e c a r b o x y l i c c o n t e n to fo x i d i z e ds t a r c hw a so 4 7 8 ，c o m p a r i n gt h e s u r f a c es i z i n gr e s u l t so fo x i d i z e ds t a r c hw i t hd i f f e r e n tc a r b o x y l i c c o n t e n t ，t h er e s u l ts h o w e dt h a to x i d i z e ds t a r c hw i t hm i d d l ec a r b o x y l i c c o n t e n tw a se f f e c t i v e k e y w o r d s ：c o r r u g a t i n gm e d i u m ，o x i d i z e ds t a r c h ，s u r f a c es i z i n g ， r i n gc r u s hi n d e x ，t e n s i l ei n d e x 淀粉基表面施胶剂对瓦楞原纸增强作用的研究 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：豳盆 日 期：2 q q 仝生旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并 通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：鱼褪导师签名：棹日 期：必 淀粉基表面施胶剂对瓦楞原纸增强作用的研究 1 绪论 1 1 我国造纸工业纤维原料结构现状及变化特点 1 1 1 我国造纸工业原料结构现状 造纸原料是造纸工业发展的基础，纤维原料的种类、数量与质量，不仅关 系到造纸工业的品种、质量和发展速度，而且对造纸企业的规模，采取的工艺 技术装备路线，污染的治理和经济效益等都有着决定性的影响。原料结构的调 整关系着整个造纸工业的调整。在我国造纸工业持续、快速发展过程中，造纸 纤维原料的供应将始终是困扰我国造纸工业发展的瓶颈。近年来，我国造纸行 业的结构矛盾突出，其中原料结构的不合理及供给不足己严重制约我国造纸工 业持续、健康发展。 纸浆通常分为木浆、废纸浆和非木浆。国际造纸工业纸浆结构为：木浆约 占6 2 6 ，废纸浆3 4 ，非木浆3 4 。据中国造纸协会2 0 0 8 年度报告【l l ，2 0 0 8 年我国纸浆消费木浆仅占2 2 ( 其中进口木浆为12 ) ，废纸浆则占到6 0 ( 其 中进口废纸浆为2 6 ) ，而非木浆达到1 8 ，草类等非木质纤维制浆的比例相 当之高。这直接影响了我国纸类产品的质量，纤维原料结构的不合理及供应不 足已经严重制约了我国造纸工业的发展。与国际主要造纸工业大国相比，我国 目前主要存在的问题首先是不合理的原料结构，主要是过高的非木浆使用比例 ( 麦草浆为主) ，这不仅影响了产品档次和竞争力、先进纸机的使用，而且污染 严重，环保成本较高；其次，我国目前的造纸原料来源中废纸使用比例相当高， 但我国废纸回收机制很不完善，再回收率很低，仅为3 0 左右，低于4 7 7 的 世界平均水平。从2 0 0 2 年到2 0 0 8 年间我国造纸工业各类纸浆消耗结构比重， 详见表1 1 所示。 表1 12 0 0 2 2 0 0 8 年我国造纸工业各类纸浆消费结构比重 t a b l e l - 1p u l pc o n s u m p t i o ns t r u c t u r eo fp a p e r m a k i n gi n d u s t r eo fc h i n ai n2 0 0 2 2 0 0 8 据中国造纸协会资料调查，2 0 0 8 年全国纸及纸板生产企业约有3 5 0 0 家，全 陕西科技大学硕士学位论文 国纸及纸板生产量7 9 8 0 万t ，较上年7 3 5 0 万t 增长8 5 7 。消费量7 9 3 5 万t ，较上 年7 2 9 0 万t 增长8 8 5 ，人均年消费量为6 0 k g ( 13 2 8 亿人) ，比上年增长5 k g 。 2 0 0 8 年比2 0 0 0 年生产量增长1 6 1 6 4 ，消费量增长1 2 1 9 6 。从2 0 0 0 年至u 2 0 0 8 年间，纸及纸板生产量年均增长1 2 7 8 ，消费量年均增长10 4 8 ( 见图1 1 ) 。 主要产品中：新闻纸生产量4 6 0 万吨，占纸及纸板总产量的5 7 6 ，同比增 长2 2 2 ，消费量4 2 6 万吨，占纸及纸板总消费量的5 3 7 ，同比增长8 4 0 ； 未涂布印刷书写纸生产量1 4 0 0 万吨，占纸及纸板总产量的17 5 4 ，同比增长 4 4 8 ，消费量13 8 5 万吨，占纸及纸板总消费量的17 4 5 ，同比增长3 9 8 ； 涂布纸生产量5 5 0 万吨，占纸及纸板总产量的6 8 9 ，同比增长7 8 4 ，消费量 4 6 7 万吨，占纸及纸板总消费量的5 8 9 ，同比增长9 6 2 ；其中铜版纸生产量 4 6 0 万吨，占纸及纸板总产量的5 7 6 ，同比增长9 5 2 ，消费量4 0 1 万吨，占 纸及纸板总消费量的5 0 5 ，同比增长9 2 6 ；生活用纸生产量5 5 0 万t ，占纸 及纸板总产量的6 8 9 ，同比增长5 7 7 ，消费量5 0 3 万吨，占纸及纸板总消费 量的6 3 4 ，同比增长5 6 7 ；包装用纸生产量5 6 0 万t ，占纸及纸板总产量的 7 0 2 ，同比增长5 6 6 ，消费量5 6 9 万吨，占纸及纸板总消费量的7 17 ，同 比增长5 9 6 ；白纸板生产量1 1 2 0 万吨，占纸及纸板总产量的1 4 0 4 ，同比增 长6 6 7 ，消费量1 131 万吨，占纸及纸板总消费量的1 4 2 5 ，同比增长6 5 0 ， 其中涂布白纸板生产量1 0 7 0 万吨，占纸及纸板总产量的13 4 1 ，同比增长 7 0 0 ，消费量10 8l 万吨，占纸及纸板总消费量的l3 6 2 ，同比增长6 8 2 ； 箱纸板生产量l5 3 0 万吨，占纸及纸板总产量的19 17 ，同比增长12 5 0 ，消 费量l6 0 5 万吨，占纸及纸板总消费量的2 0 2 3 ，同比增长1 1 6 l ；瓦楞原纸 生产量15 2 0 万吨，占纸及纸板总产量的1 9 0 5 ，同比增长13 4 3 ，消费量l5 5 2 万吨，占纸及纸板总消费量的1 9 5 6 ，同比增长1 4 6 2 ；特种纸及纸板生产 量1 4 0 万吨，占纸及纸板总产量的1 7 5 ，同比增长1 6 6 7 ，消费量1 4 4 万吨， 占纸及纸板总消费量的1 81 ，同比增长5 8 8 ，详见图1 2 、表1 2 。 从2 0 0 8 年的生产和消费形势分析来看，全年生产和消费均呈低速增长态 势，分别比上年回落4 5 个百分点和1 6 个百分点。生产量增幅较大的主要品种 有瓦楞原纸、特种纸及纸板、箱纸板等。消费量增幅较大的主要品种有：瓦楞 原纸、箱纸板等。 2 9 0 0 0 8 0 0 0 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 淀粉基表面施胶剂对瓦楞原纸增强作用的研究 2 0 0 0 2 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 8 图1 12 0 0 0 2 0 0 8 年我国纸及纸板的生产和消费情况 f i gl - 1p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no fp a p e ra n dp a p e r b o a r do fc h i n ai n2 0 0 0 2 0 0 8 表1 22 0 0 8 年我国造纸工业主要产品生产及消费情况 t a b l el - 2p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no fm a i np a p e ri n d u s t r yo fc h i n ai n2 0 0 8 3 陕两科技大学硕士学位论文 根据中国造纸工业2 0 0 4 年至2 0 0 8 年度报告1 6 1 的统计资料表明，从2 0 0 4 年 2 0 0 8 年间我国主要包装纸板的生产和消费情况，详见表1 - 3 所示。 袁1 32 0 0 4 2 0 0 8 # - 我国包装纸板的生产和消费情况 ( 单位：万吨) t a b l e1 3p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no fp a c k i n gb o a r do fc h i n ai n2 0 0 4 2 0 0 8 箱纸板8 3 0 9 5 69 8 01 1 1 51 1 5 0 1 2 5 01 3 6 01 4 3 81 5 3 01 6 0 5 瓦楞原纸8 1 0 9 2 19 5 01 0 3 51 1 3 0 1 1 9 31 3 4 01 3 5 41 5 2 0 1 5 5 2 白纸板 6 7 07 7 27 9 08 6 39 4 0 9 7 21 0 5 01 0 6 21 1 2 01 1 3 1 单位： 口生产比例 2 0 0 0 1 8 0 0 1 6 0 0 1 4 o o 1 2 0 0 l o 。0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 o o 消费比例 芦歹矿矿 图1 22 0 0 8 年纸及纸板各品种生产和消费比例 f i g1 - 2t h ep r o p o r t i o no fp r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no fv a r i e t i e so fp a p e ra n dp a p e r b o a r d o f c h i n ai n2 0 0 8 4 淀粉基表面施胶剂对瓦楞原纸增强作用的研究 1 1 2 我国造纸纤维原料结构变化特点 我国造纸纤维原料结构的变化主要有以下几个特点：原料结构有所改 善，产品结构进一步优化；政策环境基本建立，林纸一体化发展形成共识；生 产消费快速增加，行业运行质量显著提高；企业重组力度加大，产业集中度有 所提高；污染防治初见成效，资源消耗进一步降低。 同时也存在的一些问题，主要问题为以下几点：规模不合理，规模效益 水平低；优质原料缺口大，对外依存度高；资源消耗较高，污染防治任务艰巨； 装备研发能力差，先进装备依靠进口；资本结构有待优化，统筹协调发展任务 紧迫。 1 2 瓦楞原纸 随着社会经济的发展，国际间的产品流通力度加大，与此同时，包装行业 也获得了长足的发展。进入2 1 世纪以来，全世界每年仅包装材料的消费总额就 超过8 0 0 0 亿美元。改革开放以来，中国包装工业以平均每年l4 的速度快速增 长，中国包装工业联合会会长石万鹏在2 0 0 6 年世界包装大会上透露，2 0 0 5 年中 国包装工总产值已达到5 0 0 亿美元，在国民经济总量的排序中跃升到了第1 4 位， 比上年同期增长2 2 4 t9 1 ，中国已经进入了世界包装大国的行列。预计“十一 五 期间，中国包装工业的总产值可望达到4 5 0 0 亿元人民币，并保持年均7 的增长速度。从2 0 11 年至l j 2 0 1 5 年，总产值可望突破6 0 0 0 亿元，每年平均增速约 维持在16 的水平。根据产品性质分类，中国纸包装制品产量到2 0 15 年可达 3 6 0 0 万吨，塑料包装制品9 4 6 万吨，金属包装制品4 9 1 万吨，玻璃包装制品15 5 0 万吨，包装机械12 0 万台套【1 0 】。由此可见，在包装行业领域中，纸质包装所占 包装销售份额最大【l l 】。而对于纸包装制品来说，其最重要的生产原料就是瓦楞 材料。瓦楞材料是一种十分优良的包装材料，可以代木、代塑，可以回收利用， 是绿色包装材料，故而受到重视环保的现代社会青睐，具有良好的发展前景1 1 2 。 通常，作为包装材料使用的瓦楞纸箱是由箱纸板和瓦楞原纸加工成瓦楞纸板， 再用瓦楞纸板进一步加工而成。瓦楞材料的主要作用是当瓦楞纸箱承受应变的 情况下，能将两面的箱板纸分开，以使纸板保持最大的厚度，从而使纸板得到 最大的惯性力矩【1 3 】。在当今节约能源与防止环境污染的国际形势下，既符合环 保要求，又能满足透气、防潮、抗震、抗压等多种要求的瓦楞纸箱、纸盒、纸 袋，居包装材料使用之首。但是随着人们生活水平的不断提高、市场经济的不 断发展及商品市场的不断繁荣，用户对瓦楞纸箱不断提出新的要求。国际上已 将无毒、无害、轻量、薄壁的包装产品和生产工艺视为发展潮流，其中欧美发 陕西科技大学硕士学位论文 展较快，最快的是德国、荷兰。国内广东的纸箱包装也已明显向低克重、高强 度方面发展【1 4 j 。根据国际市场的需求，我国的瓦楞原纸也已向低定量、高强度、 全规格方向发展t i s l 。 1 2 1 国内外瓦楞原纸的发展概况 随着包装行业的发展，对瓦楞原纸的需求也发展迅速，据资料介绍，从全 球范围统计，瓦楞材料消费量约占全部纸和纸板消费量的1 3 t 1 6 】。世界瓦楞原 纸产量2 0 0 2 年首次突破l 亿吨，2 0 0 4 年增至1 1 亿吨，2 0 0 5 年为1 1 7 亿吨。 亚洲瓦楞原纸产量2 0 0 4 年超过4 0 0 0 万吨，2 0 0 5 年达4 5 0 0 万吨。亚洲瓦楞原 纸产量占世界总产量的比例由19 9 5 年的31 6 提升为2 0 0 5 年的3 8 5 。北美 洲瓦楞原纸产量2 0 0 4 年为3 4 5 0 万吨，2 0 0 5 年减少为2 3 9 0 万吨，占世界总产 量的比例l9 9 5 为3 9 5 ，l9 9 9 年为3 9 6 0 ，2 0 0 5 年降为2 9 1 。欧洲瓦楞原 纸产量在19 9 5 2 0 0 5 年间，始终以较为稳定的速度增长，由19 9 5 年的18 6 5 万吨分别增加到1 9 9 9 年的2 1 9 7 万吨和2 0 0 5 年的2 7 2 0 万吨，占世界总产量的 比例由l9 9 5 年的2 3 提高到19 9 9 年的2 3 8 ，2 0 0 5 年略降至2 3 3 1 1 7 1 。 近年来，由于人们环保意识的提高，普遍以o c c 作为瓦楞原纸的主要原料。 西欧瓦楞材料废纸用量高达7 5 ，亚洲废纸用量占7 l ，韩国和我国台湾省更 是全部以废纸为原料生产箱纸板和瓦楞原纸【1 8 】。从全球范围统计，世界废纸的 回收量2 0 0 5 为1 9 4 亿吨，比上年增长5 ，其中亚洲为6 2 8 0 万吨，增长5 9 1 欧洲为5 6 5 0 万吨，增长7 5 ；北美洲为5 18 0 万吨，增长2 1 。废纸回收量 居世界前列的国家分别是美国4 7 0 0 万吨、日本2 3 0 0 万吨、中国l 7 l0 万吨、 德国1 4 4 0 万吨、韩国7 1o 万吨、法国6 6 0 万吨、意大利5 8 0 万吨。世界废纸 消费量2 0 0 5 年为1 8 5 亿吨，比上年增长2 7 。其中亚洲为8 2 3 0 万吨、增长 9 4 ，欧洲为3 5 0 l0 万吨、减少3 o ，北美洲为3 7 5 5 万吨、减少2 1 。废纸 消费量居世界前列的国家分别是美国3 2 8 6 万吨、中国3 5 l3 万吨、日本18 6 9 万吨、德国l3 7 0 万吨、韩国8 4 0 万吨、法国6 0 0 万吨、加拿大5 9 0 万吨、意 大利5 5 0 万吨。废纸进口量最多的国家是中国，2 0 0 5 年进口量为l7 0 0 万吨。 废纸出口量最多的国家是美国，2 0 0 5 年废纸出口量为14 6 0 万吨 1 9 l 。 我国瓦楞原纸的市场需求越来越多，加之国内瓦楞原纸生产现状的困扰， 导致进口量年年上升，尤其是高强瓦楞原纸，国内供应一直处于紧张状态。我 国从19 9 6 2 0 0 4 年期间箱板纸消费年增长1 2 2 ，瓦楞原纸消费年增长6 8 。 据统计，2 0 0 2 年全年进1 ：3 瓦楞原纸l2 5 4 万吨，2 0 0 3 年进口不足10 0 万吨，说 明大量中档和部分高档箱纸板产品我国已实现自给，只有部分高档牛皮箱板纸 及高强瓦楞原纸还仍然需要进口。中国造纸协会关于造纸工业“十五 计划的 6 淀粉基表面施胶剂对瓦楞原纸增强作用的研究 意见中提出发展目标为：到2 0 0 5 年我国瓦楞原纸产量达到7 2 0 吨，其中高强 瓦楞原纸产量为3 2 0 万吨( 2 0 0 1 年高强瓦楞原纸产量为1 8 0 万吨) ，届时瓦楞 原纸的消费量增加到9 3 0 万吨，其中高强瓦楞原纸的消费量达到4 8 0 万吨，与 我国目前产量相比差额较大，国内市场供应严重不足，市场需求潜力巨大，发 展前景广阔。我国瓦楞原纸的缺口应通过提高国内的产品质量和生产能力来解 决，不应过分依赖进口。2 0 0 5 年中国瓦楞原纸产量l9 3 0 万吨，其中高强瓦楞 原纸的产量供需缺口达18 0 万吨。与此同时，2 0 0 5 年中国瓦楞原纸消费量为 2 15 0 万吨( 高强瓦楞原纸的消费量既达到4 8 0 万吨) ，白纸板消费量为8 6 3 万 吨，包装纸消费量为5 7 6 万吨，三项合计为3 5 9 0 万吨1 2 叭。可见中国瓦楞原纸 消费比重比其它板纸高得多，这种比例正和国际上的比例相反，这在很大程度 上是由于我国瓦楞原纸普遍是高定量的，高强瓦楞原纸用量还太少。因此利用 a o c c ( 美国旧瓦楞纸箱) 与高得率半化学草浆为原料生产出高强度、低克重、 多规格的瓦楞原纸，是造纸行业产品结构调整的重要任务 2 z j 。 世界上纸与纸板年产量超过百万吨纸的国家数以十计，超过10 0 0 万吨的 有9 个国家，超过3 0 0 0 万吨的国家只有3 个一美国、中国和日本1 2 2 。中国己 成为世界第二大纸与纸板生产国和消费国，但人均消费量2 0 0 5 年为4 5 1k g ， 仍低于世界人均消费量的平均水平。世界人均纸与纸板消费量2 0 0 5 年为 5 6 3 k g ，亚洲纸与纸板消费总量虽居世界首位，但人均消费量仅3 5 3 k g ，远低 于北美的2 9 3 k g 和欧洲的1 3 2 5 k g 。人均消费量名列世界前10 位的国家分别是 卢森堡3 5 8 3 k g 、比利时3 5 3 8 k g 、芬兰3 2 4 4 k g 、美国3 0 0 6 k g 、瑞典2 5 5 4 k g 、 日本2 4 6 3 k g 、丹麦2 4 5 8 k g 、奥地利2 4 4 7 k g 、阿联酋2 3 5 9 k g 、德国2 3 2 7 k g 2 3 1 。 由于瓦楞原纸附加值低，价值不高，获利也不高，国内许多纸厂并不重视 该产品的生产，近年来多数企业普遍看好牛皮箱纸板和白板纸等附加值相对较 高的产品，纷纷扩建改造、增大产量，因此也更加增大了与之配套的瓦楞原纸 的缺口，现在已有不少企业意识到这一问题，正在千方百计利用现有装备以及 国内外资源来提高瓦楞纸的生产能力，但要改变这一现状，还需一定时间。随 着中国经济的发展，包装量的增加，瓦楞原纸尤其是高强瓦楞原纸市场需求量 会越来越大。 1 2 2 瓦楞原纸的分类标准和质量要求 g b l 3 0 2 3 9 l 瓦楞原纸标准将瓦楞原纸按质量分为a 、b 、c 、d 四个等级。 其质量指标有五项：定量、紧度、环压强度、抗张强度、交货水分。表l 4 为 瓦楞原纸的分类及各项指标 2 5 1 。 瓦楞原纸要求纤维组织应均匀，纸幅厚薄应一致，且具有一定的环压强度、 7 陕西科技大学硕士学位论文 抗张强度和耐折度；色泽亮黄，纸面平整，水分适当。 表1 4g b l 3 0 2 3 9 1 瓦楞原纸的分类及各项指标【2 5 1 t a b l e1 4g b13 0 2 3 91c l a s s i f i c a t i o na n dv a r i o u si n d i c a t o r so fc o r r u g a t e dm e d i u m t 2 5 】 1 2 3 瓦楞原纸的性能指标 对于瓦楞原纸的纸张质量要求，则有向低定量、高强度发展的趋势。纸张 定量的降低，在相应的生产过程中能够节约原料、降低能耗、降低运输成本， 给厂家创造更大的利润。但是在实际生产应用中，纸张的强度问题却暴露较多。 对于瓦楞原纸，环压强度是其使用功能的代表性指标，因此，最主要的就是有 关瓦楞原纸的环压强度问题。 a 环压强度 环压强度是检查原纸一个重要的质量指标，指原纸沿横幅方向阻抗外力的 负荷能力。由于原纸的厚度较薄，要在一张平直的原纸上沿垂直其厚度的方向 施加压力，而又要原纸维持其稳定是难以做到的。一般使用环压试验仪测定瓦 楞原纸的环压强度，把原纸以一定的尺寸长度和宽度围成环形施加压力，所测 得的抗压强度的大小，就是原纸的环压强度，单位以n m ( 牛米) 表示。纸板 的环压强度的检测方法1 2 “2 7 1 亦如此，是指将一定尺寸的试样，插在试样座内， 形成圆环形，在测量板之间进行压，在压溃前所能承受的最大的力，即为环压 强度。 瓦楞原纸环压强度的要求特指其横向环压强度，这是与其使用特性密切相 8 淀粉基表面施胶剂对瓦楞原纸增强作用的研究 关的。作为瓦楞纸箱制作材料的瓦楞纸板是由箱板纸和瓦楞原纸粘接而构成 的，瓦楞纸板的横切面像桥梁的拱形结构，呈拱状的上、下波峰表面与面纸和 衬纸粘合形成连续的拱形，因此瓦楞纸板平面受力与拱架相似，必须具有良好 的刚性、弹性和防震性能。而瓦楞纸板作为刚性容器的材料使用时必须保持一 定形状，瓦楞纸箱失效一个主要形式就是抗压强度不够被压塌。瓦楞纸箱的抗 压强度与瓦楞纸板的边压强度( 边压强度是瓦楞纸板一个质量指标，指纸板沿 瓦楞方向承受压缩负荷的能力，其含义与原纸的环压强度相似，只是瓦楞纸板 具有一定的厚度和稳定性，故不需卷成环形进行测试) 密切相关；瓦楞纸板的 边压强度又直接与原纸的环压强度相关，原纸的环压强度大，则纸箱的抗压强 度就好，这就是要求原纸有较好环压强度的原因。为了增加纸箱的抗压性能， 需要使纸箱4 个侧面的瓦楞纸板的拱形波纹的方向垂直于纸箱的底面，这样的 方向不仅有利于制箱的操作，更主要的是使纸箱具有良好的抗压强度。这也是 要求原纸具有良好横向环压强度原因。生产过程中影响瓦楞原纸环压强度的因 素主要可归为以下几个方面：纸页特性；纤维原料：制浆和造纸参数；增强剂； 表面处理。 瓦楞原纸环压强度的提高主要有以下几个途径【2 8 。2 9 】： ( 1 ) 合理的原料配比。 ( 2 ) 适当减少蒸煮用碱量。木素和半纤维合量多、硬度高的浆料所抄造的 纸张环压强度好。 ( 3 ) 在不影响裂断长和紧度的情况下，适当降低叩解度，这样可使原纸在相 同定量下增加其厚度，有利于环压强度加大，同时又能节约能耗。 ( 4 ) 化学增强。在浆料中添加增强剂可起到提高环压强度和补强的目的。 最常用的增强剂是改性淀粉、羧甲基纤维素等。 ( 5 ) 纤维在纸中定向排列。横向排列的纤维增加，该方向的环压强度也可 以提高。 ( 6 ) 适当的提高干燥温度可增加原纸的环压强度。 ( 7 ) 降低纸的紧度而增加纸的厚度，可以提高原纸的环压强度。 ( 8 ) 对于原纸进行表面施胶可以增加原纸的环压强度。 ( 9 ) 降低原纸的含水量可以提高其环压强度。 b 挺度 挺度是衡量瓦楞原纸质量的另一重要指标，瓦楞原纸的环压强度与挺度也 有密切的关系。许多研究结果表明，环压强度好的瓦楞原纸其挺度也好。因此 提高瓦楞原纸的挺度，是提高其环压强度的一个重要措施。 9 陕两科技大学硕士学位论文 纸的挺度是衡量纸耐弯曲的强度性能指标。对匀质纸页，单位宽度弯曲挺 度的计算公式为【3 0 】： s b = e z 3 1 2 ( 1 1 ) 若将定量w 引入上式中，则得到挺度指数，单位为n m i t l 2 g s = e z 3 1 2 w( 1 2 ) 式中： s 6 一挺度( n m ) ； p 挺度指数( n m m 2 g ) ； z ，_ 厚度方向上的z 坐标( 在中性层上z = 0 ，没有平面内应变存在) ( m ) ； b 一弹性模量( n m 2 ) 。 由上式l 一1 可以看出：影响挺度的基本因素为厚度和弹性模量。而弹性模 量主要受纸的密度( 即纤维的结合力和厚度) 的影响，但两者的增加方向相反。 在一定条件下，增加纤维之间的结合会减少纸的厚度。若结合力的提高超过了 厚度减少的影响，弹性模量增加，挺度就会增加：反之，挺度就会降低。因此， 瓦楞原纸要获得最大的挺度，就必须增加其弹性模量，即在纸的松厚度减少的 限度和纤维结合力可能增加的限度之间，应当存在最适宜的比例。换言之，在 瓦楞纸的定量不变时，应适当地提高纤维的结合强度与保持纸板的厚度 3 1 1 。 1 2 4 瓦楞纸包装业的发展趋势 包装有保护商品、美化商品、节约成本、便于储运、利于计量、引导消费、 提高附加值七大功能。概括起来是两大类：一类是功能性，实施对商品的保护， 它体现了包装的本质；另一类是增值性，促进商品的销售，它展现了包装的魅 力和效果。以往瓦楞纸箱主要作为运输包装，实施对商品的保护，达到功能性 的目的。随着经济的发展，商品对包装要求的提高，瓦楞纸箱不仅要起功能性 作用，而且要起增值性作用。因此瓦楞