东华大包装概论课件02纸包装材料

第二章

纸包装材料

Chapter2PaperPackagingMaterial

2-1IntroductiononPaper一、纸的定义１、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.２、狭义（ＧＢ４６８７－８４）是指从悬浮液中将植物纤维、矿物纤维、动物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）.３、传统纸：指植物纤维制成的薄片材料.４、纸的进化

第一代：传统纸，植物纤维纸；

第二代：合成纸，由合成纤维制成的纸和以塑料薄膜为纸胎制成的纸；

第三代：功能纸，具有特别功能的纸：耐火、夜光、医用、电磁波屏蔽与导电等.

5、加工纸与原纸:

A、原纸：抄造后未经加工处理的纸。

B、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）

二、纸的分类

１、印刷用纸和纸板1）

涂布印刷纸和纸板2）

非涂布印刷纸和纸板注：纸与纸板的区别纸纸板定量<200>200厚度<0.1>0.12、文化艺术、生活用纸和纸板

1）书写用纸

2）复制用纸

3）卫生用纸

4）生活用纸

5）装饰用纸

3、包装用纸和纸板

1）通用包装纸2）特殊包装纸

3）食品包装纸4）包装纸板

4、技术用纸和纸板

1）

测试及信息记录用纸和纸板

2）

过滤用纸和纸板

3）

电器绝缘用纸和纸板

4）

工农业生产配套用纸和纸板

5）

其它技术用纸

2-2纸的制造

一、造纸原料与组成（以传统纸为例）1、原料1)木材:针叶木，如:松、柏、等阔叶木，如:杨、桦、枫等;2)草类:稻草、麦草、芦苇、甘蔗、竹子、高粱、玉米等;3)麻类：亚麻、黄麻等；4)棉花类：棉纤维；5)废纸（二次纤维）；6)辅料：胶料、色料、填料、化学助剂等；2、组成：纤维素、半纤维素（木素）及辅料

植物纤维不同所造纸的性质（强度、韧性)等也不同：纤维素纤维的长度越长，强度和韧性也越高。

麻(>23)棉(12-23)木(3-4)草(1-1.5mm)

纸的基本组成为纤维素。但造纸植物原料中除纤维素外，还有半纤维素和木素。木素对纸有害而无益，因此在造纸中应予以除去（组成见表1-1P17）.

典型植物组成(%)：

针叶木阔叶木草类

纤维素505055

半纤维素203030

木素302015

3、植物纤维原料的化学组成

1）纤维素（碳水化合物）：（C6H10O5）n

A、

化学结构性质：n随纤维素的来源、制造方法、测定方法各异;n大(3000~36000),纤维强度大.

B、

物理结构与性质：晶区、非晶区、空隙

C、

氢键：分子间氢键特别大,则作用力大。

影响吸湿性、渗透性。

2）半纤维素

A、碳水化合物：非纤维素的多聚糖，是低分子的聚糖类（平均n约200）。它和纤维素一起正常产生于植物组织中。

B、分为：非均聚糖D-木糖D-甘露糖D-葡萄糖D-半乳糖L-阿拉伯糖等

3）

木素（木质素）

A、

概念：是由苯丙烷结构单元通过碳-碳链和醚键连接而成的具有三度空间结构的高聚物。木素的结构因植物的不同而有所差异，但性质相同。因此木素不是代表单一物质，而是代表植物中某些共同性质的一群物质。

木素与纤维互相粘合在一起，其使纤维互相粘合在一起，要分离纤维，就必须溶解木素，这就是化学制浆的实质。

木素是仅次于纤维素的一种最丰富而重要的大分子有机物，全世界约产600万亿吨/年。

B、

结构与性质

1、

结构:（参见上页）

2、溶解性：不溶于任何溶剂，化学改性后可溶于水及醇、酮、稀碱等。

3、分子量：M11000～85000

也有2800～5500也有800～2500

4、木素的化学反应

主要用于化学制浆

木素易受H+、HSO3—、SO3－、OH－、HS－、Cl－的作用

5、工业木素的利用

（1）机械制浆残留

（2）燃料

（3）高分子材料的原料？

（4）有机低分子量化学试剂的来源？一、纸的制造过程简介：

（以木、草原料为例）

造纸过程分为两大部分：制浆和抄造

１、制浆过程

制浆分为备料、制浆、洗涤、筛选与净化、漂白四部分。

制浆的本质是将纤维原料离解成单根纤维。

（1）

备料：指储存的原料经过按一定要求的处理以满足蒸煮或磨浆需要的过程。

（以木材为例）锯断、去皮、除节、劈开、削片和筛选等工序。

A、

锯断：满足磨木机要求的长度0.6—1.2m，满足切片机要求的长度2—2.5m

B、

去皮：杂质含量高，纤维含量低

C、

除节：质地坚硬难于制浆

D、

劈开：过大原木不利于装入磨木机

E、

削片：切削成15—20㎜;厚3—5㎜的片以利于制浆C、

半化学浆（SCP）

木片先浸渍在NaOH中，以软化将纤维素结合在一起的木素和碳水化合物，然后机械制浆。该法成本低，常用于制造箱板纸、瓦楞纸。

问题:制浆的本质?说明三大制浆的工艺特点及应用.

（3）洗涤：经过制浆后，浆料中含有大量的废液和化学品。洗涤是利用扩散、过滤、挤压等作用得到较高浓度的纸浆和较高浓度的废液。实现化学品回收。

（4）筛选与净化

筛选是祛除较粗的纤维束、碎片、木节等不易形成均匀纸浆的成分(依被筛选的杂质的尺寸、大小、形状与纤维等而定).

净化是除去夹杂在浆液中的树脂等非纤维杂质(常用沉降离心分离等方法)。Why?

（5）漂白：（不一定都需要此过程）

为得到浅色或白色浆，必须对纸浆进行漂白处理。漂白处理常用化学方法使纸浆中的有色物质变为无色物质或溶解于水中。2、抄纸(抄造)

分备料（打浆与调料）与抄纸（1）

纸料的预备（打浆与调料）A、

打浆a、概念：利用物理方法处理悬浮于水中的纤维，使其具有适应造纸机生产的纸能达到预期的质量，这一操作过程叫打浆。b、原因：把纤维束疏解成单根纤维，并把纤维切成适当长度，沿纤维方向摩擦分裂，两端埽化发毛，从而增加纤维间的接触面积，提高纤维的交织能力。c、打浆度：表示打浆的程度（0—100）0SR>70粘状浆0SR<30游离浆打浆度要适中：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.反之,亦真。B、调料：添加施胶剂、填料、色料和其它助剂的工艺总称。大多数纸都需要调料。其目的在于改善纸的某些性质添加剂的特点：（1）来源广（2）使用简便（3）对环境不产生污染（4）用量少（或可降低成本)（5）经济效益好添加剂的类型：a、施胶剂：能够减小纸的吸液作用的物质,即具有憎液(水\油\血)作用;其分为内\外施胶剂.常有:松香\石蜡\硬脂酸\合成树脂等.b填料：无机物,如TiO2\BaSO4\CaCO3\Al(OH)3\滑石粉..

有机物,如淀粉等.c、增白剂或色料.d、纸浆的配浆：依据纸的性能要求和纸浆抄造对纸的适应性,选配木、草浆的品种与比例，混合后再进行抄纸。Eg:30克打字纸(木浆/草浆:35/65);28克糖果包装纸(木浆/草浆:70/30);60克书写纸(木浆/草浆:50/50)（2）

抄纸打浆配浆后的纸浆，调成合适的浓度(0.1--1.2%)后,保证纤维悬浮在水中，然后送到抄纸机上，使其在造纸网上(铜网、PET网)脱水，相互交织,再经过压榨、干燥、整理制成一定规格的纸。A、

网部：(分三种:长网部圆网部夹网部)作用：形成湿纸幅，起脱水、成型。即使纤维沉积在网上，并使纤维添加剂均匀分散，纵横交错,使全幅纸的定量、厚度、匀度等均匀一致。要求：在成型良好的前提下尽可能脱水(可达20%)。B、

压榨部：进一步脱水40%左右C、

干燥部：进一步脱水30%左右，使干燥达92—95%.D压光与压纹.E、上光.F、卷取、裁切、整理G、

包装2—3纸与纸板的性能一、概述１、纸张的结构特点：由上述造纸过程可知，纸是纤维悬浮在网上粘结而成的薄片，在纸中纤维之间交缠成网状.

纸的基本组成为植物纤维，其次有填料、胶料和颜料等.（1）结构要素：植物纤维、胶料、填料、色料、空气和水（2）多毛细孔性：决定吸收性、透气性、吸湿性（3）要素间结合力,决定纸的强度等（4）各向异性和两面性：决定纸的纵向、横向和正反面；2、正反面（与毯面与网面接触的面）的区别：（1）肉眼看：有网纹者反面,

放大镜（2）

用水或稀碱法（3）

平滑度测定

两面性--纸张正反面问题仅适用于长网和圆网,但不适用于夹网.why?原因:反面粗糙/疏松,加填/施胶较少;造成两面性,如抗洇性/平滑度/白度等差异.应用a)单面印刷b)复合纸--反-反相粘c)邮票--印在反面,正面涂胶.3.纵横向--各向异性：纵向：沿纸机网部运行方向（纹向）;横向：垂直于纸机运行方向.两向抗张、耐折、撕裂度均不同(一般纵向较高why?).如何区别纵横向?1)手捏法;2)卷曲法;3)测拉伸强度法;4)手撕法;5)皱纹纸:横向与皱纹平行.4、纸张性能测试的环境条件

ISO:T/0CRH/%

温带20±265±2

美国23±150±2

热带27±165±2

若无恒温恒湿箱或无恒温恒湿环境,可在20C/32Be硫酸干燥器进行(RH/%:65)预处理.

5、纸的规格（1）平板纸长方形纸,面积1m2,长为宽的2½倍840

1190对开840

595（2）卷筒纸宽940--1940,750--1000.（3）计量单位与方法A、

重量：卷筒纸以T记，最大不超过1T（一般）B、

令、件：定量<250令=500张1件=10令每件250kg

箱板纸：每T为4件，每件为10令,每令张数以每T纸张数的¼计.6、纸与纸板一般技术性能要求（1）

外观质量（2）

物理性能（3）

吸收性能（4）

光学性能（5）

表面（6）

适印（7）

特殊要求二、具体的性能指标与测试方法１、定量（克重）：每平方米纸的重量(克数)g/m2

定量=重量/长×宽=重量/面积

紧度=定量/厚度(g/cm3)

厚度:指压力为1kg/cm2(100kPa)时的厚度(mm试样尺寸:(1)正方形100×100,圆样100cm2.２、透气度:表示纸纸板透过气体的能力.用一定体积的空气透过试样所需的时间作为透气度的量度。测试方法不同，其表述方法不同。S/100mlml/m2PaS(1)葛尔来法(Gwerley)---(ISO3687--1976)(2)肖伯尔法(Scho-pper)---(ISO5636--1984)。应用例子a电器纸--透气度小;b滤纸--透气度大;c水泥袋纸--适中;d卷烟纸--透气度大.影响透气度的结构与组成因素：

A、打浆度大,则透气度小;B、半纤维素、填料、压光、湿度越大则越小.3、抗张强度：纸或纸板在一定条件下承受的最大张力.

（1）绝对抗张强度(Gp)：一定宽度的纸、纸板断裂时所承受的力.kN/m(kg/15mm)15

250

（2）裂断长(L)：一定宽度的试样由其本身重量将其拉断时的长度(m)。L=102Gp/BWB--宽度,W--定量.

（3）

抗张指数(X)X=Gp/W

（4）

伸长率(

/%)

=(

L/L)

100%

L=L2-L1（5）

韧性(破裂功)=

0

d

4、耐破度：指纸或纸板单位面积上所承受的均匀增大的最大压力(MPa

kPa).100

100

相对耐破度(P/W)

100%5、撕裂度：纸或纸板已被切口的试样继续撕开一定距离所需的力(mN)63(20,43)

756、耐折度:被测试样受一定张力(10-15N),经一定角度(135o)

往复折叠的次数.15

1407、挺度：纸或纸板抵抗弯曲的能力(N-m).70

38

弯曲15或7.5o时的弯矩8、环压强度(RCT)：将一定尺寸(12.7

152)的试样插在圆形试样座内,在两测量板逐渐加压,试样压溃前所受最大力(N).9、均度:光学透光率法试样尺寸280

220

10平滑度:在一定真空度(360--380mmHg)下,100ml空气通过平板玻璃/纸张(50

50)界面所需的时间(s).111白度：指白色纸或纸板(50

70)对兰色光的反射率(相对于标准MgO板100%).112光泽度(光学平滑度):指试样(100

100)表面相对于玻璃标准板,对光的反射率(45o,75o).

13透明度:反映纸的透明性.用一定波长的光,测试样

(50

70)

对黑白衬的反射率(%).T=(Rw-Rb)/Rw

Rb,Rw----对黑白衬的反射率

14渗透性:

（1）水分(%)x=(g2-g1)/g2

gg1,g2--100~1050C干燥前后样重.((2)透湿度：纸或纸板两面保持一定蒸汽压力差，在一定温度、湿度下，水蒸气24小时透过1m2样的重量。

g/m-2.24h（3）抗水性能：纸或纸板阻止水从一个表面渗透到另一个表面的性能,在水压500mmHg观察第一个水迹出现的时间(S、min、h).175

175

（4）透油性：在一定温度和压力下，标准变压器油在一定

(透油度)时间内向一定面积的纸样上渗透过来的重量

(w2-w1)/t.A120

120

15、施胶度：表示抗洇能力.150

150纸铺在玻璃板上,用含标准墨水的划线器,划线速度100mm/s,沿纵向450划100mm长时的最大线条宽度(mm)0.25

2.0mm.

16、戳穿强度：指被一个角锥由高处落下产生的动能戳穿时，纸板的抵抗能力.用总能量的损失来表示(J)试样尺寸175

175包装用纸(纸袋纸,牛皮纸,包装纸,鸡皮纸,玻璃纸,羊皮纸,

有光纸,胶板纸.)包装用纸板

(箱板纸,瓦楞原纸,白板纸,白卡纸,黄板纸)加工纸与纸板{浸渍法涂布法层合法}一、包装用纸１、

牛皮纸(kraftpaper)：高级包装纸，(质量)性质:

坚韧结实,似牛皮。(1)

外观性质：黄褐色，分单面光、双面光，有条纹、无条纹等(2)物理性质：有较高的耐破度和良好的耐水性.

透气性不作要求(区别于纸袋纸).2-4包装纸和纸板

1牛皮纸a定量：40—120,b耐破度:

12--42Pa,c撕裂度:

15--112gf,(1号高,2号低)d施胶度:

0.75--2.0mm,e水分:7--10%.制造:1号,纯硫酸盐木浆;

2号,硫酸盐木浆+部分其它浆.不加或少加填料/颜料.2.包装纸(packagingpaper)质量仅次于KP.

制造:.1号:含部分(50%)硫酸盐木浆;

2号:杂浆;

3号:草浆与废纸浆纸袋纸(kraftsackpaper)用量最大的工业包装纸.主要用于水泥,化肥,农药等包装.强度大,韧性好.良好的抗水性,一定的透气性.

级别与性质：

1号2号3号4号

定量80808083

耐破度/MPa0.280.280.280.23

透气度/ml/min

200200200200

施胶度/mm

1.751.751.751.75

水分/%9999

又分为伸性与普通纸袋纸:伸性纸袋纸(clupakpaper)的动态强度高,做成包装袋的耐摔破性能好.因为已用机械法造成纸的皱缩.

4鸡皮纸(W.GWrappingPaper)：单面光平板薄型包装纸，供印刷商标，包装日用百货食品用，定量小，一般为40。耐破度高，耐折度也高,经包扎不易破裂.色泽较牛皮纸浅.特点:浆细,耐拉,纸质均匀。

5玻璃纸(glasspaper)：完全透明的高级包装纸，主要用于医药、食品、纺织品、精密仪器等商品的美化包装。

特点:1）透明性;2）光泽度;3）印刷适性好;4）阻气;5）耐油、耐碱和一般有机溶剂;6）防尘性好;7)不带静电;8）耐热(180--1900C)

性能:定量,30;裂断长,

4000m;撕裂度,

0.03N;伸长率,

10(纵)20(横);水分,10%.

制造:漂白木浆/棉浆+NaOH+CS2

粘胶液

喷成薄膜

干燥(除水).二、包装用纸板

1、箱板纸：分为牛皮箱板纸强韧箱板纸和普通箱板纸三大类.(1)用途：运输包装纸盒、纸桶、纸管及其它面纸要求性质：纤维紧密，纸质坚挺，韧性好，较好的抗压、抗张、耐破、耐折、耐戳穿，抗水，表面光滑，适合印刷与涂布。(2)性能：纸质坚挺，任性好，耐折，抗水，表面光滑定量/gm-2300---500(一般为420)耐破度/MPa

0.9--1.0耐折度/次

150--200撕裂度/N

3.5--4.0平滑度/S(正面)

5伸长率/%

4环压强度/N/cm

3002瓦楞原纸(Corrugatingbasepaper)

用途：瓦楞纸，制瓦箱。定量，120~200,厚度0.20~0.35.3.白板纸（whiteboard)定量：160~450多层结构:（面层）白木浆/木浆/废纸浆/草浆（里）4.白卡纸不分里、面层，定量介于纸与纸板。5.茶纸/黄板纸草浆纸板，用于低档箱盒。三加工纸与纸板用物理或化学方法对他们进行加工改性的纸或纸板。加工方法有三大类：1、涂布法2、浸渍法3、层合法常见加工纸:沥青防水纸，石蜡加工纸，PE加工纸PVDC加工纸，热合性GlassPaper，剥离纸(防粘纸)粘合剂涂层纸(湿活化型压敏胶)防锈纸蒸镀(Al/Cu)常见加工纸板:纸+Alfoil，纸板+纸板，纸板+塑料四、缓冲包装用纸为改善纸与纸板的性能，满足包装功能的要求1定型玻璃纸；2纸浆模塑容器；3低密度纸2—4包装纸容器纸容器：箱、盒、袋、桶、管、杯、碗等2—4—1瓦楞纸箱一、 瓦楞纸板

1、瓦楞纸板与纸箱的发展背景A发明发明者：Abert.J.Jones(美国)1871年，单面板，申请专利1894年，瓦楞纸盒问世1902年，纸箱正式成为铁路运输容器1914年，代替木箱中国，瓦楞纸箱1953年，山东问世;1954年推广生产速度：日本（宽2750）250m/min

我国（宽2000）150m/minB人均消费量:美国>日本>瓦楞纸板相关术语a、瓦楞（flute):瓦楞纸的波纹状构造b、瓦楞纸（flutedpaper):c、瓦楞原纸（fluting/corrugatingpaper)d、瓦楞纸板(corrugatedfiberboard)e、单面瓦楞纸板(singlewallcorrugatedfiberboard)f、双面瓦楞纸板(doublewallcorrugatedfiberboard)g、三面瓦楞纸板(triplewallcorrugatedfiberboard)h、瓦楞纸箱(corrugatedbox)I、硬纸板箱(solidfiberboardcase)j、纤维板箱(fiberboardcase)瓦楞纸板抗压性能平面压力垂直压力平行压力2、瓦楞纸板的类型A瓦楞的形状

UVUV形B瓦楞的种类（大小）特大/超大大/粗中小/细微/特细KACBE高/mm6.6~7.04.5~4.82.5~2.83.4~3.81.1~1.4楞数/m75-85120170140320缓冲性能123平面压力321垂直压力123平行压力3210201箱的尺寸展开示意图

LBLBB/2H

B/2

长=2(L+B),宽=H+B5、设计初步—下料计算以0201箱型为例:对口摇盖箱,四摇盖对口合拢箱。这种箱一般都有一块瓦板钉合或粘合而成。问题1如何根据体积下料（计算所用纸板面积）？问题2如何根据体积确定最佳尺寸（长、宽、高）？A威氏比例法设：VＬＢＨＳ分别为箱的容积长宽高和表面积，Ｖ＝ＬＢＨ－－－－－－－－－－－－－－１Ｓ＝２（Ｌ＋Ｂ）（Ｈ＋Ｂ／２＋Ｂ／２）

Ｓ＝２（Ｌ＋Ｂ）（Ｈ＋Ｂ）－－－－－－２该式为０２０１箱的展开面积。（－－问题１）由式１得Ｈ＝Ｖ／ＬＢ代入２得：Ｓ＝２Ｖ／Ｂ＋２ＬＢ＋２Ｖ／Ｌ＋２Ｂ２－－－３F.ECT边压强度(EdgewiseCrushResistant)矩形样（使楞方向垂直于压力面），竖于两压板之间，加压，直至破坏时最大的压力（N/m）.ECT=F/L×103F（力）：N;L长边：㎜。估算：(1）（芬兰人提出）与环压强度有关A型瓦楞：ECT=1.0（RCTL1+RCTL2+1.5RCTf）B型瓦楞：ECT=1.1（RCTL1+RCTL2+1.37RCTf）C型瓦楞：ECT=1.1（RCTL1+RCTL2+1.45RCTf）其中，RCTL1—面纸横向环压强度，RCTL2—里纸横向环压强度,RCTf—瓦楞原纸横向环压强度。(2)美国林产研究所Kellicutt(2)美国林产研究所KellicuttECT=R1(h-c)A–R2(dt)A其中，h：瓦板厚度；c:面纸厚度；t：瓦楞原纸厚度；d:常数（与伸缩有关）；A：瓦楞纸板长度；

R1、R2：面纸与瓦楞原纸的横向环压强度（RCT）。G.粘合强度(剥离强度)A=F/S(N/m2)

F--最大剥离力,S--试样面积.二、瓦楞纸箱的强度与估算１、 MakeeEquation（马基公式）BCT=constant

ECT

(H

Z)1/2式中:BCT--瓦箱抗压强度,constant--约5.87ECT--瓦楞纸板边压强度,H--板厚,Z--周边长.

2、KellicuttEquation（凯里卡特（托）公式）（美国）式中:P箱抗压强度,axz瓦楞常数,z周边长，J纸箱常数,Px瓦板综合环压值(N/cm);瓦板综合环压值计算三层板P=(P1+P2+Pm

c)/15.2五层板P=(P1+P2+P3+Pm

c+Pm1c1)/15.2P1、

P2、P3、Pm分别为面、里、芯和瓦楞原纸的环压值；c瓦楞纸的伸放系数。瓦楞纸箱常数表参数\楞型

ABCABaxz8.365.006.1013.36J0.590.