淺析瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度

多年抽檢結(jié)果看 ,影響瓦楞原紙質(zhì)量檔次提高的主要質(zhì)量指標(biāo)是環(huán)壓強(qiáng)度。
１環(huán)壓強(qiáng)度是瓦楞原紙的重要指標(biāo)
ＧＢ１３０２３ -９１瓦楞原紙標(biāo)準(zhǔn)將瓦楞原紙按質(zhì)量分為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四個(gè)等級(jí)。其質(zhì)量指標(biāo)有五項(xiàng) :定量、緊度、環(huán)壓強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、交貨水分。環(huán)壓強(qiáng)度是瓦楞原紙使用功能的代表性指標(biāo) ,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定指標(biāo)值均比較高。紙箱廠對(duì)瓦楞原紙的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)要求也有所不同 ,影響紙箱抗壓強(qiáng)度的主要因素是環(huán)壓強(qiáng)度 ,因此紙箱廠對(duì)環(huán)壓強(qiáng)度指標(biāo)要求特別高。從本站十余年檢驗(yàn)結(jié)果看 ,瓦楞原紙不合格的指標(biāo)多為環(huán)壓強(qiáng)度 ,低檔次瓦楞原紙生產(chǎn)線改進(jìn)生產(chǎn)次時(shí) ,zui不易過(guò)關(guān)的指標(biāo)也是環(huán)壓強(qiáng)度。瓦楞紙箱是瓦楞紙板制成的 ,而瓦楞紙板又是由箱紙板和瓦楞原紙構(gòu)成的。瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度與箱紙板、瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度和厚度、紙箱周長(zhǎng)、瓦楞紙板厚度等因素有關(guān) ,具體關(guān)系如下 :
式中 :ＢＣＴ———紙箱抗壓強(qiáng)度
Ｋ１ 、Ｋ２ ———常數(shù)
Ｐ１ 、Ｐ２ ———箱紙板和瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度
ｈ、ｃ、ｔ———瓦楞紙板、箱紙板和瓦楞原紙厚度
Ａ———瓦楞紙板長(zhǎng)度
Ｚ———瓦楞紙箱綜合尺寸（長(zhǎng) +寬 +高）
從關(guān)系式可看出 ,箱紙板和瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度直接決定著瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度。生產(chǎn)實(shí)際也表明瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度與瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度有著密切關(guān)系。由此可知環(huán)壓強(qiáng)度是瓦楞原紙的重要指標(biāo)。從上式還可看出 ,環(huán)壓強(qiáng)度與厚度有關(guān) ,而緊度是由定量除以厚度換算得來(lái)的 ,因此環(huán)壓強(qiáng)度與緊度、定量密切相關(guān) ,與抗張強(qiáng)度、水分也有一定關(guān)系 ,要生產(chǎn)出高質(zhì)量的瓦楞原紙就一定要處理好各質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系 ,要相輔相成 ,不能顧此失彼。在保證一定抗張強(qiáng)度的前提下 ,盡量提高環(huán)壓強(qiáng)度。
２影響瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度的因素
２．１環(huán)壓強(qiáng)度與紙頁(yè)特性的關(guān)系
影響環(huán)壓強(qiáng)度的紙頁(yè)基本性質(zhì)為 :①纖維的挺度 ;②纖維間結(jié)合強(qiáng)度 ;③紙頁(yè)的挺度。提高任一特性而不對(duì)其它因素形成負(fù)作用 ,即可改善環(huán)壓強(qiáng)度。瓦楞原紙生產(chǎn)中參數(shù)對(duì)環(huán)壓強(qiáng)度的影響可以看成是這些參數(shù)對(duì)上述基本特性產(chǎn)生的影響。纖維的挺度和紙頁(yè)的挺度決定于其抗拉伸或壓縮的能力 ,即揚(yáng)氏彈性模量。勻質(zhì)紙頁(yè)的挺度和彈性模量的關(guān)系為 : （Ｄ＝Ｅｈ３／１２）
式中 :Ｄ———挺度
ｈ———厚度
Ｅ———楊氏彈性模量
紙頁(yè)厚度對(duì)挺度 ,即對(duì)環(huán)壓強(qiáng)度的影響zui大。很多影響彈性模量的造紙參數(shù)也影響著紙頁(yè)厚度 ,加強(qiáng)壓榨可改善彈性模量 ,但卻降低了紙頁(yè)厚度。經(jīng)驗(yàn)表明不同的纖維原料 ,不同的制漿方法 ,不同的打漿抄紙工藝 ,都對(duì)彈性模量產(chǎn)生影響 ,進(jìn)而影響紙頁(yè)的挺度。
２．２紙漿參數(shù)的影響
原料和制漿條件對(duì)環(huán)壓強(qiáng)度有重要影響。
原料 :瓦楞原紙一般用硬度較高的半化學(xué)闊葉木、麥草、蔗渣、稻草、棉桿等漿來(lái)生產(chǎn)。就纖維形態(tài)和化學(xué)成分而言 ,用木漿生產(chǎn)出的瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度比用草漿生產(chǎn)出的好。國(guó)外的瓦楞紙一般是以闊葉木為原料 ,多采用半化學(xué)制漿法 ,國(guó)內(nèi)使用的原料一般是半化學(xué)草漿 ,我區(qū)主要是半化學(xué)麥草漿。
回用纖維量 :
回用纖維比原漿的挺度低 ,但可能具有較好的結(jié)合性能。如果在打漿中不過(guò)分將其性能削弱并以適當(dāng)配比配用 ,則回用纖維對(duì)環(huán)壓強(qiáng)度仍具有一定的積極影響。在半化學(xué)麥草漿里摻入廢紙 ,配比要合適 ,廢紙?zhí)幚砉に囈卯?dāng) ,否則環(huán)壓強(qiáng)度指標(biāo)難以保證。
蒸煮 :
就制漿方法而言 ,木素、半纖維含量高的制漿方法 ,其成紙挺度也高 ,如磨木漿高得率冷堿法木漿、半化學(xué)木漿等的挺度比化學(xué)木漿的挺度要高。同一原料 ,木素和半纖維素含量高 ,其成紙挺度也高。蒸煮得率提高 ,一般講降低了環(huán)壓強(qiáng)度 ,這是由于低得率紙漿具有較好的纖維結(jié)合性能。對(duì)某種漿種而言 ,高得率所帶來(lái)的高纖維挺度抵消了低結(jié)合性能的影響 ,從而可改善環(huán)壓強(qiáng)度。全麥草漿得率一般在６０ %～６５ %,紙漿硬度為２８～３０（*值）。
打漿 :
打漿是用來(lái)控制纖維性質(zhì)的造紙手段之一。打漿的兩個(gè)有效參數(shù)是 :打漿量和打漿操作的性質(zhì)。打漿過(guò)低 ,紙頁(yè)雖挺硬 ,但成紙強(qiáng)度很低。打漿過(guò)高 ,又會(huì)提高緊度降低厚度 ,從而降低環(huán)壓強(qiáng)度。
２．３造紙參數(shù)的影響
造紙機(jī)濕部參數(shù)對(duì)環(huán)壓強(qiáng)度的影響主要可用纖維取向的變化來(lái)解釋。紙頁(yè)平面和Ｚ向的纖維取向都很重要。紙頁(yè)平面的纖維取向通過(guò)干燥參數(shù)的作用而影響著環(huán)壓強(qiáng)度的縱向／橫向的比值。Ｚ向取向影響紙頁(yè)的緊度。取向于Ｚ向的纖維愈多 ,紙頁(yè)愈趨向于松厚 ,從而使環(huán)壓強(qiáng)度提高。網(wǎng)前箱類型、上漿濃度、成形器、脫水元件均對(duì)纖維成形有影響。用圓網(wǎng)造紙機(jī)生產(chǎn)瓦楞原紙更得注意網(wǎng)槽形式、網(wǎng)速與漿速比 ,以盡量克服圓網(wǎng)成形縱向纖維排列多于橫向的缺點(diǎn)。
濕壓榨 :
壓榨能提高紙頁(yè)緊度并影響纖維結(jié)合。當(dāng)纖維在濕態(tài)下互相密集 ,就改善了纖維結(jié)合的條件 ,提高緊度（降低厚度）則降低了紙頁(yè)挺度。這種對(duì)環(huán)壓強(qiáng)度的負(fù)作用可從改進(jìn)的紙頁(yè)結(jié)合強(qiáng)度上得到補(bǔ)償。
干燥 :
干燥過(guò)程中影響環(huán)壓強(qiáng)度的機(jī)理是紙頁(yè)的收縮或伸長(zhǎng)。如果讓紙頁(yè)收縮 ,它的伸長(zhǎng)率就會(huì)提高 ,但彈性模量和環(huán)壓強(qiáng)度降低了。如果阻止紙頁(yè)收縮 ,或在干燥中將其伸長(zhǎng) ,則彈性模量以及環(huán)壓強(qiáng)度都會(huì)提高。纖維在縱向比在橫向更易于定向 ,紙頁(yè)在橫向更易于收縮 ,因而橫向的彈性模量和環(huán)壓強(qiáng)度都比縱向低 ,故此標(biāo)準(zhǔn)中只列出橫向環(huán)壓強(qiáng)度指標(biāo)要求。橫向收縮可采用干毯的張緊和使用伸展輥而得到控制。縱向收縮可通過(guò)干燥烘缸間的牽引和使用干毯而得到控制。干燥溫度為１２５℃左右。
壓光 :
干壓榨會(huì)降低紙頁(yè)厚度提高紙頁(yè)緊度 ,因?yàn)檫@些是發(fā)生在干狀態(tài)下 ,纖維的結(jié)合并沒(méi)有得到改善 ,壓光操作一般降低了環(huán)壓強(qiáng)度 ,故一般瓦楞原紙不需要壓光。平羅造紙廠１９９７年試產(chǎn)瓦楞原紙是加光壓的 ,壓光可使紙頁(yè)平整 ,可環(huán)壓強(qiáng)度不高 ,后取消壓光后 ,該指標(biāo)提高。
水分 :
水分高 ,環(huán)壓強(qiáng)度低 ,水分不要高于１０ %．
其他 :
填料過(guò)量會(huì)降低環(huán)壓強(qiáng)度。
綜上所述要生產(chǎn)出瓦楞原紙 ,在操作中必須采用優(yōu)化的技術(shù)策
環(huán)壓強(qiáng)度增強(qiáng)劑的研究進(jìn)展
采用化學(xué)助劑，如改性淀粉、陽(yáng)離子高分子聚合物等，由于它們分子中均帶有羥基、胺基等基團(tuán)，可以與纖維的羥基形成氫鍵結(jié)合，提高纖維的結(jié)合強(qiáng)度，從而可以顯著的改善瓦楞原紙的挺度和環(huán)壓強(qiáng)度。
4、1淀粉類化學(xué)助劑
用于瓦楞原紙?jiān)鰪?qiáng)的淀粉主要有陰離子淀粉、陽(yáng)離子淀粉和噴淋淀粉。
陰離子淀粉可有效地增加紙頁(yè)的挺度，從而提高瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度。
應(yīng)用噴霧淀粉是提高紙和紙板挺度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的有效方法。在全廢紙的瓦楞芯紙中使用噴淋淀粉，紙頁(yè)定量135g/m3，用量為3%，可提高環(huán)壓強(qiáng)度50%左右；用量為6%，可提高環(huán)壓強(qiáng)度67%。
將陽(yáng)離子淀粉應(yīng)用于瓦楞原紙，可同時(shí)提高抗張強(qiáng)度和環(huán)壓強(qiáng)度，但它對(duì)提高紙頁(yè)的裂斷長(zhǎng)比環(huán)壓強(qiáng)度更有效。將冷溶陽(yáng)離子淀粉用于70%的箱紙板和30%的書刊廢紙組成的瓦楞原紙漿，添加量為2%-2.5%環(huán)壓指數(shù)增加23.92%-26.97%，其使用效果與熱溶陽(yáng)離子淀粉相當(dāng)（28.3%），但前者可常溫糊化，操作方便，成本較低.
4.2聚丙烯酰胺類增強(qiáng)劑
陽(yáng)離子聚丙烯酰胺不僅有效地提高挺度和環(huán)壓強(qiáng)度，還能有效的改善干強(qiáng)度性能（如抗張強(qiáng)度、耐破度、內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度和耐折度等）。相對(duì)于淀粉類助劑，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺更能顯著地改善環(huán)壓強(qiáng)度。向普通廢紙漿種添加1%-1.5%，可將環(huán)壓強(qiáng)度提高23%-30%。因此，向瓦楞原紙中添加適量的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，可以用強(qiáng)度較差、成本較低的漿料取代強(qiáng)度較好的紙漿，而卻保持原有的強(qiáng)度性質(zhì)。
柳泉潤(rùn)等通過(guò)自由基共聚反應(yīng)合成陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，用作瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度增強(qiáng)劑。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的分子量對(duì)瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度的影響較大。分子量為40萬(wàn)左右的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺對(duì)瓦楞提高原紙的環(huán)壓強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度*，而且其增強(qiáng)效果隨著用量的增加而增大。向回收箱紙板漿中添加0.4%的共聚物可將瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度增加左右20%。
此外有相關(guān)文章報(bào)道：一種濃度為2%-4%的含有3g廢瓦楞紙板漿的紙漿懸浮液，與0.5%（以紙漿為基準(zhǔn)）的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（15mol%Mannich反應(yīng)產(chǎn)物）以及0.3%（以Al2O3）的堿性聚氯化鋁混合，然后抄成紙，其環(huán)壓強(qiáng)度可達(dá)362.6N,而含有0.3%堿性聚氯化鋁、0.5%陰離子聚合物和不加任何添加物的紙，環(huán)壓強(qiáng)度分別為308.7、339.1、282N.
4.3共聚乳液型增強(qiáng)劑
在紙料中加入陰離子型乳液聚合物或陽(yáng)離子型乳液聚合物，可以顯著地增加瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度。
1） 陽(yáng)離子乳液以丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基*基氯化銨為原料，通過(guò)無(wú)皂乳液聚合制備陽(yáng)離子共聚物（PMAA）乳液。添加到草漿中，用量為0.75%-1.25%對(duì)絕干漿時(shí)，環(huán)壓強(qiáng)度指數(shù)提高37.1%-41.6%，抗張強(qiáng)度和耐破度分別增加30%,100%左右。以丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨為原料，采用核殼乳液共聚制備的陽(yáng)離子乳液型增強(qiáng)劑，濕部添加0.8%，環(huán)壓強(qiáng)度增加40.9%，抗張強(qiáng)度增加36.6%，耐破度提高145.1%。
2） 張光華、付志盛、劉淑釵等以上述乙烯基單體為原料通過(guò)微乳液共聚反應(yīng)合成水乳型紙張?jiān)鰪?qiáng)劑，并且對(duì)其增強(qiáng)效果和濕部應(yīng)用條件進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)表明：XQ乳液型增強(qiáng)劑適應(yīng)于廢紙漿和未漂漿的增強(qiáng)，對(duì)紙張耐破指數(shù)、環(huán)壓指數(shù)、抗張指數(shù)都有很好的改善作用pH7.5用量0.75%，可將廢紙漿瓦楞原紙的環(huán)壓指數(shù)、挺度、裂斷長(zhǎng)和耐破指數(shù)分別提高27.4%、32%,41.6%和71.2%,
3） 陰離子乳液陰離子乳液中聚醋酸乙烯酯的應(yīng)用效果較好。
聚醋酸乙烯酯對(duì)瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度具有較好的增強(qiáng)作用。將其加入以草漿或廢紙漿原料的瓦楞原紙中，分子間交織形成一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如同在紙內(nèi)加入分子水平的“鋼筋”，可將紙張中的纖維更好地聯(lián)結(jié)在一起，形狀更加固定。它能在提高成紙的戳穿強(qiáng)度和耐破強(qiáng)度等物理指標(biāo)的同時(shí)，增加環(huán)壓強(qiáng)度。放大實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：醋酸乙烯酯對(duì)廢紙漿瓦楞原紙的增強(qiáng)效果更明顯，可使其環(huán)壓強(qiáng)度提高20%-130%增強(qiáng)后的瓦楞原紙可以達(dá)到或超過(guò)目前用于出口包裝紙箱的高強(qiáng)度瓦楞原紙的某些物理指標(biāo)。
其它,1）淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物
陽(yáng)離子接枝丙烯酰胺共聚物是有效的瓦楞原紙環(huán)壓粘結(jié)強(qiáng)度添加劑。濕部添加0.5%的*-丙烯酰胺陽(yáng)離子接枝共聚物，可使廢紙漿抄造的瓦楞紙環(huán)壓強(qiáng)度增加2.5廣州造紙廠的進(jìn)一步試驗(yàn)表明，添加2.5%的接枝共聚物可使瓦楞紙的環(huán)壓強(qiáng)度增加120%.共聚物的加入也使裂斷長(zhǎng)、耐破度、纖維留著率等有不同程度地提高。與陽(yáng)離子淀粉相比，用量?jī)H為前者的1/4，但效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前者。
2）殼聚糖及其衍生物
殼聚糖及其衍生物用作紙張的增干增強(qiáng)劑，具有很好地增強(qiáng)效果。在瓦楞原紙中加入1%殼聚糖（以醋酸溶解），成紙裂斷長(zhǎng)可增加0.2%，耐折度可提高81%。
3）兩性、多元和復(fù)配化學(xué)品
瓦楞原紙主要以二次纖維或麥草化學(xué)漿為原料，這要求用于瓦楞原紙?jiān)鰪?qiáng)化學(xué)助劑具有性。兩性、多元和復(fù)配型的化學(xué)品的應(yīng)用效果遠(yuǎn)優(yōu)于單功能產(chǎn)品。將0.2%陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與0.6%濕強(qiáng)劑ACP共用，可提高環(huán)壓強(qiáng)度36.5%、抗張強(qiáng)度23.81%.