紙箱防潮技術(shù)及其應(yīng)用

徐 恒 王曉敏

(大連工業(yè)大學(xué),遼寧大連,116034)

·紙箱防潮·

紙箱防潮技術(shù)及其應(yīng)用

徐 恒 王曉敏

(大連工業(yè)大學(xué),遼寧大連,116034)

從紙板表面處理和漿料處理兩方面介紹了紙板獲得防潮性能的方法,以及不同處理方法和常用的防潮涂料的組成及特點(diǎn)。重點(diǎn)介紹了撥水劑、防潮上光劑及纖維素酶處理紙漿等近幾年來國內(nèi)外的研究成果和方法,分析和比較了多種表面用防潮劑、漿內(nèi)用助劑的優(yōu)缺點(diǎn)。

防潮瓦楞紙箱;防潮處理;撥水劑;防潮上光劑;纖維素酶處理紙漿

(＊E-mail:xuhengwangy@yahoo.com.cn)

Abstract:In this paper,themethods of obtainingmoistureproof corrugated paper based on paperboard surface treatment and pulp preparation were introduced.The different treatment methods and the composition and characteristics of moistureproof coatings commonly used were described.The dampproofing agent,dampproofing glazing agent,the trea tment of pulp by cellulase and other research results at home and abroad in recent yearswere emphasised.A variety ofmoistureproof agents used on the surface and additives used in the pulp were also analyzed and compared.

Key words:moistureproof corrugated paper box;moisture-proof treatment;dampproofing agent;dampproofing glazing agent;the treatmentof pulp by cellulase

瓦楞紙箱是一種很重要的運(yùn)輸包裝容器,它由箱紙板和瓦楞原紙制成的瓦楞紙板經(jīng)過模切、壓痕、釘箱或粘箱而制成。因其具有輕便、牢固、對商品保護(hù)性好、可回收使用、便于裝卸運(yùn)輸?shù)奶匦?被廣泛應(yīng)用于家用電器、紡織品和食品等諸多商品的運(yùn)輸和銷售包裝。瓦楞紙箱作為一種綠色包裝材料所制成的容器,在現(xiàn)代商品包裝中占有極其重要的地位。

由于紙箱內(nèi)容物和運(yùn)輸環(huán)境的不同,瓦楞紙箱難免要較長時(shí)間處在高濕環(huán)境下,這樣紙箱的各種物性指標(biāo)衰減較快,有時(shí)在潮濕季節(jié),紙箱出廠前各項(xiàng)指標(biāo)都合格,但經(jīng)過運(yùn)輸(尤其雨天),到達(dá)客戶處就會出現(xiàn)不合格產(chǎn)品。因此需要紙箱在高濕環(huán)境下仍能維持一定的物性指標(biāo)。

使瓦楞紙箱獲得防潮性能的工藝方法有很多,歸納起來主要有:①對紙板表面進(jìn)行處理;②對紙漿漿料進(jìn)行漿內(nèi)處理。本文從這兩方面介紹其防潮性能獲得的方法及近些年來國內(nèi)外的研究進(jìn)展。

1 處理紙板表面獲得防潮性能

對紙板表面的處理是指用防潮劑、表面施膠劑或者其他防潮材料對箱紙板、瓦楞原紙或制好的瓦楞紙板表面進(jìn)行涂布、浸漬或復(fù)合操作,以使其獲得防潮性能。表面處理是目前國內(nèi)外使用較為普遍的一類方法。

1.1 紙板表面處理的方式

紙板表面處理的方式主要有涂布處理、浸漬處理和復(fù)合處理3種。

(1)涂布處理

涂布處理即在紙板表面涂覆一層防潮涂料使其在紙板表面形成連續(xù)致密的防潮膜而起到防潮作用。輥筒式涂布和刮涂式涂布是最常見的瓦楞紙板表面涂布方式。輥筒式涂布法適于用比較黏稠的防潮劑;刮涂式涂布法一般在瓦楞紙板自動生產(chǎn)線上安裝相應(yīng)的涂布設(shè)備,瓦楞紙板未復(fù)合的一層面紙經(jīng)過涂料儲存盤、橡皮刮板和熱干輥后,再與單面瓦楞紙板黏貼復(fù)合[1]。這種形式具有的優(yōu)點(diǎn)是:容易控制防潮劑在紙上的涂布寬度且涂布均勻,因此更為常用。

有時(shí)為了提高瓦楞紙板端面的防水性,還要在瓦楞紙板的切紙工序之后,將切割后的瓦楞紙板兩端切口噴涂防潮劑。

(2)浸漬處理

浸漬法是指使紙板通過防潮劑浸漬裝置,使其雙面吸收防潮劑,然后再將紙板送入干燥部,在熱空氣中加熱[2],使紙板表面進(jìn)一步吸附防潮劑,冷卻后,防潮劑便吸附在紙板表面。經(jīng)過防潮劑浸漬處理的瓦楞紙板,因防潮劑涂量大,浸透充分,獲得更強(qiáng)的防潮性能。

(3)復(fù)合處理

復(fù)合處理一般是將紙板與塑料薄膜或者金屬箔等材料復(fù)合。此種方式制成的防潮瓦楞紙板有很強(qiáng)的表面防水性,但其廢棄物不易分離,難以回收利用。

1.2 防潮劑種類及其應(yīng)用

用于紙板表面涂布的防潮劑多種多樣,按其組成可分為:單一成分的防潮劑,以廢棄塑料泡沫為原料制成的防潮劑和以蠟為主要成分的乳液型防潮劑。

1.2.1 單一成分的防潮劑

我國紙箱行業(yè)早期的防潮處理主要是使用一些簡單成分的防潮劑,如蠟、桐油、清漆、維利油等。它們的防潮效果不是十分理想,而且有的成本較高,有的處理之后會對紙箱的其他物性指標(biāo)造成影響。因此在現(xiàn)代生產(chǎn)中已經(jīng)很少使用。

蠟,主要是指石蠟(paraffin wax),容易成膜,膜層致密,其薄膜防潮性能良好,但是會引起紙板變色,影響外觀。用蠟對紙箱進(jìn)行防潮處理一般采取熱熔浸漬或者涂布處理。

熟桐油(tung oil),桐油是我國特產(chǎn)油料樹種——油桐種子所榨取的油脂,為脂肪酸甘油三酯混合物。它是一種優(yōu)良的植物油,具有干燥快,密度輕,光澤度好,附著力強(qiáng),耐熱,膜層防水防潮等優(yōu)良特性。傳統(tǒng)做法是先將生桐油熬制好,再進(jìn)行涂布或者浸漬處理。但是熟桐油自然資源較為緊缺,成本較高。

清漆(varnish),它是一種不含顏料的透明涂料,俗稱“凡立水”,是用樹脂、亞麻油或松節(jié)油等制成的,其特點(diǎn)是有光澤,疏水耐水性能良好,在紙板表面可以干結(jié)形成光滑的薄膜。但紙箱需進(jìn)行打底預(yù)處理,使用時(shí)還需加汽油等有機(jī)溶劑進(jìn)行調(diào)配,然后才能進(jìn)行涂布處理,成本也較高。

維利油,一般由亞麻仁油加氫氧化鋁煉制而成,市場上的商品多為稠厚的乳化油脂狀。紙板纖維吸收維利油后,可能會引起色澤深沉灰暗,影響美觀。另外,對紙箱封口牢固程度也會造成一定影響[2]。

1.2.2 以廢棄塑料泡沫為原料制成的防潮劑

近年來隨著我國包裝工業(yè)的發(fā)展,緩沖包裝材料——聚苯乙烯(PS)泡沫塑料的用量也在逐年增加,這些材料多數(shù)為一次性使用,回收再利用性不好。由于其化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,在環(huán)境中難以自然降解,造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。以廢棄的聚苯乙烯塑料泡沫為主要原料制成的防潮劑,可以變廢為寶。

董文麗等[3]以廢聚苯乙烯泡沫塑料為主要原料,甲苯、乙酸乙酯作為混合溶劑,用丙烯酸和丙烯酸丁酯對聚苯乙烯進(jìn)行接枝改性,制備了性能穩(wěn)定的乳液型防潮劑。經(jīng)過測試該防潮劑耐水性、耐凍融循環(huán)性、耐紫外線、附著力、表面干燥時(shí)間等指標(biāo)均符合GB9755—1988標(biāo)準(zhǔn)。該防潮劑耐水性能好,制備工藝簡單,可用于瓦楞紙箱、纖維板及木材的防潮防水,起到防潮和密閉的作用。

傅叔余等[4]以聚苯乙烯塑料泡沫為主要原料研制出一種水乳性瓦楞紙箱防潮劑。該防潮劑經(jīng)紙箱企業(yè)涂刷應(yīng)用,證明其成膜外觀、干燥時(shí)間、附著力、耐水性均可以達(dá)到預(yù)期要求,具有較好的防潮性能。其涂膜光滑穩(wěn)定,不粘連,不剝落,達(dá)到了一定的防潮效果。

但是隨著國家新的法規(guī)政策的頒布,以塑料泡沫為原料的防潮劑生產(chǎn)和使用逐漸減少,而且還存在著紙箱在封箱時(shí)膠帶紙粘貼不牢固和紙箱搬運(yùn)時(shí)易打滑的問題,所以其應(yīng)用前景較為有限。

1.2.3 以蠟為主要成分的乳液型防潮劑

由于上述兩種類型的防潮劑在實(shí)際應(yīng)用中效果不是很理想,為了滿足市場要求,近年來國內(nèi)很多研究院所和生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)出了多種以蠟為主要成分的乳液型防潮劑。這些防潮劑更為環(huán)保,其防潮效果也普遍優(yōu)于上述兩種類型的防潮劑。

(1)撥水劑

撥水劑是20世紀(jì)90年代為解決紙箱吸潮吸濕而研制的。它是目前生產(chǎn)疏水瓦楞紙箱的一種常用防潮劑,適用于冷凍食品和果蔬包裝紙箱的表面涂覆[5]。與其他傳統(tǒng)防潮劑相比,這種防潮劑凸顯出許多優(yōu)點(diǎn):防水防潮性能佳,撥水性能好,表面印刷適性和透氣性良好,便于貯存,使用方便,成本低廉,環(huán)保安全。

撥水劑是一種以蠟為主要成分的乳液,其固含量一般為48%～51%,使用時(shí)可用多倍的水稀釋(最多可達(dá)30倍,以此來調(diào)節(jié)膜層的厚度),然后涂布于瓦楞紙板表面上,經(jīng)過150℃左右的溫度來加速滲透及固化,并且可以使多余的防潮劑從紙板上流下,達(dá)到回收利用的目的。這種紙板表面由于有蠟?zāi)さ母采w,從而獲得較低的表面張力,使紙板具備了一定的防潮防水性能[5-6]。為了達(dá)到更好的效果,一般加入一些松香衍生物或羧化高分子乳液等助劑[5]。這些助劑既對紙張纖維有很好的黏附力又與蠟乳液有較好的相溶性,所以它們的加入既可促進(jìn)蠟在紙張纖維上的附著性,同時(shí)又對蠟乳液進(jìn)行了改性處理,因此可以增強(qiáng)防潮劑對紙張纖維的附著力。

但是即使增加了這些措施,撥水劑在上述濃度下所形成的仍不是一個(gè)牢固的防水膜層,其成膜附著力不強(qiáng),在遇到摩擦?xí)r(紙箱在搬運(yùn)、堆碼過程中遇到的摩擦),往往會使這一防水表面失去作用,影響防水防潮效果[6]。

(2)防潮上光劑

當(dāng)紙箱較長時(shí)間與水接觸時(shí),需要用防水能力更強(qiáng)的防水涂料對瓦楞紙板進(jìn)行處理,以使瓦楞紙箱的表面達(dá)到遮水防水要求,所用的防水涂料多稱為防潮上光劑。

與其他種類的防潮劑相比,防潮上光劑最大的特點(diǎn)就是使紙板在具備更強(qiáng)的防潮特性的同時(shí),又對其表面進(jìn)行一次上光整飾,使紙板表面的光澤度有很大提升。

我國紙箱行業(yè)中有很長一段時(shí)間對紙箱的防水防潮處理都是采用油性防潮劑。在紙箱上涂刷這種防潮劑,能使其光亮,耐水性好,且在涂刷后不會產(chǎn)生塌楞現(xiàn)象。但這類防水試劑由于是油性的,不利于水性油墨的印刷和紙箱回收利用,對環(huán)境和操作者均會造成一定的傷害,近年來已很少采用,取而代之的是水性或乳液型防潮劑[7]。

這類乳液型防潮劑是用乳化劑把蠟和低分子聚乙烯或硅油乳化制得,涂覆于紙板表面,水分蒸發(fā)后,蠟和低分子聚乙烯便附著在紙板表面使其具有防水性。由于有了聚乙烯及硅油的加入,防水膜層能夠有效地克服蠟?zāi)ご唷⒁讛嗔?、附著力差的不?同時(shí)又有較高的光澤度。

翟廣玉等[8]討論了低分子聚乙烯、蜂蠟、石蠟、巴西棕櫚蠟等和乳化劑對防潮劑質(zhì)量效果的影響,研制出一種乳液型瓦楞紙箱防潮上光劑。此種防潮劑可以達(dá)到滴定24 h無滲透,60℃以下涂膜無變化,表面干燥時(shí)間10～15 min,實(shí)際干燥時(shí)間小于60 min。該防潮劑穩(wěn)定性好,防潮效果較為顯著。

金振華等[9]用石蠟、氧化聚乙烯、松香等制成了一種紙箱防潮上光劑,也得到了較好的防潮效果。該防潮劑無毒,無異味,不易起火,表面干燥時(shí)間7 ～10 min,實(shí)際干燥時(shí)間1 h,滴定48 h無滲透, 60℃以下涂膜無變化,光澤度好,使用成本0.05～0.10元/m2。該防潮劑生產(chǎn)成本低廉,耐水性能良好,紙箱防潮效果也較為顯著。

此類防潮劑一般以水為溶劑,無毒無味,無環(huán)境污染;其附著力強(qiáng),涂膜光亮堅(jiān)硬耐用,防潮防水效果好;一般可涂可噴,均不需要打底,一次涂刷成功;干燥時(shí)間短,不粘連,可連續(xù)化大規(guī)模操作,可以在很大程度上提高生產(chǎn)效率。

1.3 表面施膠劑

在箱紙板和瓦楞原紙的抄造過程中,通常會采用表面施膠技術(shù),它可以提高紙板的表面強(qiáng)度,提高紙板的適印性,還可以增加紙板的憎水性、抗油性,因此也可以在一定程度上提高紙板的防潮性能。

表面施膠劑種類繁多,性能性質(zhì)也各不相同,大體上可分為兩類:天然高分子類和合成聚合物類。天然高分子類表面施膠劑具有原料來源廣、價(jià)格低、環(huán)境生物相容性好等優(yōu)點(diǎn),在表面施膠劑市場上一直占有重要比例。

改性淀粉類施膠劑是最常用的一類天然高分子類施膠劑。淀粉資源豐富,價(jià)格低廉,種類繁多。由于原淀粉黏度高,流動性差,易產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象,因此需要對淀粉進(jìn)行改性,使其在較高濃度時(shí)也具有較低的黏度。改性淀粉主要包括氧化、陽離子化、酶轉(zhuǎn)化、羥烷基化、羧甲基化、醋酸酯化及兩性淀粉等品種[10]。

羥丙基淀粉,淀粉經(jīng)羥丙基化后,由于引入了剛性較強(qiáng)的羥丙基側(cè)鏈,因而可以削弱淀粉分子間以氫鍵結(jié)合的作用力,提高淀粉對水的親和力,使淀粉易于溶脹和糊化[11]。羥丙基淀粉用于表面施膠,可改善紙張的適印性,使油墨不易滲入紙內(nèi),可提高油墨印刷的光澤度,也可以提高紙張的抗水性能。

氧化淀粉,是一種良好的表面施膠劑,與普通淀粉相比有以下優(yōu)點(diǎn):熬制時(shí)間短,糊液透明度好,黏合強(qiáng)度高,黏度小。氧化淀粉可以單獨(dú)使用,也可以與聚乙烯醇或者乳膠等復(fù)配使用。用氧化淀粉進(jìn)行表面施膠可以顯著提高紙張的表面強(qiáng)度,增加其抗液體滲透能力,提高紙板防潮性能。

2 處理紙漿漿料獲得防潮特性

這種處理方法就是在漿料的制備和紙板的抄造過程中,對漿料作適當(dāng)?shù)奶幚?如向其內(nèi)加入適量的助劑或者用微生物法加以處理等,以使紙板抄造出來具有較好的防潮性能。

2.1 漿內(nèi)加入助劑

2.1.1 漿內(nèi)施膠劑

在箱紙板以及瓦楞原紙的生產(chǎn)過程中,常常會向漿內(nèi)加入一些施膠劑,使得紙板具有防止水性液體擴(kuò)散或滲透的能力。按照施膠劑所適用的pH值范圍的不同,可以將漿內(nèi)施膠劑分為酸性施膠劑和中堿性(合成)施膠劑兩大類[10]。

酸性施膠劑主要是指皂化松香膠、馬來松香膠和分散松香膠等,它們在使用時(shí)必須與明礬Al2(SO4)3結(jié)合使用,因而使得抄紙介質(zhì)變?yōu)樗嵝?這會使紙張容易返黃且發(fā)脆,加之使用量大,成本又較高,國外生產(chǎn)應(yīng)用已不多見,國內(nèi)生產(chǎn)應(yīng)用也有減少的趨勢。近年來分散松香膠的使用相對比較多,它是將松香結(jié)構(gòu)上的羧基和共軛雙鍵發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)將羧基保護(hù)起來,增加乳化后的粒子細(xì)度,增強(qiáng)其疏水性,與少量鋁鹽配合使用,能取得較好的施膠效果,且穩(wěn)定性較好,不存在施膠劑水解的問題。

中堿性施膠劑可以很好地解決酸性施膠劑所帶來的問題[12],現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛,主要有纖維反應(yīng)型施膠劑烷基烯酮二聚物(AKD)和烯基琥珀酸酐(ASA)[13]。AKD屬于反應(yīng)型施膠劑,在中性或堿性條件下可直接和纖維素纖維上的活潑羥基反應(yīng)生成牢固的共價(jià)鍵型β-酮酯,且不會產(chǎn)生施膠度逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象,很少有結(jié)垢問題,可獲得重施膠效果而不存在沉積物和假施膠現(xiàn)象,但其熟化時(shí)間比較長,而且施膠費(fèi)用較松香膠高。而ASA含有2個(gè)疏水基和1個(gè)反應(yīng)性烷狀羧酸酐,與纖維素羥基可以生成共價(jià)鍵,使紙張具有施膠度,在中性條件下能獲得較好的施膠效果,且反應(yīng)時(shí)間比AKD要短,施膠費(fèi)用較AKD低,但是由于它可與水反應(yīng)生成油狀液體水解物,不僅破壞施膠,而且會粘連壓榨輥,引起斷紙,且容易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象[14]。

2.1.2 濕強(qiáng)劑

普通紙板被水完全浸濕后,就幾乎失去了它所有的強(qiáng)度,其中未經(jīng)施膠的紙只能保持原有紙強(qiáng)度的2%～7%,經(jīng)高度施膠的紙也只能保持原有強(qiáng)度的10%～12%[12]。濕強(qiáng)劑的作用就是使紙張?jiān)诟邼癍h(huán)境下仍能保持一定的物性指標(biāo)。

用于造紙工業(yè)的濕強(qiáng)樹脂通常分為甲醛樹脂(又可分為脲-甲醛和三聚氰胺-甲醛樹脂)和聚酰胺多胺-表氯醇樹脂。生產(chǎn)常用的紙張?jiān)鰸駨?qiáng)樹脂主要有:脲-甲醛樹脂(UF)、三聚氰胺-甲醛樹脂(MF)和聚酰胺多胺-表氯醇樹脂(PAE)[15]。

其中聚酰胺多胺-表氯醇樹脂最為常用。它增濕強(qiáng)效果好,用量少,無毒害,使用方便,損紙回收容易,適合中堿性抄紙,兼有助留助濾作用等優(yōu)點(diǎn),而且不含甲醛,無甲醛游離問題。它已成為繼脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂之后又一性能優(yōu)良的濕強(qiáng)劑品種,近幾年在我國造紙工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用[16-17]。

2.2 生物制漿的處理

經(jīng)過木素生物降解的原料,結(jié)合化學(xué)、機(jī)械制漿和其他生物酶再進(jìn)一步分離出纖維原料的過程叫生物制漿。尤其是以廢紙為原料,用這種方法制備的漿料的濾水性能和打漿性能都有所提高,所抄造出來的紙張物理性能也有不同程度的提高,而且節(jié)省能源,環(huán)境負(fù)載小[18]。

生物制漿所得紙漿抄成的紙板一些物理性能會有所提高,包括紙張的緊度、抗張強(qiáng)度和平滑度。Ken 等[19]通過用潔凈的纖維素酶處理回收的硫酸鹽漿(此種紙漿已經(jīng)預(yù)先混入了二次纖維),可以全面提高原料的濾水性能。而且更為重要的是在相對濕度為50%～95%條件下,發(fā)現(xiàn)這種處理方法還可以在一定程度上提高箱紙板的短距壓縮強(qiáng)度,其增加量大約可以達(dá)到原值的12%,使紙板在高濕環(huán)境下仍能保持一定的強(qiáng)度。預(yù)測工業(yè)生產(chǎn)上如果使用高濃的纖維素酶,不僅劑量會大為減少而且效率也會相應(yīng)提高。這種方法對環(huán)境污染小而且節(jié)省能源,不影響回收再利用,是紙箱防潮方法上的新嘗試,同時(shí)也提供了一種很好的新思路。

3 結(jié) 語

瓦楞紙包裝制品所要求的防潮性能與其用途相關(guān),應(yīng)分為防潮瓦楞紙板和防水瓦楞紙板。按其防水程度的高低,防水瓦楞紙板又分為疏水、遮水和耐水等3種[20]。通常要求防水防潮程度比較高的瓦楞紙板,其防水劑的施涂環(huán)節(jié)往往放在瓦楞紙板成型后或成型過程中;普通的防潮瓦楞紙板防潮性能的賦予則既可在瓦楞紙板的成型過程進(jìn)行,也可以在箱紙板的生產(chǎn)過程中進(jìn)行。通過漿內(nèi)處理(主要是掛面箱紙板的面層漿)或表面施膠生產(chǎn)防潮箱紙板,可以增加紙板廠的經(jīng)濟(jì)效益,減少瓦楞紙板生產(chǎn)過程中的防潮處理步驟,有較好的市場前景。采用恰當(dāng)?shù)姆莱奔夹g(shù)生產(chǎn)防潮瓦楞紙板,可以做到在較低的成本下達(dá)到需要的防潮性能。

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(責(zé)任編輯:孫秋菊)

Corrugated Paper BoxM oisture-proof Technology and Its Application

XU Heng＊WANG Xiao-min

(Dalian Polytechnic University,Dalian,Liaoning Province,116034)

徐 恒先生,在讀碩士研究生;主要研究方向:功能性包裝材料。

TS764.6

A

0254-508X(2010)03-0066-05

2009-11-03(修改稿)