采用化學(xué)品解決方案彌補(bǔ)低定量紙板的強(qiáng)度下降

采用化學(xué)品解決方案彌補(bǔ)低定量紙板的強(qiáng)度下降

造紙企業(yè)為節(jié)省原料，提高生產(chǎn)率，減少環(huán)境污染，提升競爭力，正在推進(jìn)紙張（紙板）的低定量化；然而低定量化會降低紙張（紙板）強(qiáng)度。怎樣彌補(bǔ)因低定量化而造成的紙張（紙板）強(qiáng)度下降？該文介紹了日本一些企業(yè)的做法：采用漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM并用的方法來提高紙板強(qiáng)度，同時針對因干強(qiáng)劑用量增加而可能產(chǎn)生的加工適應(yīng)性下降添加了控制透氣度和水滲透性的化學(xué)品，并采取了添加壓線爆線預(yù)防助劑等措施。

1　序言

最近幾年，日本由于經(jīng)濟(jì)停滯，人口減少，個人數(shù)據(jù)終端設(shè)備迅速普及并向電子媒體轉(zhuǎn)換，其國內(nèi)對紙和紙板的需求正在萎縮。一方面，用新紙機(jī)生產(chǎn)的高品質(zhì)及具有成本競爭力的進(jìn)口紙張數(shù)量不斷增加，促使日本造紙行業(yè)在環(huán)保方面實(shí)施了可持續(xù)發(fā)展的解決方案，以增強(qiáng)成本競爭力；另一方面，為了滿足食品企業(yè)降低物流成本和環(huán)保要求，造紙行業(yè)正在推進(jìn)紙張的低定量化。圖1顯示了瓦楞紙板定量的變遷。

圖1　瓦楞紙板定量的變遷

由圖1可以看出：幾年來紙板的定量連續(xù)下降，低定量化呈持續(xù)推進(jìn)的趨勢；2011年瓦楞紙板的定量為624.9 g/m2（比上年下降0.7%）；過去10年間下降了3%左右。

在日本全國瓦楞紙工業(yè)組合連合會提出的第2次自主行動計劃中，曾設(shè)定了在2015年前瓦楞紙板定量比2004年的實(shí)際值降低5%的目標(biāo)，預(yù)計今后將繼續(xù)朝低定量化方向發(fā)展。在瓦楞紙板低定量化過程中，要求在低定量的紙板中賦予高的強(qiáng)度。但是，紙板的抗壓強(qiáng)度和耐破強(qiáng)度取決于定量；因此，過去依靠漿內(nèi)添加化學(xué)品的造紙方法已難以確保其強(qiáng)度。

有鑒于此，在2005年發(fā)表了關(guān)于綜合化學(xué)品配方的濕端系統(tǒng)（綜合濕部體系）不僅能減少硫酸鋁用量及消除因硫酸鋁減少帶來的不利因素，而且還能通過化學(xué)品的疊加效果提高產(chǎn)品質(zhì)量的報告，隨后發(fā)表文章對此展開了討論。2010年又發(fā)表文章提出，針對白水封閉及紙板低定量化的化學(xué)品配方，有效方法是采用綜合濕部體系和表面施膠劑配方，并向造紙企業(yè)提出了建議并進(jìn)行了進(jìn)一步闡述。本文將在此基礎(chǔ)上，報告在確立紙板低定量化化學(xué)品配方過程中可能出現(xiàn)的問題,及采取的新的應(yīng)對措施。

2　低定量化的對策

近年來，為了減輕環(huán)境壓力和降低運(yùn)輸成本，瓦楞紙板（掛面紙及瓦楞原紙）正在趨向低定量化；但是，在掛面紙和瓦楞原紙低定量化的同時，紙張強(qiáng)度下降，這成為需要解決的課題。為了使課題更加明確，制作了手抄紙，用于觀察定量對強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　定量對紙張強(qiáng)度的影響

由圖2可見，定量從160 g/m2降低到120 g/m2時，抗壓強(qiáng)度下降了約90 N，耐破強(qiáng)度下降了約70 kPa。由于低定量化與強(qiáng)度下降有著如此密切的關(guān)聯(lián)；因此，紙板在減少定量時，必須采取有效的辦法來保持紙板的強(qiáng)度。

提高紙板強(qiáng)度的方法之一是使用干強(qiáng)劑，聚丙烯酰胺類（PAM）干強(qiáng)劑是常用的化學(xué)品。另外，根據(jù)PAM使用方法可分為漿內(nèi)添加干強(qiáng)劑（漿內(nèi)添加PAM）和表面施膠干強(qiáng)劑（表面施膠PAM）。在紙板定量120 g/m2的條件下PAM用量對抗壓強(qiáng)度因子的提高效果如圖3所示（漿內(nèi)添加和表面施膠的PAM用量均以PAM固形物對紙漿的百分比表示，下同）。

圖3　漿內(nèi)添加PAM與表面施膠PAM的比較

由圖3可見，二者比較，漿內(nèi)添加PAM比表面施膠PAM的增強(qiáng)效果更好，但是當(dāng)添加量超過1.0%左右時，紙板強(qiáng)度提高幅度變小。這是因?yàn)闈{內(nèi)添加PAM的添加量太多時，其在纖維上附著飽和，在紙中的留著率下降；而表面施膠的PAM在紙中的留著率為100%，紙板強(qiáng)度從低用量到高用量呈直線上升。根據(jù)這一結(jié)果可以知道，漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM對紙張的增強(qiáng)特性是不同的。

本試驗(yàn)在漿內(nèi)添加PAM的用量為0.5%或1.0%的手抄紙上用涂布棒單面施膠PAM。圖4顯示了漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM并用對紙張抗壓強(qiáng)度的影響。

由圖4可見，通過表面施膠PAM，可以抑制在漿內(nèi)添加PAM難以發(fā)揮效果的高添加量范圍內(nèi)的強(qiáng)度上升鈍化，確保了高強(qiáng)度。在瓦楞原紙的低定量化等需要大幅度提高強(qiáng)度的情況下，干強(qiáng)劑的使用就變得必不可少；但是,要達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度,僅采用漿內(nèi)添加PAM的方法，添加量將很大，不僅影響化學(xué)品單耗，有時還會影響紙機(jī)運(yùn)行。對此，可以通過如本次實(shí)驗(yàn)所示的漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM的并用，靈活運(yùn)用二者的特性，降低化學(xué)品單耗，改善紙機(jī)運(yùn)行效率。由此可知，針對紙板低定量化造成的強(qiáng)度下降，采用非漿內(nèi)添加化學(xué)品的表面施膠PAM是有效的。

圖4　漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM的并用效果

3　伴隨低定量化出現(xiàn)的問題對策

在紙板低定量化化學(xué)品配方方面，建議使用干強(qiáng)劑PAM，但在干強(qiáng)劑用量過多的情況下，將會出現(xiàn)不少問題。這些問題包括，因透氣度上升和液體滲透速度下降影響?zhàn)ず线m應(yīng)性，因紙張變硬造成壓線爆線及在起楞機(jī)上瓦楞爆裂等對加工適應(yīng)性的影響。因此，本試驗(yàn)將這些黏合適應(yīng)性和壓線爆線問題作為課題，對能解決這些問題的化學(xué)品配方進(jìn)行了研究。

3.1改善黏合適應(yīng)性的化學(xué)品及其配方的研究

圖5顯示了在瓦楞原紙（定量120 g/m2）上使用表面施膠PAM對透氣度的影響。圖6為用施膠度測試儀通過追蹤伴隨著水滲透的沿厚度方向的衰減率，觀察到的從瓦楞原紙表面到內(nèi)部的水滲透速度。

由圖5和圖6可以確認(rèn)，采用表面施膠PAM使透氣度提高，同時使水滲透速度下降；而且，隨著施膠量的增加，其影響更加顯著。瓦楞原紙的透氣度和水滲透速度的變化，與加工過程中起楞機(jī)使用的淀粉黏合劑的滲透性直接相關(guān)；因而，可能影響瓦楞紙加工的黏合適應(yīng)性。為了控制透氣度的上升和水滲透速度下降，掌握影響這些性能的因素，開發(fā)了新的表面施膠PAM。

圖7和圖8分別顯示了使用新開發(fā)表面施膠PAM和傳統(tǒng)表面施膠PAM對透氣度及水的滲透性影響的比較。

由圖7和圖8可以確認(rèn)，與傳統(tǒng)表面施膠PAM相比，新型表面施膠PAM抑制了透氣度的上升和水滲透速度的下降。因此可以判斷，在必須大幅度提高強(qiáng)度的場合，可以提高對透氣度及水滲透性影響較小的新型表面施膠PAM的用量，新型表面施膠PAM比傳統(tǒng)表面施膠PAM大大增加了對低定量化的適應(yīng)性。新型表面施膠PAM比傳統(tǒng)表面施膠PAM在紙中的滲透性更好，新型表面施膠PAM在紙張內(nèi)部的滲透能夠減輕對透氣度及水滲透速度的影響。

另外，圖9顯示了表面施膠PAM和氧化淀粉對紙張抗壓強(qiáng)度指數(shù)的影響。

如圖9所示，通過配比的優(yōu)化，能夠達(dá)到與傳統(tǒng)表面施膠PAM同等的強(qiáng)度。在提高瓦楞原紙強(qiáng)度時，有時也會使用較廉價的氧化淀粉表面施膠干強(qiáng)劑。作為比較，圖7和圖9分別顯示了使用氧化淀粉時的透氣度和抗壓強(qiáng)度的結(jié)果。從結(jié)果可以知道，新型表面施膠PAM比氧化淀粉不容易使透氣度上升，抗壓強(qiáng)度的提高效果也更好；因此認(rèn)為，伴隨著紙板的低定量化，為了必要地、高效地提高紙張強(qiáng)度，漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM的并用，特別是新型表面施膠PAM的使用，是能兼顧黏合適應(yīng)性又能高效獲得紙張強(qiáng)度的有效手段。

圖5　表面施膠PAM對透氣度的影響

圖6　表面施膠PAM對水滲透性的影響

圖7　表面施膠PAM和氧化淀粉對透氣度的影響

圖8　表面施膠PAM對水滲透性的影響

圖9　表面施膠PAM和氧化淀粉對抗壓強(qiáng)度指數(shù)的影響

3.2改善壓線爆線的化學(xué)品及其配方的研究

作為彌補(bǔ)因低定量化造成強(qiáng)度下降的方法，建議同時使用漿內(nèi)添加PAM與表面施膠PAM；但是，增加PAM和氧化淀粉等干強(qiáng)劑的用量可能導(dǎo)致紙張變硬，在瓦楞紙加工過程有時會發(fā)生壓線爆線問題。如果發(fā)生壓線爆線，不僅影響外觀，而且裝配后的紙箱強(qiáng)度下降，是一種致命的品質(zhì)缺陷。

圖10顯示了使用瓦楞廢紙為生產(chǎn)原料時，漿內(nèi)添加PAM 0.2%～2.0%對手抄紙性質(zhì)的影響。這里以“壓線爆線長度比”作為壓線爆線指標(biāo)。所謂“壓線爆線長度比”是在紙板上施加一定荷重并產(chǎn)生彎曲時，折痕上出現(xiàn)的裂紋長度與折痕整體長度的百分比。因此，數(shù)值越小表示預(yù)防壓線爆線的發(fā)生控制得越好。

由圖10可見，增加漿內(nèi)添加PAM的添加量能提高耐破強(qiáng)度，但壓線爆線長度比上升，發(fā)生壓線爆線的概率上升。

圖10　漿內(nèi)添加PAM對紙張強(qiáng)度和壓線爆線的影響

對策是，建議用最近開發(fā)的壓線爆線預(yù)防助劑作為表面施膠劑使用。該壓線爆線預(yù)防助劑是一種具有如表1所示性狀的新型化學(xué)品。

圖11是為防止壓線爆線而常使用的聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、甘油等化學(xué)品及新研發(fā)產(chǎn)品壓線爆線預(yù)防助劑（該助劑目前正在申請專利）在掛面紙上進(jìn)行表面施膠時的結(jié)果。

表1　新開發(fā)的壓線爆線預(yù)防助劑的性狀

由圖11可見，壓線爆線預(yù)防助劑用較少的量就能獲得較好的效果，顯示出比通常使用的防止壓線爆線化學(xué)品具有更優(yōu)的效果。此外，因壓線爆線預(yù)防助劑是非離子型產(chǎn)品，與其他陽離子型和陰離子型化學(xué)品的相容性良好，可以與這些化學(xué)品同時進(jìn)行表面施膠，而且不存在影響對低定量紙來說很重要的強(qiáng)度問題。

下面介紹壓線爆線預(yù)防助劑在掛面紙板上的應(yīng)用實(shí)例，如圖12所示。

由圖12可見，在掛面紙板低定量化化學(xué)品配方中，當(dāng)定量從210 g/m2降低到170 g/m2時，強(qiáng)度（耐破強(qiáng)度）從500 kPa下降到了393 kPa。為了彌補(bǔ)耐破強(qiáng)度的下降，漿內(nèi)添加PAM的用量從正常的0.2%提高到1.0%（增加0.8%）時確保了強(qiáng)度，但導(dǎo)致了壓線爆線長度比的上升。

圖11　壓線爆線預(yù)防助劑的使用效果

圖12　漿內(nèi)添加PAM對紙張強(qiáng)度和壓線爆線的影響

圖13顯示了在漿內(nèi)添加PAM用量為1.0%的手抄紙上使用壓線爆線預(yù)防助劑的結(jié)果。

由圖13可見，在紙板表面施膠0.15 g/m2的壓線爆線預(yù)防助劑，可以改善壓線爆線長度比，達(dá)到漿內(nèi)添加PAM用量增加前的水平。

由此可知，使用壓線爆線預(yù)防助劑能夠改善隨低定量化化學(xué)品配方而出現(xiàn)的壓線爆線問題。壓線爆線預(yù)防助劑不僅適用于低定量化配方，對解決冬季和低濕度時高定量紙品種容易發(fā)生壓線爆線的問題也有效，確立了該化學(xué)品可以推廣應(yīng)用的地位。

4　總結(jié)

圖13　使用壓線爆線預(yù)防助劑對壓線爆線的效果

節(jié)省資源、減少二氧化碳排放量等與降低環(huán)境負(fù)荷相關(guān)的紙板低定量化工作今后還將不斷推進(jìn)。為了彌補(bǔ)因低定量化而造成的紙張強(qiáng)度下降，不僅使用單獨(dú)的干強(qiáng)劑，而且還必須采用更加有效的方法來提高強(qiáng)度及對新產(chǎn)生的問題提出相應(yīng)的對策。本文提出的采用漿內(nèi)添加PAM和表面施膠PAM并用的方法來提高紙板強(qiáng)度，同時針對因干強(qiáng)劑用量增加而可能產(chǎn)生的加工適應(yīng)性下降添加控制透氣度和液體滲透性的化學(xué)品，并采取添加壓線爆線預(yù)防助劑等措施是可行的。

（杜偉民編譯）

預(yù)計2018年瓦楞紙箱及紙板箱的市場需求

將超過390億美元

根據(jù)Feedonia集團(tuán)最新的《瓦楞紙箱和紙板箱研究報告》（下簡稱《報告》）顯示，2018年瓦楞紙箱和紙板箱的市場需求將超過390億美元。2007—2009年經(jīng)濟(jì)不景氣，2008—2013年期間制造業(yè)生產(chǎn)量開始從低水平復(fù)蘇，自此之后經(jīng)濟(jì)收益也得到改善。食品、飲料、化妝品和洗浴用品、藥物、清潔用品等日用消費(fèi)品產(chǎn)量的反彈提高了相關(guān)運(yùn)輸用和其他用紙箱的需求。促進(jìn)需求增長的其他因素包括耐用品產(chǎn)量的增加、消費(fèi)支出的增長、建筑支出的反彈以及在線商務(wù)的快速發(fā)展。此外，諸如展示紙箱和高品質(zhì)圖像紙盒等高附加值紙箱種類的增加，也有助于市場需求的增加。

《報告》還分析了瓦楞紙箱及紙板箱市場特征。

1經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇推動眾多領(lǐng)域發(fā)展

一方面，制造業(yè)的復(fù)蘇推動了瓦楞紙箱和紙板箱的發(fā)展；另一方面，眾多耐用品和日用快消品的運(yùn)輸包裝選擇瓦楞紙箱和紙板箱，其需求量增加。包裝體積的擴(kuò)大促進(jìn)了包裝紙板向低定量、高品質(zhì)發(fā)展，同時需要確保紙板的壓縮強(qiáng)度與傳統(tǒng)高定量瓦楞紙箱的性能相當(dāng)。

折疊紙盒的需求量從2008—2013年期間開始增加，這主要得益于日用快消品產(chǎn)量的反彈和外賣食品應(yīng)用市場的擴(kuò)大。然而，來自其他包裝如軟包裝的競爭壓力會抑制折疊紙盒的發(fā)展。

固定紙盒仍然是包裝箱領(lǐng)域的一小部分，其進(jìn)口產(chǎn)品所占份額越來越大。盡管如此，可自由支配開支以及該類紙盒固有市場（如香水、高端糖果和禮物等的高檔包裝）較好的發(fā)展前景有助于該領(lǐng)域的發(fā)展。

2食品飲料市場仍占主導(dǎo)

食品飲料業(yè)是瓦楞紙箱和紙板箱應(yīng)用領(lǐng)域最大的獨(dú)立市場，2013年其需求量占總量的50%。高于平均收益的領(lǐng)域包括農(nóng)產(chǎn)品、肉類、家禽類、海產(chǎn)品、奶制品和飲料，糖果甜品、烘焙食品以及谷物制品的應(yīng)用增長較慢。盡管目前一直在努力減少過度包裝，意在通過取消紙箱和紙盒包裝或減少食品飲料業(yè)紙板的用量達(dá)到目的，但是由于紙箱和紙盒具有低成本、保護(hù)性和可回收性的優(yōu)點(diǎn)，其在食品飲料業(yè)仍存在發(fā)展機(jī)遇。

3非制造業(yè)市場增長最快

近年來耐用品產(chǎn)量有所增加，該市場在2018年將經(jīng)歷反彈期。另外，建筑市場的復(fù)蘇會推動家用電器、家具和其他耐用品及相關(guān)領(lǐng)域?qū)埾湫枨罅康脑黾?。?018年及其未來幾年，由于在線商務(wù)的流行、食品服務(wù)行業(yè)外賣食品包裝盒的大量使用以及外賣食品泡沫包裝盒的限制，將使非制造業(yè)成為包裝紙箱應(yīng)用市場增長最快的領(lǐng)域。

（楊揚(yáng)）

阿克蘇諾貝爾收購巴斯夫的工業(yè)涂料業(yè)務(wù)

阿克蘇諾貝爾日前與巴斯夫簽署協(xié)議，以4.75億歐元收購巴斯夫的工業(yè)涂料業(yè)務(wù)。該項(xiàng)交易包括相關(guān)的技術(shù)、專利和商標(biāo)并確保向全球客戶供貨。分別位于英國和南非的2家生產(chǎn)工廠也將歸入阿克蘇諾貝爾旗下。2015年該業(yè)務(wù)產(chǎn)生了3億歐元的收益，產(chǎn)品主要為卷材涂料、家具裝飾箔紙和紙板涂料、風(fēng)電涂料、通用工業(yè)涂料及商業(yè)交通設(shè)施涂料等。此項(xiàng)交易預(yù)計于2016年下半年完成。

（楊揚(yáng)）