淀粉表面施膠對瓦楞原紙強(qiáng)度性能的影響

付秋瑩 方文康 羅大偉 高翔 王玉峰

近年來，我國網(wǎng)絡(luò)購物和快遞行業(yè)的迅猛發(fā)展，給我國的紙包裝行業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇，市場對運(yùn)輸包裝常用的瓦楞紙箱和瓦楞紙板的需求持續(xù)增加，箱紙板和瓦楞原紙產(chǎn)銷兩旺。由于瓦楞原紙以二次纖維為主要原料，但隨著國家“限廢令”的出臺(tái)，進(jìn)口廢紙量難以滿足巨大的生產(chǎn)需求，而國產(chǎn)廢紙的質(zhì)量又不盡如人意，使得瓦楞原紙的質(zhì)量難以保證。部分企業(yè)不得不提高瓦楞原紙的定量，以保障瓦楞紙板和紙箱的抗壓強(qiáng)度，但此舉與“包裝減量化”的發(fā)展趨勢相違背。

科技的發(fā)展帶來設(shè)備的更新和技術(shù)的創(chuàng)新，瓦楞紙箱為了滿足更多產(chǎn)品對包裝的要求，通過在造紙過程中的改性和涂布或噴霧的方式增強(qiáng)瓦楞紙箱的功能性，防護(hù)型瓦楞紙箱不斷涌現(xiàn)，例如，冷鏈產(chǎn)品包裝的防水紙箱、機(jī)械儀表的防銹紙箱、精密零部件的防劃傷紙箱、防偽紙箱和新鮮果蔬的保鮮紙箱等。

表面施膠是提高紙張強(qiáng)度的主要方法之一，淀粉由于其與纖維較好的親和性以及較低的成本，是提高瓦楞原紙強(qiáng)度的理想增強(qiáng)劑。本研究采用瓦楞紙板生產(chǎn)企業(yè)必備的淀粉膠改善瓦楞原紙的強(qiáng)度，考察不同施膠量對瓦楞原紙耐折度、抗張強(qiáng)度和環(huán)壓強(qiáng)度的影響，為有效提高瓦楞原紙強(qiáng)度探索一條簡單經(jīng)濟(jì)可行的方法。

實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)原料

玉米淀粉、氫氧化鈉、硼砂，工業(yè)品；瓦楞原紙A，定量為120g/m2，瓦楞原紙B，定量為155g/m2，實(shí)驗(yàn)原料由宏觀世紀(jì)（天津）科技股份有限公司提供。

2.實(shí)驗(yàn)儀器

CU5/200涂布機(jī)、DCP-KY3000電腦測控壓縮試驗(yàn)儀、DCP-K2300電腦測控抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)、DC-MIT135A電腦測控耐折度儀，以上設(shè)備均由四川長江造紙儀器責(zé)任有限公司生產(chǎn)。

3.實(shí)驗(yàn)方法

①淀粉膠的制備

將玉米淀粉分散在40℃以下的蒸餾水中，室溫下攪拌20分鐘，得到分散均勻的淀粉漿，然后加入適量的NaOH溶液進(jìn)行糊化，少量的硼砂與溶脹的淀粉分子形成絡(luò)合物，增加膠黏劑黏度，室溫下繼續(xù)攪拌2小時(shí)，得到均勻的乳白色黏稠淀粉膠。

②瓦楞原紙表面施膠

采用輥式涂布技術(shù)，對瓦楞原紙進(jìn)行單面施膠，由于未經(jīng)內(nèi)部施膠的瓦楞原紙表面并不光滑，纖維之間的空隙會(huì)使施膠劑很容易被吸收，施膠量難以準(zhǔn)確控制，因此，本次實(shí)驗(yàn)通過改變上膠輥的壓力改變涂布量，分別選用150N、100N和50N 3種壓力，其中施加給上膠輥的壓力越大，涂布到瓦楞原紙上的表面施膠劑用量就越少。

③瓦楞原紙強(qiáng)度測定

涂布后的瓦楞原紙?jiān)跇?biāo)準(zhǔn)條件下經(jīng)溫濕度平衡處理后，分別按照GB/T457-2008《紙和紙板耐折度的測定》、GB/T 12914-2008《紙和紙板抗張強(qiáng)度的測定》和GB/T 2679.8-1995《紙和紙板環(huán)壓強(qiáng)度的測定》測定耐折度、抗張強(qiáng)度和環(huán)壓強(qiáng)度。

結(jié)果與討論

1.施膠量對瓦楞原紙表面的影響

實(shí)驗(yàn)中，以3種壓力對瓦楞原紙進(jìn)行表面施膠，隨著上膠輥壓力的逐漸減小，涂布到紙張上的淀粉膠黏劑的量變大，待紙樣溫濕平衡后，對3種紙樣的上膠量進(jìn)行測定，施膠后的紙樣如圖1所示，紙樣由左到右依次為瓦楞原紙、上膠輥150N壓力施膠的涂布紙、上膠輥100N壓力施膠的涂布紙、上膠輥50N壓力施膠的涂布紙，可以很明顯地看出不同上膠輥壓力施膠后，紙樣顏色有明顯的差別。未經(jīng)施膠的瓦楞原紙表面呈現(xiàn)淺褐色；少量淀粉膠黏劑施膠后，紙張明度增加，顏色變得更加明亮；隨著施膠量的增加，紙張出現(xiàn)白色，當(dāng)涂布的淀粉施膠劑達(dá)到一定量后，紙張泛白明顯且邊緣產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，紙張不平整。

2.施膠量對瓦楞原紙耐折度的影響

耐折度是瓦楞紙重要的物理性能之一，從圖2中我們可以看出，紙樣的耐折度隨著施膠量的增加呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。原紙A的平均耐折次數(shù)在8次左右，當(dāng)涂布機(jī)上膠輥壓力設(shè)置為150N時(shí)，紙樣耐折度上升了3.85%；當(dāng)上膠壓力為100N時(shí)，其耐折度降低，與原紙相比下降了2.56%；當(dāng)壓力降低到50N時(shí)，紙樣耐折度與瓦楞原紙相比下降了5.13%，是試驗(yàn)中耐折度的最低值。原紙B的耐折度明顯優(yōu)于原紙A，原紙B的耐折度約為10次，進(jìn)行表面施膠后，隨著表面施膠量的增加，紙樣耐折次數(shù)分別上升3.92%、下降2.94%、下降4.9%，原紙B的耐折度變化趨勢與原紙A的變換趨勢相同，因此，對紙張進(jìn)行表面施膠，隨著施膠量的增加，耐折度輕微上升后下降，在進(jìn)行表面施膠的3種原紙中，紙樣耐折度的增減幅度不超過10%，變化趨于穩(wěn)定，表面施淀粉膠不會(huì)降低紙張的耐折度。

3.施膠量對瓦楞原紙抗張性能的影響

抗張性能可以用抗張強(qiáng)度、斷裂長、抗張指數(shù)和伸長率等因素來表示。其中，抗張強(qiáng)度是測試紙樣的單位寬度所承受的平均抗張力，是指紙樣所能承受的最大張力?？箯堉笖?shù)則是單位定量瓦楞原紙的抗張強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)用抗張指數(shù)對瓦楞紙性能進(jìn)行評價(jià)，施膠量對瓦楞原紙抗張指數(shù)的影響如圖3所示，瓦楞原紙進(jìn)行表面施膠后，紙張抗張性能隨施膠量的增加而小幅上升，隨著施加淀粉膠量的逐步增加，抗張指數(shù)上升趨勢變緩。當(dāng)涂布機(jī)上膠輥壓力為150N時(shí)，兩種紙樣的的抗張指數(shù)分別上升9.27%和8.89%；而當(dāng)涂布機(jī)上膠輥壓力下降，即施膠量增加時(shí)，與未進(jìn)行施膠的原紙抗張性能相比，原紙A施膠后的抗張指數(shù)上漲15.12%，原紙B施膠后抗張指數(shù)上升14.06%；隨著施膠量的進(jìn)一步增加，紙樣A與B較原紙A與B相比，抗張指數(shù)分別上漲18.29%和15.74%，上升趨勢逐步變緩，則可能是因?yàn)榈矸勰z分子填充到紙張表面空隙中，使得瓦楞紙性能變得更好。另外原紙A的抗張指數(shù)漲幅始終高于原紙B，這可能是因?yàn)榕c原紙B相比，原紙A表面更加粗糙，纖維與纖維之間的孔隙更大，進(jìn)行表面施膠后，淀粉施膠劑與紙張表面可以更好地結(jié)合。

4.施膠量對瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度的影響

環(huán)壓強(qiáng)度是評價(jià)瓦楞紙板性能的重要依據(jù)，從圖4中可以看出，經(jīng)過淀粉膠黏劑施膠后，兩種瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度和環(huán)壓指數(shù)均有所增長。其中，瓦楞原紙A和瓦楞原紙B的環(huán)壓指數(shù)分別為7.97和8.77，隨施膠量的增加，紙樣A的環(huán)壓指數(shù)分別增長到8.89、9.41和9.63。紙樣B的環(huán)壓指數(shù)增長到9.79、11.04和11.66。顯然，低定量的瓦楞原紙A在經(jīng)過少量表面施膠后，其環(huán)壓指數(shù)超過未經(jīng)施膠的瓦楞原紙B；而定量高的瓦楞原紙B在施膠后，環(huán)壓指數(shù)得到進(jìn)一步提升。因此，可以通過涂布適量淀粉表面施膠劑的方法增強(qiáng)瓦楞原紙的環(huán)壓指數(shù)，從而制造具有更好抗壓強(qiáng)度的瓦楞紙箱。

結(jié)論

通過表面涂布適量淀粉膠可以提高瓦楞原紙的強(qiáng)度性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：表面施膠后，瓦楞原紙的耐折疊性略微下降，但影響較??；紙張抗張性能隨著紙張表面施膠量的增加而小幅上升，漲幅隨施膠量的增加而降低；環(huán)壓指數(shù)方面，隨著施加淀粉膠的增加，環(huán)壓指數(shù)升高，另外，低定量原紙?jiān)谶m量涂布淀粉膠后可達(dá)到高定量原紙的環(huán)壓指數(shù)，使紙板提供了包裝所需的機(jī)械性能，以便承受更高的機(jī)械應(yīng)力。在當(dāng)前的市場環(huán)境下，以不改變原紙定量為前提，通過涂布淀粉膠從而增強(qiáng)紙和紙板力學(xué)性能，或許成為紙箱企業(yè)降低成本，維護(hù)生計(jì)的重要手段。本實(shí)驗(yàn)通過對瓦楞原紙表面施淀粉膠來增加其環(huán)壓強(qiáng)度的方式，尋求一種不改變紙箱生產(chǎn)成本卻有效提高紙箱強(qiáng)度的可行方案，為各大紙箱企業(yè)提供一種新的生產(chǎn)思路。

作者單位：天津科技大學(xué) 宏觀世紀(jì)（天津）科技股份有限公司