表面淀粉膠凈化技術(shù)在箱紙板生產(chǎn)中的應(yīng)用

丁雪峰 馬曉東 齊云洹

（河南銀鴿實(shí)業(yè)投資股份有限公司，河南漯河，462000）

食品行業(yè)對(duì)紙箱外觀和潔凈度具有較高的標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)紙箱的外觀也有更明確的要求。由于速凍食品和生鮮很多均在-5℃以下低溫環(huán)境下包裝[1]，因此，要求紙張具有較大的施膠度來防水防潮，要求表面施膠更加均勻才可以防止紙張水分的局部滲透，否則容易引起紙箱強(qiáng)度下降，造成塌箱等問題。根據(jù)市場上食品廠家及大型電器廠家采購要求可以明顯發(fā)現(xiàn)，大型電器、食品生鮮等行業(yè)對(duì)紙箱的外觀要求明顯高于普通水果類、小型零部件等的紙箱包裝，所以紙板的表面潔凈度在很大程度上制約了產(chǎn)品的附加值[2-3]。箱板紙張（以下簡稱箱紙板）本身的潔凈度除了廢紙纖維原料本身的質(zhì)量影響以外，生產(chǎn)過程中表面淀粉膠的質(zhì)量和潔凈度也很大程度上決定了紙張的外觀質(zhì)量。在國內(nèi)廢紙纖維原料較差、工廠也在不斷地節(jié)省原料消耗、提升箱紙板灰分含量的情況下，提高紙張潔凈度變得越發(fā)困難。很多廠家也使用本色木漿掛面來提高紙張的表面潔凈度，提升整個(gè)紙板的面層外觀質(zhì)量，但是成本太高。

現(xiàn)代高速紙機(jī)多數(shù)使用膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)，因其可以大幅提升紙幅掛膠均勻性，提高箱紙板的物理指標(biāo)和外觀質(zhì)量，該施膠機(jī)具有提高車速、降低后段蒸汽使用量、減少紙張破洞、膠料覆蓋均勻等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。但是膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)一般正面膠和反面膠分別循環(huán)使用，必須定期清理、更換施膠機(jī)刮棒才能保證運(yùn)行性能，這對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的連續(xù)性和紙張質(zhì)量均造成一定的不良影響。產(chǎn)生這種問題的主要原因有兩個(gè)：一是由于紙張本身的吸收性，在表面淀粉膠的循環(huán)過程中將水分帶走，使表面淀粉膠在循環(huán)過程中黏度不斷升高。二是箱紙板表面的纖維進(jìn)入表面淀粉膠液中，使表面淀粉膠濃度增加。根據(jù)筆者公司生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在傳統(tǒng)的箱紙板施膠流程中，膠液中的纖維不斷累積，循環(huán)膠罐的膠液濃度在正常運(yùn)行過程中從9%提高到17%，并且穩(wěn)定在16%，只能通過定期排放表面淀粉膠儲(chǔ)存罐的沉積物來降低雜質(zhì)含量。表面淀粉膠黏度從熬制新鮮膠黏度15～20 mPa·s循環(huán)使用2天后達(dá)到200～260 mPa·s，影響整個(gè)表面施膠的工藝運(yùn)行。出現(xiàn)這種情況時(shí)會(huì)使整個(gè)膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)橫幅掛膠不勻，致使整幅紙的物理指標(biāo)出現(xiàn)很大偏差、堵塞膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)刮棒，導(dǎo)致紙張的漏涂等問題[7]。嚴(yán)重時(shí)使施膠機(jī)輥?zhàn)泳植磕p，不得已而更換輥?zhàn)?，造成維修費(fèi)用的增加。

1 表面淀粉膠料離心分離實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和原料

987301 L&W纖維分析儀，瑞典；80-1離心機(jī)，姜堰市新康醫(yī)療器械有限公司；FA2004電子天平，上海精密科科學(xué)儀器有限公司；DCP-KY3000電腦測控壓縮試驗(yàn)儀，四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司；DRK10913紙張耐破度儀、DRK110A Cobb吸水性測定儀，濟(jì)南德瑞克儀器有限公司。

表面淀粉膠（以下簡稱淀粉膠），取自河南銀鴿實(shí)業(yè)投資股份有限公司箱紙板機(jī)反面膠罐。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取箱紙板生產(chǎn)車間15 g淀粉膠在75℃下、在設(shè)定轉(zhuǎn)速和時(shí)間下進(jìn)行離心分離，然后稱量淀粉膠內(nèi)含有的雜質(zhì)質(zhì)量，結(jié)果見圖1和圖2。

由圖1和圖2可知，箱紙板的淀粉膠中含有很多雜質(zhì)，且可以利用離心的辦法將其分離。同樣的淀粉膠，離心機(jī)轉(zhuǎn)速越高、分離時(shí)間越長，雜質(zhì)分離的效果越好。

圖1 不同離心條件下的雜質(zhì)質(zhì)量

圖2 轉(zhuǎn)速在2000 r/min下的分離情況

2 表面淀粉膠雜質(zhì)的來源與成分

表1為淀粉膠灰分和固含量檢測結(jié)果。從表1中可以看出，新熬制的淀粉膠灰分含量為0.5%，由于熬制淀粉膠時(shí)加入了淀粉增強(qiáng)劑和固體施膠劑等其他化學(xué)品，所以灰分含量略大于固體淀粉的灰分含量。新鮮淀粉膠在膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行2～3天的情況下，循環(huán)回流膠的灰分含量達(dá)到9.8%，固含量從8%～10%上升到18%左右。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)取15 mL循環(huán)回流淀粉膠，用離心機(jī)在2000 r/min的轉(zhuǎn)速下，離心20 s后，將離心沉淀物用200目篩過濾，將沉淀物收集干燥后稱量，得到篩余沉淀物。篩余沉淀物的固含量為15%～17%(對(duì)絕干淀粉膠)。沉淀物采用纖維分析儀檢測后發(fā)現(xiàn)與廢紙纖維形態(tài)接近。另外篩余沉淀物灰分含量達(dá)60%（正常纖維灰分含量在5%），所以判斷淀粉膠中的沉淀物基本屬于廢紙纖維及細(xì)小沙石。

表1 淀粉膠灰分和固含量檢測結(jié)果

3 表面淀粉膠凈化技術(shù)改造

在傳統(tǒng)的膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)流程中一般采用壓力篩對(duì)循環(huán)回流膠進(jìn)行處理，可以除去一些沙石，但該方法基本無法除去膠料中的纖維。且在箱紙板生產(chǎn)的循環(huán)過程中隨著淀粉膠黏度和濃度增大，出現(xiàn)堵塞壓力篩篩板的情況，造成運(yùn)行不暢。

3.1 傳統(tǒng)膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)施膠流程

圖3為傳統(tǒng)施膠機(jī)施膠流程。采用正反面單獨(dú)循環(huán)，分別不斷地補(bǔ)充新熬制的淀粉膠。傳統(tǒng)施膠流程中，壓力篩采用0.15 mm縫篩，只能除去直徑或者寬度比較大的膠塊，而纖維和細(xì)小纖維本身的寬度一般都明顯小于0.15 mm（如針葉木漿纖維寬度一般為30 μm，闊葉木漿纖維寬度為16 μm），且纖維在淀粉膠內(nèi)基本是游離態(tài)，在壓力的作用下可以通過篩縫，所以壓力篩本身去除纖維效果不理想。再加上紙箱的生產(chǎn)過程中，要求紙板的背面要與其他的瓦楞紙進(jìn)行黏合而需要有更好的吸收性，所以要求箱紙板本身反面的吸收性一般都在正面的兩倍以上，吸收性高，會(huì)帶走淀粉膠內(nèi)大量的水分，傳統(tǒng)施膠流程結(jié)果會(huì)使正反面膠循環(huán)罐中的淀粉膠黏度越來越大，生產(chǎn)過程中必須按時(shí)定期排出循環(huán)罐底部的淀粉膠，去除多余雜質(zhì)，以穩(wěn)定淀粉膠濃度和黏度，保證施膠機(jī)的正常運(yùn)行。但在實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)甚至不使用壓力篩，直接使淀粉膠走旁路，使壓力篩失去作用。

圖3 傳統(tǒng)的膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)施膠流程

3.2 膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)施膠流程的優(yōu)化與凈化流程

圖4為優(yōu)化后的膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)施膠流程。與傳統(tǒng)流程完全不同，該流程主要有以下特點(diǎn)。

圖4 改造后的膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)施膠流程

（1）淀粉膠凈化技術(shù)的應(yīng)用：在反面回流膠上施膠機(jī)之前，添加一個(gè)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的淀粉膠凈化機(jī)，該淀粉膠凈化機(jī)將淀粉膠中長時(shí)間累積的纖維和小沙石等雜質(zhì)除去，得到凈化后的潔凈膠料，尤其施膠機(jī)反面回流膠的潔凈度得到大幅度提升，不再產(chǎn)生膠液循環(huán)過程中濃度和黏度變大的問題，不再因?yàn)槔w維和雜質(zhì)堵塞施膠機(jī)刮棒。

（2）不再需要壓力篩，節(jié)省動(dòng)力消耗和維修成本。傳統(tǒng)流程中為了過濾淀粉膠，基本都采用0.15～0.2 mm篩縫的壓力篩。但在冷鏈箱紙板的實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于膠料的循環(huán)使淀粉膠黏度變大，壓力篩的運(yùn)行不是很順暢，經(jīng)常出現(xiàn)篩縫堵塞的情況，壓力篩排渣情況不理想，所以膠料經(jīng)常直接從旁路經(jīng)過，不經(jīng)過壓力篩。優(yōu)化后的膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)膠料流程不再使用壓力篩，簡化了流程。

（3）只需紙張的正面持續(xù)添加新鮮淀粉膠，反面偶爾補(bǔ)充新鮮膠。經(jīng)過施膠機(jī)正面紙涂布之后，正面回流膠直接進(jìn)入反面與反面的回流膠匯合，簡化了正面膠的流程，保證了冷鏈箱紙板的正面一直使用新鮮淀粉膠液，保證了膠液本身的潔凈度。

（4）杜絕了循環(huán)膠罐因黏度和濃度大而被迫外排表面淀粉膠的現(xiàn)象，降低了不必要的消耗。

（5）由于正面回流膠至反面循環(huán)罐進(jìn)行上機(jī)使用，所以反面膠系統(tǒng)只需根據(jù)DCS設(shè)定好的液位提示，間斷添加新鮮淀粉膠。

4 改造前后效果對(duì)比

4.1 橫幅環(huán)壓指數(shù)的變化

箱紙板環(huán)壓指數(shù)決定了整個(gè)瓦楞紙板的環(huán)壓強(qiáng)度，整幅紙板局部環(huán)壓指數(shù)的降低會(huì)直接關(guān)系到紙箱的整體環(huán)壓強(qiáng)度。如果環(huán)壓強(qiáng)度較低，則冷鏈運(yùn)輸紙箱在搬運(yùn)過程和堆垛時(shí)容易塌箱。在筆者所在公司的瓦楞紙板生產(chǎn)中，采用表面淀粉膠凈化技術(shù)，箱紙板環(huán)壓指數(shù)的測定使用電腦測控壓縮試驗(yàn)儀，按GB/T 2679.8—1995進(jìn)行，結(jié)果見圖5。由圖5可知，整幅紙左、中、右3個(gè)位置的環(huán)壓指數(shù)差值從2.5 N·m/g下降到0.7 N·m/g，箱紙板的環(huán)壓指數(shù)平均值提高了5%，表明紙機(jī)整幅紙張的環(huán)壓強(qiáng)度更加均一，整體指標(biāo)有所提高。

4.2 橫幅耐破指數(shù)的變化

耐破指數(shù)同樣是冷鏈運(yùn)輸箱紙板的重要指標(biāo)，采用優(yōu)化前后的施膠機(jī)對(duì)瓦楞紙板表面進(jìn)行施膠，使用紙張耐破度儀測定箱紙板的耐破指數(shù)，按GB/T 1539—2007進(jìn)行，結(jié)果見圖6。由圖6可知，整幅紙板的淀粉膠分布更均一，使整幅紙板左、中、右3個(gè)位置的耐破指數(shù)差值從0.3 kPa·m2/g下降到0.2 kPa·m2/g。紙板的耐破指數(shù)平均值提高了1.3%。

圖5 改造前后橫幅環(huán)壓指數(shù)的變化

圖6 改造前后橫幅耐破指數(shù)的變化

4.3 橫幅吸水性的變化

橫幅吸水性是冷鏈運(yùn)輸箱紙板的關(guān)鍵指標(biāo)，因?yàn)槟骋稽c(diǎn)的吸水會(huì)使吸水點(diǎn)迅速擴(kuò)散將水分滲透到紙箱的內(nèi)部，使紙箱的強(qiáng)度下降，所以提高整幅的抗水均一性就顯得尤為關(guān)鍵。首先是用潑水實(shí)驗(yàn)。將100 mL水直接撒在紙幅上面，觀察第一個(gè)滲透點(diǎn)產(chǎn)生的時(shí)間，用來評(píng)價(jià)紙張整體的抗水性，結(jié)果見圖7。生產(chǎn)上吸水值的測定使用Cobb吸水性測定儀，按GB/T 1540—2002中的方法進(jìn)行測定，結(jié)果見圖8。

圖7 改造前后滴水時(shí)間的變化

圖8 改造前后橫幅Cobb值的變化

應(yīng)用表面淀粉膠凈化技術(shù)使冷鏈箱紙板的主要指標(biāo)都有不同程度的提升，尤其是相比改造之前，箱紙板物理指標(biāo)薄弱點(diǎn)提升效果更加明顯。主要原因是表面淀粉膠經(jīng)過凈化后，整體性質(zhì)更均一，在箱紙板的全幅上分布更均勻穩(wěn)定，使物理指標(biāo)的橫幅差變小。尤其表面淀粉膠中加入了表面施膠劑或AKD，使得箱紙板涂布量更均勻，化學(xué)品的分布也變均勻，使橫幅吸水時(shí)間和Cobb值波動(dòng)性變小，箱紙板施膠更加均勻。

5 結(jié)論

通過對(duì)箱紙板施膠機(jī)回流膠的成分及雜質(zhì)情況分析以及離心實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表面淀粉膠內(nèi)的雜質(zhì)主要是從紙張上剝離下來的纖維和沙石，優(yōu)化后的膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)回流膠流程，添加淀粉膠凈化機(jī)來凈化反面循環(huán)回流膠，有效去除了表面淀粉膠中的纖維等雜質(zhì)，使紙機(jī)橫幅紙張的物理指標(biāo)得到不同程度的提升，尤其是紙板的施膠均勻性得到更大提升，有效地解決了紙板施膠不均和因刮棒堵塞導(dǎo)致的漏涂問題。表面淀粉膠內(nèi)的纖維和沙石去除之后，減輕了膜轉(zhuǎn)移施膠機(jī)的刮棒磨損，減少因更換刮棒而停機(jī)的時(shí)間和次數(shù)，提升了紙機(jī)生產(chǎn)效率，同時(shí)也提高了公司的冷鏈運(yùn)輸箱紙板外觀潔凈度。