§造紙原料及其性能

第一篇紙包裝材料

第一章包裝用紙與紙板

1紙包裝的發(fā)展1852年，美國人弗朗西斯·沃勒發(fā)明紙袋機(jī)。1871年美國人艾伯特·瓊斯制成單面瓦楞紙板，在此基礎(chǔ)上不久便出現(xiàn)了瓦楞紙板箱。1879年美國人羅伯特·蓋爾發(fā)明制造折疊紙盒的模切壓痕機(jī)，1888年，法國人路易斯·埃伯朗又完成了折疊紙盒的聯(lián)機(jī)生產(chǎn)，使紙盒生產(chǎn)達(dá)到了高度的機(jī)械化和規(guī)范化，大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。2紙包裝材料的發(fā)展進(jìn)入20世紀(jì)，隨著包裝工業(yè)、印刷工業(yè)和加工紙技術(shù)的不斷發(fā)展，如今以紙和紙板作為基材，進(jìn)行各種涂布、浸漬、復(fù)合加工，制造出具有各種性能的包裝用紙和紙容器。目前，紙和紙板在各種包裝材料中已成為使用最為廣泛，品種最多，用量最大的包裝材料，在很多國家中紙包裝材料在包裝材料中所占比重已近50%。3未來紙和紙板的品種高產(chǎn)值的涂布加工紙（銅版紙、涂布白板紙等）、特種功能紙（如耐水、耐濕、耐高溫、耐低壓、耐低溫的特殊包裝紙，高強(qiáng)度低定量的紙及紙板，各種紙包裝容器（如多層的重型瓦楞紙，各種紙杯、紙罐、紙袋等）也將有較大的發(fā)展。

4紙包裝廢棄物不會污染環(huán)境，易于回收利用。紙容器的原始材料——植物纖維，在自然界可以循環(huán)再生，取之不盡，用之不竭。因此，紙包裝可以稱為綠色包裝和可持續(xù)發(fā)展的包裝。紙和紙板包裝材料無毒、無味、無污染。1．價格低廉。紙包裝材料的特點紙和紙板的原料豐富而廣泛，易進(jìn)行大批量、機(jī)械化生產(chǎn)，成品價格低廉。用木材制成紙板箱，每制1噸包裝紙板用3-4m3木材，可以代替10一12m3木材制成的木材包裝箱，降低二倍的板材消耗。2．優(yōu)良的機(jī)械性能紙箱與其他材料的包裝容器相比，抗沖擊性強(qiáng)，又隔熱、遮光、防塵、防潮，能很好地保護(hù)內(nèi)容物。3．表面適印性能好

4．運輸費用低6.再加工性能好紙和紙板易于裁剪、折疊、粘合、釘接，既適于機(jī)械化加工和自動化生產(chǎn)，又利于手工生產(chǎn)。通過浸漬、涂布、層合、真空鍍膜等方法對原紙進(jìn)行加工，可以得到的加工紙具有比原紙更好的防潮、隔氣、遮光、耐油、保香等保護(hù)性能，并可以進(jìn)行熱封合。

5．符合包裝衛(wèi)生要求7.紙包裝容器可以回收再生利用紙箱的重量輕，只有木箱包裝毛重的15%左右，但是紙箱可折疊，占用空間小，裝載和捆扎簡便易行，既利于搬運和保管，又可以降低運輸費用。5§1.1造紙原料及其對紙性能的影響6一、造紙植物纖維原料的種類

造紙原料的要求：作為造紙原料必須具有抄紙的經(jīng)濟(jì)價值，就是說纖維的含量高，提取加工要容易。目前造紙工業(yè)所應(yīng)用的植物纖維原料是根據(jù)原料的形態(tài)特征、來源和行業(yè)習(xí)慣來分類的。

1.木材纖維原料

2.非木材纖維原料71.木材纖維原料其樹葉多呈針狀。以杉、松類樹木為主。造紙業(yè)最常用的是云杉、冷杉、鐵杉、落葉松、馬尾松、濕地松、火炬松等。其樹葉寬闊。造紙工業(yè)使用最多的是闊葉木中材質(zhì)相對較軟的一些材種，如楊木、樺木、楓木、桉木、櫸木、槭木、楹木等。（1）針葉材原料(2)闊葉材原料82.非木材纖維原料非木材纖維原料品種繁多，主要是一年生的農(nóng)業(yè)廢料、自然生長或人工栽培的禾本科植物。（1）禾本科纖維原料主要有竹類、蘆葦、荻、蘆竹、甘蔗渣、稻草、麥草等。我國主要以竹、蘆葦、獲、甘蔗渣及麥草等。（2）韌皮纖維原料包括麻類纖維原料（如紅麻、大麻、黃麻、青麻、芒麻、亞麻、羅布麻等）和樹皮類（如桑皮、檀皮、雁皮、構(gòu)皮、棉稈皮等）兩類。（3）種毛纖維原料主要是指棉花、棉短絨以及棉質(zhì)破布等。（4）葉部纖維原料植物的葉子含有大量的纖維，具有造紙價值，如龍須草、香蕉葉、龍舌蘭麻（如劍麻、灰葉劍麻、香麻等）以及甘蔗葉等。

9二、植物纖維原料的性能

原材料纖維對紙和紙板性能的影響從紙和紙板的成形機(jī)理及性能分析來看，纖維細(xì)胞越單一，細(xì)胞壁越薄(即壁腔比越小)，纖維越長，越有利于生產(chǎn)出強(qiáng)度較大的紙和紙板，因此針葉木適合于生產(chǎn)紙袋紙、牛皮紙、牛皮箱板紙等強(qiáng)度要求較大的紙或紙板。10二、植植物纖纖維原原料的的性能能名稱纖維細(xì)胞非纖維細(xì)胞特點包裝應(yīng)用管胞/細(xì)胞木質(zhì)部（橫截面積）管胞長度管胞直徑木材纖維針葉木93%以上3~4mm0.03mm木射線管胞、木射線薄壁細(xì)胞纖維細(xì)胞粗而長；細(xì)胞比較單一，雜細(xì)胞非常少；紙和紙板強(qiáng)度大。紙袋紙、牛皮紙、牛皮箱板紙闊葉木60%左右1.0mm針葉木的1/2~1/3同上10%易破碎導(dǎo)管約30%纖維細(xì)胞細(xì)而短；雜細(xì)胞非常多；紙和紙板強(qiáng)度較低。表面平滑透明度低強(qiáng)度較低非木材纖維禾本科尖削狀1.0~1.5mm10~20μm較多纖維細(xì)胞細(xì)而短；雜細(xì)胞非常多；紙和紙板強(qiáng)度很低。強(qiáng)度要求不高的普通文化紙低檔包裝紙二次纖維廢紙混合纖維，成分復(fù)雜強(qiáng)度降低，且處理較復(fù)雜。11三、植植物纖纖維原原料的的化學(xué)學(xué)成分分植物是是由纖纖維素素、半半纖維維素和和木素素三種種主要要組分分構(gòu)成成，此此外還還含有有單寧寧、果果膠質(zhì)質(zhì)、有有機(jī)溶溶劑抽抽提物物(包包括樹樹脂、、脂肪肪、蠟蠟等)及色色素等等少量量組分分。121.纖纖維素素纖維素素是植植物纖纖維原原料最最主要要的化化學(xué)成成分，，也是是紙漿漿、紙紙張的的主要要化學(xué)學(xué)成分分。纖纖維素素含量量的多多少是是評價價原料料制漿漿造紙紙價值值的基基本依依據(jù)，，也是是決定定纖維維特征征的主主要因因素。。13纖維素素：（C6H10O5）n，鏈狀狀結(jié)構(gòu)構(gòu)。天天然纖纖維素素是由由許多多D-吡喃喃式葡葡萄糖糖基相相互以以1，，4-β甙鍵聯(lián)聯(lián)接而而成的的多糖糖。聚合度度n越越大，，纖維維素分分子鏈鏈越長長，纖纖維素素物質(zhì)質(zhì)的強(qiáng)強(qiáng)度就就越高高。纖維素素大分分子中中的每每個基基環(huán)上上有三三個烴烴基（（C2、C3為為仲醇醇羥基基，C4為為伯醇醇羥基基）為為親水水基，，可以以發(fā)生生氧化化、酯酯化、、醚化化反應(yīng)應(yīng)，分分子間間形成成氫鍵鍵、吸吸水、、潤脹脹以及及接枝枝共聚聚等。。（1））纖維維素分分子結(jié)結(jié)構(gòu)甙烴基基上的的氫原原子容容易轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位，，與氧氧環(huán)的的氧結(jié)結(jié)合，，使環(huán)環(huán)式結(jié)結(jié)構(gòu)變變?yōu)殚_開鏈?zhǔn)绞浇Y(jié)構(gòu)構(gòu)，因因此第第一碳碳原子子便變變成醛醛基，，故甙甙烴基基具有有潛在在的還還原性性。由于甙烴基基的存在，，纖維素大大分子對水水解作用的的穩(wěn)定性降降低，在酸酸性介質(zhì)中中與水作用用，可使甙甙鍵斷裂，，纖維素大大分子降解解。14（2）纖維維素的物理理結(jié)構(gòu)在結(jié)晶區(qū)，，纖維素大大分子的排排列具有完完全的規(guī)則則性，由纖纖維素分子子結(jié)合成長長鏈段，不不易為溶液液或反應(yīng)劑劑滲透。非結(jié)晶區(qū)又又稱無定形形區(qū)，纖維維素分子鏈鏈排列的規(guī)規(guī)則性比較較差，一般般取向大致致與纖維軸軸平行，結(jié)結(jié)合的較為為松弛。易易于被溶液液滲透，對對水解反應(yīng)應(yīng)敏感。結(jié)晶區(qū)與非非結(jié)晶區(qū)之之間沒有明明顯的界限限。纖維素分子子鏈很長，，一個纖維維素分子鏈鏈可穿過幾幾個結(jié)晶區(qū)區(qū)和無定形形區(qū)。15（3）氫鍵鍵纖維素大分分子之間以以及分子內(nèi)內(nèi)存在大量量的氫鍵，，氫鍵的能能量為21-33J/mol，隨形成成氫鍵的原原子間的距距離而變化化。纖維素分子子鏈的聚合合度很大,假如所含含的烴基都都能形成氫氫鍵，則分分子間的作作用力將非非常大。氫鍵的破裂裂與重新生生成對纖維維素物料的的性質(zhì)有重重大的影響響，尤其對對纖維素的的吸濕性、、溶解度有有很大影響響。16(4)纖維維素的化學(xué)學(xué)性質(zhì)纖維素最主主要的化學(xué)學(xué)性質(zhì)是降降解與氧化化，降解主主要是酸性性水解和堿堿性降解。。纖維素大分分子的甙鍵鍵對酸的穩(wěn)穩(wěn)定性很低低，在適當(dāng)當(dāng)?shù)臍潆x子子濃度、溫溫度下，它它將發(fā)生部部分水解降降解或發(fā)生生完全水解解，形成D-葡萄糖糖。纖維素醇羥羥基的存在在使其可能能發(fā)生酯化化和醚化反反應(yīng)。通過酯化和和醚化反應(yīng)應(yīng)，可以改改善纖維素素的性質(zhì)，，制造出工工業(yè)上很有有價值的纖纖維素衍生生物，例如如:硝酸纖纖維素、醋醋酸纖維素素、甲基纖纖維素等。。172·半纖維維素半纖維素是是由不同量量的幾種糖糖組成的共共聚物。常見的幾種種糖有D-木糖、D-甘露露糖、D-葡萄糖等等。其結(jié)構(gòu)比較較復(fù)雜，通通常是以一一種或兩種種糖基構(gòu)成成主鏈，其其它糖基或或基團(tuán)形成成支鏈。如在闊葉木木中存在的的兩種主要要半纖維素素:聚木糖糖類和聚甘甘露糖類，，它們分別別是由木糖糖基和甘露露糖基構(gòu)成成主鏈，側(cè)側(cè)鏈上連有有其它糖基基或基團(tuán)。。如聚氧-乙酰基-4-氧-甲基葡萄萄糖尾酸木木糖：A為氧乙酰?；珿A為葡葡糖尾尾酸基，Me為甲基基，Xβ代代表β-D-吡喃式式木糖基。。18纖維素與半半纖維素的的區(qū)別與纖維素比比較，半纖纖維素分子子最小，有有支鏈，因因此穩(wěn)定性性較差，易易吸水潤張張。對紙漿漿的性質(zhì)、、加工性能能有一定的的影響。為了提高木木材利用率率，半纖維維素在一般般的制漿方方法中是盡盡量保留的的物質(zhì)。193.木素木素是由苯苯丙烷結(jié)構(gòu)構(gòu)單元構(gòu)成成的具有三三維網(wǎng)狀結(jié)結(jié)構(gòu)的天然然高分子化化合物，廣廣泛存在于于木化植物物中。各種植物原原料的木素素的化學(xué)結(jié)結(jié)構(gòu)是不同同的，因此此，木素這這一名詞是是代表植物物中具有共共同性質(zhì)的的一類物質(zhì)質(zhì)。20（1）木素的結(jié)構(gòu)構(gòu)木素結(jié)構(gòu)單單元通過醚醚鍵和碳碳碳鍵連接，，形成空間間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)的木素大大分子。21(2)木素素的化學(xué)性性質(zhì)。木素在植物物中主要存存在于纖維維和纖維之之間的胞間間層與細(xì)胞胞壁的微細(xì)細(xì)纖維間，，作為“膠膠粘劑”和和“填充劑劑”。木素是原料料顏色的主主要來源，，其含量多多少是制定定蒸煮及漂漂白工藝條條件的重要要根據(jù)。對一般白度度要求不高高或無要求求的紙種如如水泥袋、、瓦楞紙袋袋等，在符符合產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量的前提提下，可以以盡可能的的多保留木木素，以提提高紙漿得得率，降低低成本。在化化學(xué)學(xué)制制漿漿時時，，木木素素是是要要求求除除掉掉的的物物質(zhì)質(zhì)。。從結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)來來看看，，木木素素中中有有些些鍵鍵比比較較穩(wěn)穩(wěn)定定，，有有些些鍵鍵較較易易參參與與化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)，，與與不不同同種種類類的的化化學(xué)學(xué)試試劑劑作作用用，，可可以以發(fā)發(fā)生生親親核核反反應(yīng)應(yīng)，，親親電電取取代代反反應(yīng)應(yīng)和和氧氧化化反反應(yīng)應(yīng)。。224.抽抽提提物物包括括一一部部分分無無機(jī)機(jī)鹽鹽、、糖糖類類、、植植物物堿堿、、單單寧寧，，色色素素、、淀淀粉粉、、果果膠膠質(zhì)質(zhì)、、脂脂肪肪和和脂脂肪肪酸酸、、樹樹脂脂和和樹樹脂脂酸酸、、萜萜烯烯化化合合物物、、酚酚類類以以及及醇醇類類等等物物質(zhì)質(zhì)。。這些些物物質(zhì)質(zhì)大大多多溶溶于于水水或或有有機(jī)機(jī)溶溶劑劑，，在在制制漿漿過過程程中中絕絕大大部部分分已已被被去去除除，，或或作作為為副副產(chǎn)產(chǎn)品品回回收收，，它它們們對對造造紙紙影影響響不不大大。。這類類物物質(zhì)質(zhì)可可被被有有機(jī)機(jī)溶溶劑劑如如苯苯、、乙乙醇醇、、乙乙醚醚，，或或水水、、氫氫氧氧化化鈉鈉抽抽提提出出來來，，故故總總稱稱為為抽抽提提物物。。23纖維維素素、、半半纖纖維維素素、、木木素素的的區(qū)區(qū)別別纖維素（C6H10O5）n由D-吡喃式式葡萄糖基組組成的多糖，，分子量很大大，直鏈。分分為結(jié)晶區(qū)和和非結(jié)晶區(qū)。。在結(jié)晶區(qū)，，纖維素大分分子的排列具具有完全的規(guī)規(guī)則性，由纖纖維素分子結(jié)結(jié)合成長鏈段段，不易為溶溶液或反應(yīng)劑劑滲透。非結(jié)結(jié)晶區(qū)纖維素素分子鏈排列列的規(guī)則性比比較差，一般般取向大致與與纖維軸平行行，結(jié)合的較較為松弛。易易于被溶液滲滲透，對水解解反應(yīng)敏感。。結(jié)晶區(qū)與非非結(jié)晶區(qū)之間間沒有明顯的的界限。纖維維素分子鏈很很長，一個纖纖維素分子鏈鏈可穿過幾個個結(jié)晶區(qū)和無無定形區(qū)。穩(wěn)定性較好，，不易吸水潤潤張，是影響響紙漿的性質(zhì)質(zhì)、加工性能能的主要成分分，制漿過程程中要保留的的物質(zhì)。半纖維素是由由不同量的幾幾種糖組成的的共聚物，分分子量小，有有支鏈，因此此穩(wěn)定性較差差，易吸水潤潤張。半纖維素在一一般的制漿方方法中是盡量量保留的物質(zhì)質(zhì)。木素廣泛存在在于木化植物物中，它是由由苯丙烷結(jié)構(gòu)構(gòu)單元構(gòu)成的的具有三維網(wǎng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的天天然高分子化化合物。在在化學(xué)制漿時時，木素是要要求除掉的物物質(zhì)。24四、纖維結(jié)構(gòu)構(gòu)木材纖維細(xì)胞胞沿樹木軸向向緊密排列著著，兩相鄰細(xì)細(xì)胞之間有一一層細(xì)胞間隙隙物質(zhì)稱為胞胞間層。胞間層把各個個相鄰細(xì)胞粘粘接起來，胞胞間層的主要要化學(xué)成分是是木素及果膠膠質(zhì)等，不含含纖維素。將植物原料制制成紙漿的過過程就是克服服細(xì)胞間的粘粘接作用，使使纖維細(xì)胞解解離的過程。。纖維細(xì)胞分為為初生壁、次次生壁和細(xì)胞胞腔，初生壁壁緊貼著胞間間層，是細(xì)胞胞生長期間細(xì)細(xì)胞壁不斷增增長加厚的結(jié)結(jié)果，初生壁壁很薄。在細(xì)胞停止生生長后細(xì)胞壁壁繼續(xù)增厚，，這時加厚在在初生壁的內(nèi)內(nèi)側(cè)，稱為次次生壁，次生生壁很厚，是是纖維細(xì)胞的的主體。在細(xì)胞壁內(nèi)，，纖維素大分分子有規(guī)則地地排列聚集成成原細(xì)纖維，，若干原細(xì)纖纖維組成微細(xì)細(xì)纖維，由微微細(xì)纖維組成成細(xì)纖維，再再組成纖維。。細(xì)纖維、微細(xì)細(xì)纖維在細(xì)胞胞壁申的排列列構(gòu)成了纖維維細(xì)胞壁的各各層。25TheEnd26二、植物纖維維原料的性能能1．木材纖維維的性能2·非木材材纖維的性能能3.二次纖纖維針葉木的纖維維有較大的細(xì)細(xì)胞腔（管胞胞）而且纖維維較長。管胞胞占針葉木細(xì)細(xì)胞木質(zhì)部橫橫截面積的93%以上。。因此針葉木木纖維細(xì)胞比比較單一，雜雜細(xì)胞非常少少。從紙和紙板的的成形機(jī)理及及性能分析來來看，纖維細(xì)細(xì)胞越單一，，細(xì)胞壁越薄薄(即壁腔比比越小)，纖纖維越長，越越有利于生產(chǎn)產(chǎn)出強(qiáng)度較大大的紙和紙板板，因此針葉葉木適合于生生產(chǎn)紙袋紙、、牛皮紙、牛牛皮箱板紙等等強(qiáng)度要求較較大的紙或紙紙板。闊葉木纖維類類型較復(fù)雜，，纖維細(xì)胞僅僅占樹木細(xì)胞胞總面積的60%左右。。闊葉木纖維平平均長度僅為為1.0mm左右，寬度度只有針葉木木的1/2-1/3。因因此闊葉木適適合于生產(chǎn)表表面較平滑、、不透明度較較大，而強(qiáng)度度要求較低的的紙?？梢园褍煞N樹樹木混合在一一起，使不同同的纖維性能能互補(bǔ)。非木材纖維原原料的纖維細(xì)細(xì)胞兩端多呈呈尖削狀，胞胞腔較小，纖纖維較細(xì)而短短。非纖維細(xì)胞含含量也較多，，因此，一般般只適合于制制造強(qiáng)度要求求不高的普通通文化用紙··低檔包裝紙紙等，也可以以與長纖維木木漿配合抄造造某些紙和紙紙板。韌皮纖維和棉棉纖維長度一一般很長，寬寬度較小