第一篇 纸包装材料与制品

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1、第一篇纸包装材料与制品,第一章 概论, 纸的定义： 从悬浮液中将植物等纤维、矿物纤维、 动物纤维、化学纤维或这些纤维的混合物沉积到适当的 (专门)成形设备上，经过干燥制成的平整、均匀的薄页 (片状物)。 纸和纸板的区分： 纸-定量小于225g/m2，厚度小于0.1mm； 纸板-定量大于225g/m2，厚度大于0.1mm, 纸和纸板的生产与发展 造纸术的发明 蔡伦于公元105年将造纸工艺总结如下： 原料-沤制-捶洗-捞纸-干燥-整理 传播 朝鲜(381) 日本(610) 阿拉伯(751) 欧洲(1150) 美国(1690) 加拿大(1803） 发展 先进的造纸机代替了手工抄纸，使产量不断增加。新

2、 的加工方法提高了纸的性能，应用领域更加广泛。 2000年人均纸和纸板的消费量：美国331.7千克、日本 249.9千克、台湾229.4千克、中国大陆28.4千克。,第一章 概论,第一章 概论,一、纸包装在包装工业中的地位 (1) 用于包装的纸和纸板占纸和纸板总产量的50%； (2) 在所有包装材料中纸包装占50%,国内2004年包装材料使用情况统计,2007年我国包装材料使用情况,第一章 概论,二、纸包装材料的特点 1.原料天然生长、来源丰富，成本低，生产方便；2.重量轻、缓冲保护性能优良； 3.外观、外形易于改善造型、印刷；4.无毒、无味、卫生； 5.贮运方便，易于回收处理； 6.与其它材

3、料复合后性能完善，应用广泛；7.绿色环保，无污染，利于回收。,三、纸包装的发展趋势1.加入WTO后对我国包装工业的影响 世界贸易中的绿色壁垒，要求包装材料的绿色功能，将促进纸包装的进一步发展。 2.纸包装用量预测 每一亿元工农业总产值，需包装纸和纸板210t； 收购一亿元商品, 需包装纸和纸板2000t； 出口一亿元商品, 需包装纸和纸板2200t。,第一章 概论,纸盒,瓦楞纸箱,纸袋,纸浆模塑制品,蜂窝纸板等,四、纸包装材料的典型应用,第一章 概论,纸浆,植物,纸,第二章 包装纸与纸板,纸或纸板的生产过程：,木 材,废 纸,甘蔗,棉花,小麦,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,一、造纸原

4、料的种类,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,1.粗视结构（肉眼辨别）,树皮、形成层、木质部、树芯年轮,造纸,2.纤维与细胞（光学显微镜辨别）,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,二、造纸植物纤维原料的生物结构,植物是由多种多样的细胞组成，其中纤维状的细胞是最好的造纸原料。,纤维状的细胞是一种厚壁细胞，简称纤维。,特点是：中空，细长，呈纺锤状。富有挠曲、柔韧性。,11,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,微细纤维（电子显微镜辨别）,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,4.各种植物纤维原料特点,木材纤维原料针叶木：纤维细胞比较单一，杂细胞少，细 胞壁较薄，纤维较长,生产的纸和纸板

5、强度大。（平均长度3-4mm，宽度为0.05mm ）,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,纸的抗张强度与纤维的长度成正比，与纤维的粗度成反比。,阔叶木： 纤维细胞主要是木纤维，除纤维细胞外，还含有大量的导管等非纤维细胞，纤维细且短，胞腔小。（平均长度1.0mm，宽度为针叶木的1/2-1/3）。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,适合抄造表面平滑，不透明度高，而强度要求低的纸张。, 非木材纤维原料：纤维细而短（除棉、麻等韧皮纤维外），生产的纸强度小。（平均长度1.0-1.5mm，平均宽度10-20um） 适合于抄造强度要求不高的纸张，或与长纤维木

6、浆配抄。 二次纤维:二次纤维是废纸的回收利用，是混合纤维。原纤维相比，纤维短小，强度下降，杂质的去除比较复杂。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,我国目前对废纸还没有一个很科学、很详细的分类回收办法，各种高质量的废纸和低质量的废纸混在一起被回收上来，因是混合纤维，缺乏一致性，只能用来生产瓦楞原纸、箱板纸、纸浆模塑制品，或用于多层纸板的芯层等低档纸制品。, 二次纤维:,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,三、造纸植物纤维原料的化学组成 纤维素 半纤维素 木素及少量树脂、果胶、矿物质等,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，是细胞壁的骨架物质。,纤维素

7、的分子式为（C6H10O5）n，n称为聚合度，纤维素的来源不同，聚合度不同。,（一） 纤维素,1.纤维素的化学结构,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,每个基环上有三个醇羟基,由许多D-吡喃式葡萄糖基相互以1,4-甙键连接而成的线型高分子化合物。,2.化学性质,由于甙键的存在，纤维素易发生水解反应；,由于醇羟基的存在，纤维素易发生氧化反应、酯化反应和醚化反应。,在一定条件下，纤维素可与浓碱反应，生成碱纤维素。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,由于纤维素含有大量的羟基，使纤维素大分子之间和内部存在大量的氢键。,3.氢键,4.纤维素的物理结构,纤维素超分子结构理论认为：纤维素是由结晶区

8、和无定形区交错联结而成的二相体系,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,在结晶区，纤维素大分子的排列具有完全的规则性，结合的比较紧密；,在无定形区，纤维素分子链的排列不具有规则性，结合的比较松散；,结晶区与无定形区无明显的绝对界限。,吸湿与放湿只能发生在非结晶区，在结晶区，由于分子上的羟基形成了氢键，所以，水分子不能进入。,纤维素的吸湿能力取决于亲水性羟基的多少，纤维素的非结晶区的多少，以及非结晶区内大分子排列的疏密程度。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板, 色泽：纤维素本身为白色；,5.纤维素的物理性质,第二章 包装纸与纸板,第一节 造纸原料,吸湿现象,纤维素大分子含有大量的羟基，使

9、纤维素大分子之间和内部存在大量的氢键。羟基是较强的亲水性基团，能吸着空气中的水分子。,干缩湿胀,根据纤维素的物理结构，被吸附的水分子只能进入非结晶区的纤维素分子链之间，纤维素水分的减少或增多必然会改变纤维素分子链之间的距离，靠拢或拉开，从而导致收缩或膨胀。,因为吸水性的羟基存在于分子链之间，所以，收缩与膨胀也只限于非结晶区的分子链之间，而不会发生在纤维素分子的轴向。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,纤维素不溶于水，溶于氢氧化铜氨溶液。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,纤维素的物理性质,6.纤维素的作用 提高纸张强度；透明,半纤维素同纤维素、木素一起构成植物细胞壁。半纤维素增加细

10、胞壁的刚性。,1.半纤维素的定义,植物细胞壁中除纤维素（果胶质、淀粉除外）的非纤维素碳水化合物，称为半纤维素。,(二) 半纤维素,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,半纤维素呈纤丝状结构，半纤维素在细胞壁中，基本上平行于纤维素排列，在纤维素和木素之间起联接的作用。,2.半纤维素的形态及排列方式,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,3.半纤维素的组成与性能 a.半纤维素也是一种碳水化合物 半纤维素不是由一种糖基组成的均一聚糖，而是由不同的几种糖基组成的聚合物。 主要由木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等种基团构成的支链高分子化合物，聚合度约为200 。 b.化学性能更活泼，易水解、降

11、解、氧化,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,针叶材与阔叶材的半纤维素,针叶材与阔叶材的半纤维素有些共同点，但针叶材的半纤维素在结构上比阔叶材复杂一些。针叶材主要含有：D-葡萄糖基、D-半乳糖基、D-甘露糖基、D-木糖基、L-阿拉伯糖基、D-葡萄糖醛酸基；阔叶材主要含有：D-葡萄糖基、D-木糖基、 D-甘露糖基 。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板, 半纤维素的聚合度比纤维素低得多，在150-200 之间，易于水解，易溶于氢氧化钠溶液。,4.纤维素与半纤维素的比较, 纤维素是由单一的糖基组成的均一聚糖，而半纤维素是由两种或两种以上不同的糖基组成的聚糖；, 纤维素是典型的线型聚糖，而半

12、纤维素主要是线型结构，但带有各种短侧链；, 半纤维素的吸湿性和润胀性比纤维素高；,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,5.半纤维素的作用 提高纸张的裂段长、耐折度、吸收性、阻隔性能如不透气、不透光等。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,（三）木素,木素是由苯丙烷结构单元构成的具有三维网状结构的天然高分子化合物。在细胞壁中起加固作用。1.结构： 网络状高分子化合物，其基本结构单元主要为对羟苯基、愈疮木基、紫丁香基。它们通过醚键和碳-碳键连接，形成木素大分子。各种基本单元的多种连接方式，使木素结构复杂多样，没有规则性。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,木素呈球形小粒，集聚成为球形

13、聚集体。木素在140-150开始软化，冷却后变硬，性脆，易成粉末，在水和有机溶剂中的溶解度很小。,2.物理性质,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,3.化学性质,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,酸性介质中的亲核取代反应： 具有二烷基醚、烷基芳基醚结构的木素分子生成烊盐； 醚键断裂,生成正碳离子； 亲核试剂攻击正碳离子,生成可溶性的木素磺酸盐。,碱性介质中的亲核取代反应：苯环上的酚羟基的氢离子脱出，酚羟基以阴离子形式存在；苯环侧链上的醚键断裂。,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,在苯环上羟基和甲氧基的邻位或对位等没有取代基的位置上进行取代反应，形成氯化木素；在苯环结构单元的侧链

14、上进行取代反应，使侧链与苯环断开； 使连接苯环结构单元的烷基芳基醚键受氧化作用而断裂，使木素大分子降解为小分子。,亲电试剂：正氯离子 Cl+ 。,亲电取代反应的位置：,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,4.性能： 是一种胶质，主要存在于胞间层、初生壁中，起粘合剂作用；木素与细胞壁中其它组分存在着化学键的连接。据推测，木素与碳水化合物的连接是通过各种醚键的形式实现的。 与酸、碱易生成水滤物。 5.作用： 适量时可提高纸和纸板挺度,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,典型原料的化学成分,第一节 造纸原料,第二章 包装纸与纸板,（四）少量成分 树脂、

15、脂肪、淀粉、果胶、灰分等 （五）化学成分在纤维中的分布 胞间层主要是木素S1层（次生壁外层 ）-纤维素、木素S2层（次生壁中层 ）-纤维素,第二章 包装纸与纸板,第一节 造纸原料,第二节 制浆工艺,第二章 包装纸与纸板,备料: 制浆前把粗长的木材、禾草切成小块的料片并去除杂质的操作。 锯断：磨木机要求原木长度为0.6m或1.2m，普通削片机要求原 木长度22.5m 除节、去皮：树皮和树节的纤维含量低、杂质含量高： 劈开：劈开过大的原木，以利于装入磨木机 削片： 筛选：除去大而粗的木片。,第二节 制浆工艺,第二章 包装纸与纸板,削片机,第二章 包装纸与纸板,第二节 制浆工艺,制浆: 将造纸原料分散为单根纤维的过程叫制浆(Pulping)，获得的 产品称为纸浆（pulp)。也叫纤维分离 制浆的目的: 将植物纤维原料分离成单根的纤维，增加纤维的比表面积（单位重量纤维的表面积） 制浆的要求： 在纤维尽量不受或少受损失的前提下，消耗较少的动力，将植物纤维分离成单体纤维，使浆料具备一定的比表面积和交织性能，纤维之间的重新结合创造条件。,