浅析瓦楞原纸的环压强度

 

浅析瓦楞原纸的环压强度多年抽检结果看 ,影响瓦楞原纸质量档次提高的主要质量指标是环压强度。
１环压强度是瓦楞原纸的重要指标
ＧＢ１３０２３ -９１瓦楞原纸标准将瓦楞原纸按质量分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四个等级。其质量指标有五项 :定量、紧度、环压强度、抗张强度、交货水分。环压强度是瓦楞原纸使用功能的代表性指标 ,在国家标准中规定指标值均比较高。纸箱厂对瓦楞原纸的各项质量指标要求也有所不同 ,影响纸箱抗压强度的主要因素是环压强度 ,因此纸箱厂对环压强度指标要求特别高。从本站十余年检验结果看 ,瓦楞原纸不合格的指标多为环压强度 ,低档次瓦楞原纸生产线改进生产次时 ,zui不易过关的指标也是环压强度。瓦楞纸箱是瓦楞纸板制成的 ,而瓦楞纸板又是由箱纸板和瓦楞原纸构成的。瓦楞纸箱的抗压强度与箱纸板、瓦楞原纸的环压强度和厚度、纸箱周长、瓦楞纸板厚度等因素有关 ,具体关系如下 :
式中 :ＢＣＴ———纸箱抗压强度
Ｋ１ 、Ｋ２ ———常数
Ｐ１ 、Ｐ２ ———箱纸板和瓦楞原纸环压强度
ｈ、ｃ、ｔ———瓦楞纸板、箱纸板和瓦楞原纸厚度
Ａ———瓦楞纸板长度
Ｚ———瓦楞纸箱综合尺寸（长 +宽 +高）
从关系式可看出 ,箱纸板和瓦楞原纸的环压强度直接决定着瓦楞纸箱的抗压强度。生产实际也表明瓦楞原纸环压强度与瓦楞纸箱抗压强度有着密切关系。由此可知环压强度是瓦楞原纸的重要指标。从上式还可看出 ,环压强度与厚度有关 ,而紧度是由定量除以厚度换算得来的 ,因此环压强度与紧度、定量密切相关 ,与抗张强度、水分也有一定关系 ,要生产出高质量的瓦楞原纸就一定要处理好各质量指标之间的关系 ,要相辅相成 ,不能顾此失彼。在保证一定抗张强度的前提下 ,尽量提高环压强度。
２影响瓦楞原纸环压强度的因素
２．１环压强度与纸页特性的关系
影响环压强度的纸页基本性质为 :①纤维的挺度 ;②纤维间结合强度 ;③纸页的挺度。提高任一特性而不对其它因素形成负作用 ,即可改善环压强度。瓦楞原纸生产中参数对环压强度的影响可以看成是这些参数对上述基本特性产生的影响。纤维的挺度和纸页的挺度决定于其抗拉伸或压缩的能力 ,即扬氏弹性模量。匀质纸页的挺度和弹性模量的关系为 : （Ｄ＝Ｅｈ３／１２）
式中 :Ｄ———挺度
ｈ———厚度
Ｅ———杨氏弹性模量
纸页厚度对挺度 ,即对环压强度的影响zui大。很多影响弹性模量的造纸参数也影响着纸页厚度 ,加强压榨可改善弹性模量 ,但却降低了纸页厚度。经验表明不同的纤维原料 ,不同的制浆方法 ,不同的打浆抄纸工艺 ,都对弹性模量产生影响 ,进而影响纸页的挺度。
２．２纸浆参数的影响
原料和制浆条件对环压强度有重要影响。
原料 :瓦楞原纸一般用硬度较高的半化学阔叶木、麦草、蔗渣、稻草、棉杆等浆来生产。就纤维形态和化学成分而言 ,用木浆生产出的瓦楞原纸的环压强度比用草浆生产出的好。国外的瓦楞纸一般是以阔叶木为原料 ,多采用半化学制浆法 ,国内使用的原料一般是半化学草浆 ,我区主要是半化学麦草浆。
回用纤维量 :
回用纤维比原浆的挺度低 ,但可能具有较好的结合性能。如果在打浆中不过分将其性能削弱并以适当配比配用 ,则回用纤维对环压强度仍具有一定的积极影响。在半化学麦草浆里掺入废纸 ,配比要合适 ,废纸处理工艺要得当 ,否则环压强度指标难以保证。
蒸煮 :
就制浆方法而言 ,木素、半纤维含量高的制浆方法 ,其成纸挺度也高 ,如磨木浆高得率冷碱法木浆、半化学木浆等的挺度比化学木浆的挺度要高。同一原料 ,木素和半纤维素含量高 ,其成纸挺度也高。蒸煮得率提高 ,一般讲降低了环压强度 ,这是由于低得率纸浆具有较好的纤维结合性能。对某种浆种而言 ,高得率所带来的高纤维挺度抵消了低结合性能的影响 ,从而可改善环压强度。全麦草浆得率一般在６０ %～６５ %,纸浆硬度为２８～３０（高锰酸钾值）。
打浆 :
打浆是用来控制纤维性质zui好的造纸手段之一。打浆的两个有效参数是 :打浆量和打浆操作的性质。打浆过低 ,纸页虽挺硬 ,但成纸强度很低。打浆过高 ,又会提高紧度降低厚度 ,从而降低环压强度。
２．３造纸参数的影响
造纸机湿部参数对环压强度的影响主要可用纤维取向的变化来解释。纸页平面和Ｚ向的纤维取向都很重要。纸页平面的纤维取向通过干燥参数的作用而影响着环压强度的纵向／横向的比值。Ｚ向取向影响纸页的紧度。取向于Ｚ向的纤维愈多 ,纸页愈趋向于松厚 ,从而使环压强度提高。网前箱类型、上浆浓度、成形器、脱水元件均对纤维成形有影响。用圆网造纸机生产瓦楞原纸更得注意网槽形式、网速与浆速比 ,以尽量克服圆网成形纵向纤维排列多于横向的缺点。
湿压榨 :
压榨能提高纸页紧度并影响纤维结合。当纤维在湿态下互相密集 ,就改善了纤维结合的条件 ,提高紧度（降低厚度）则降低了纸页挺度。这种对环压强度的负作用可从改进的纸页结合强度上得到补偿。
干燥 :
干燥过程中影响环压强度的机理是纸页的收缩或伸长。如果让纸页收缩 ,它的伸长率就会提高 ,但弹性模量和环压强度降低了。如果阻止纸页收缩 ,或在干燥中将其伸长 ,则弹性模量以及环压强度都会提高。纤维在纵向比在横向更易于定向 ,纸页在横向更易于收缩 ,因而横向的弹性模量和环压强度都比纵向低 ,故此标准中只列出横向环压强度指标要求。横向收缩可采用干毯的张紧和使用伸展辊而得到控制。纵向收缩可通过干燥烘缸间的牵引和使用干毯而得到控制。干燥温度为１２５℃左右。
压光 :
干压榨会降低纸页厚度提高纸页紧度 ,因为这些是发生在干状态下 ,纤维的结合并没有得到改善 ,压光操作一般降低了环压强度 ,故一般瓦楞原纸不需要压光。平罗造纸厂１９９７年试产瓦楞原纸是加光压的 ,压光可使纸页平整 ,可环压强度不高 ,后取消压光后 ,该指标提高。
水分 :
水分高 ,环压强度低 ,水分不要高于１０ %．
其他 :
填料过量会降低环压强度。
综上所述要生产出瓦楞原纸 ,在操作中必须采用优化的技术策
环压强度增强剂的研究进展
采用化学助剂，如改性淀粉、阳离子高分子聚合物等，由于它们分子中均带有羟基、胺基等基团，可以与纤维的羟基形成氢键结合，提高纤维的结合强度，从而可以显著的改善瓦楞原纸的挺度和环压强度。
4、1淀粉类化学助剂
用于瓦楞原纸增强的淀粉主要有阴离子淀粉、阳离子淀粉和喷淋淀粉。
阴离子淀粉可有效地增加纸页的挺度，从而提高瓦楞原纸的环压强度。
应用喷雾淀粉是提高纸和纸板挺度和内结合强度的有效方法。在全废纸的瓦楞芯纸中使用喷淋淀粉，纸页定量135g/m3，用量为3%，可提高环压强度50%左右；用量为6%，可提高环压强度67%。
将阳离子淀粉应用于瓦楞原纸，可同时提高抗张强度和环压强度，但它对提高纸页的裂断长比环压强度更有效。将冷溶阳离子淀粉用于70%的箱纸板和30%的书刊废纸组成的瓦楞原纸浆，添加量为2%-2.5%环压指数增加23.92%-26.97%，其使用效果与热溶阳离子淀粉相当（28.3%），但前者可常温糊化，操作方便，成本较低.
4.2聚丙烯酰胺类增强剂
阳离子聚丙烯酰胺不仅有效地提高挺度和环压强度，还能有效的改善干强度性能（如抗张强度、耐破度、内部结合强度和耐折度等）。相对于淀粉类助剂，阳离子聚丙烯酰胺更能显著地改善环压强度。向普通废纸浆种添加1%-1.5%，可将环压强度提高23%-30%。因此，向瓦楞原纸中添加适量的阳离子聚丙烯酰胺，可以用强度较差、成本较低的浆料取代强度较好的纸浆，而却保持原有的强度性质。
柳泉润等通过自由基共聚反应合成阳离子聚丙烯酰胺，用作瓦楞原纸环压强度增强剂。试验发现，阳离子聚丙烯酰胺的分子量对瓦楞原纸的环压强度的影响较大。分子量为40万左右的阳离子聚丙烯酰胺对瓦楞提高原纸的环压强度和抗张强度zui佳，而且其增强效果随着用量的增加而增大。向回收箱纸板浆中添加0.4%的共聚物可将瓦楞原纸的环压强度增加左右20%。
此外有相关文章报道：一种浓度为2%-4%的含有3g废瓦楞纸板浆的纸浆悬浮液，与0.5%（以纸浆为基准）的阳离子聚丙烯酰胺（15mol%Mannich反应产物）以及0.3%（以Al2O3）的碱性聚氯化铝混合，然后抄成纸，其环压强度可达362.6N,而含有0.3%碱性聚氯化铝、0.5%阴离子聚合物和不加任何添加物的纸，环压强度分别为308.7、339.1、282N.
4.3共聚乳液型增强剂
在纸料中加入阴离子型乳液聚合物或阳离子型乳液聚合物，可以显著地增加瓦楞原纸的环压强度。
1） 阳离子乳液以丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料，通过无皂乳液聚合制备阳离子共聚物（PMAA）乳液。添加到草浆中，用量为0.75%-1.25%对绝干浆时，环压强度指数提高37.1%-41.6%，抗张强度和耐破度分别增加30%,100%左右。以丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵为原料，采用核壳乳液共聚制备的阳离子乳液型增强剂，湿部添加0.8%，环压强度增加40.9%，抗张强度增加36.6%，耐破度提高145.1%。
2） 张光华、付志盛、刘淑钗等以上述乙烯基单体为原料通过微乳液共聚反应合成水乳型纸张增强剂，并且对其增强效果和湿部应用条件进行了探讨。实验表明：XQ乳液型增强剂适应于废纸浆和未漂浆的增强，对纸张耐破指数、环压指数、抗张指数都有很好的改善作用pH7.5用量0.75%，可将废纸浆瓦楞原纸的环压指数、挺度、裂断长和耐破指数分别提高27.4%、32%,41.6%和71.2%,
3） 阴离子乳液阴离子乳液中聚醋酸乙烯酯的应用效果较好。
聚醋酸乙烯酯对瓦楞原纸的环压强度具有较好的增强作用。将其加入以草浆或废纸浆原料的瓦楞原纸中，分子间交织形成一种网络结构，如同在纸内加入分子水平的“钢筋”，可将纸张中的纤维更好地联结在一起，形状更加固定。它能在提高成纸的戳穿强度和耐破强度等物理指标的同时，增加环压强度。放大实验发现：醋酸乙烯酯对废纸浆瓦楞原纸的增强效果更明显，可使其环压强度提高20%-130%增强后的瓦楞原纸可以达到或超过目前用于出口包装纸箱的高强度瓦楞原纸的某些物理指标。
其它,1）淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物
阳离子接枝丙烯酰胺共聚物是有效的瓦楞原纸环压粘结强度添加剂。湿部添加0.5%的氧化淀粉-丙烯酰胺阳离子接枝共聚物，可使废纸浆抄造的瓦楞纸环压强度增加2.5广州造纸厂的进一步试验表明，添加2.5%的接枝共聚物可使瓦楞纸的环压强度增加120%.共聚物的加入也使裂断长、耐破度、纤维留着率等有不同程度地提高。与阳离子淀粉相比，用量仅为前者的1/4，但效果远远优于前者。
2）壳聚糖及其衍生物
壳聚糖及其衍生物用作纸张的增干增强剂，具有很好地增强效果。在瓦楞原纸中加入1%壳聚糖（以醋酸溶解），成纸裂断长可增加0.2%，耐折度可提高81%。
3）两性、多元和复配化学品
瓦楞原纸主要以二次纤维或麦草化学浆为原料，这要求用于瓦楞原纸增强化学助剂具有专用性。两性、多元和复配型的化学品的应用效果远优于单功能产品。将0.2%阳离子聚丙烯酰胺与0.6%湿强剂ACP共用，可提高环压强度36.5%、抗张强度23.81%.