打漿度和纖維配比對(duì)液體包裝紙板面層纖維基片性能的影響

銀星牌松木漂白針葉木漿（簡(jiǎn)稱針葉木漿），鸚鵡牌樺木漂白闊葉木漿（簡(jiǎn)稱闊葉木漿）。

Valmet RF-03型錐型磨；長春月明 J-DJY100 型紙漿打漿度測(cè)定儀；奧地利PTI RK-H型紙頁成型器；長江造紙儀器 DCP-KZ100型紙張抗張?jiān)囼?yàn)儀；長江造紙儀器 J-SLY1000A型紙張撕裂度儀；長江造紙儀器 DCP-NPY5600型紙板耐破度儀；L&W 11513242型紙張挺度儀；長江造紙儀器 J-HDY04B（B）型電動(dòng)厚度測(cè)定儀；潤湖儀器 RH-T541型紙板層間結(jié)合強(qiáng)度儀；和興模具 TP-LPB323型壓痕儀；HANATEK MFI型壓痕測(cè)試儀。

圖2為打漿和纖維配比對(duì)纖維基片抗張指數(shù)的影響。由圖2中可以看出，提高打漿度對(duì)纖維基片的抗張強(qiáng)度改善明顯，通過打漿可以提高纖維與纖維間的交織幾率和結(jié)合強(qiáng)度，抗張指數(shù)升高；但打漿度過高也會(huì)導(dǎo)致纖維平均長度和強(qiáng)度受損，抗張指數(shù)反而下降。兩種配比纖維基片抗張指數(shù)在打漿度（30±2）oSR獲得最大值；30%針葉木漿/70%闊葉木漿配比，打漿度在32oSR時(shí)纖維基片獲得最大抗張指數(shù)61.5 N·m/g，較打漿前提高100.3%；50%針葉木漿/50%闊葉木漿配比，打漿度在29 oSR時(shí)纖維基片獲得最大抗張指數(shù)68.2 N·m/g，較打漿前提高227.2%；針葉木漿配比增加20%，纖維基片抗張指數(shù)提高11.0%。

圖2  打漿和纖維配比對(duì)纖維基片抗張指數(shù)的影響

Fig. 2  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on tensile index

研究表明紙張發(fā)生撕裂是把纖維從紙張中拉出，或把纖維扯斷，因此，纖維的平均長度和自身強(qiáng)度是紙板撕裂度的決定因素，但纖維排列方向、交織情況、纖維與纖維間結(jié)合強(qiáng)度同樣影響著成紙的撕裂強(qiáng)度^[13]。圖3為打漿和纖維配比對(duì)纖維基片撕裂指數(shù)的影響。由圖3中可以看出，隨著打漿度的增加，纖維基片撕裂指數(shù)先升高后降低，兩種漿料配比纖維基片的撕裂指數(shù)均在打漿度22oSR獲得最大值，其中30%針葉木漿/70%闊葉木漿配比的纖維基片撕裂指數(shù)為12.3 mN·m2/g，較打漿前提高21.5%；50%針葉木漿/50%闊葉木漿配比纖維基片撕裂指數(shù)為13.4 mN·m2/g，較打漿前提高27.4%；針葉木漿配比增加20%，纖維基片撕裂指數(shù)提高8.6%。

圖3  打漿和纖維配比對(duì)纖維基片撕裂指數(shù)的影響

Fig. 3  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on tear index

圖4為打漿和纖維配比對(duì)纖維基片耐破指數(shù)的影響。由圖4中可以看出，提高打漿度對(duì)纖維基片耐破度改善明顯，通過打漿可以提高纖維與纖維間的交織幾率和結(jié)合強(qiáng)度，耐破度提升；但打漿度過高也會(huì)導(dǎo)致纖維平均長度和自身強(qiáng)度過度受損，耐破度反而下降。兩種纖維配比混合漿料耐破指數(shù)均在打漿度（30±2）oSR獲得最大值。30%針葉木漿/70%闊葉木漿配比，打漿度在32oSR時(shí)纖維基片耐破指數(shù)獲得最大值5.39 kPa·m2/g，較打漿前提高120.0%；50%針葉木漿/50%闊葉木漿配比，打漿度在29oSR時(shí)纖維基片耐破指數(shù)獲得最大值5.82 kPa·m2/g，較打漿前提高84.8%；針葉木漿配比增加20%，纖維基片耐破指數(shù)提高8.0%。

圖4  打漿和纖維配比對(duì)纖維基片耐破指數(shù)的影響

Fig. 4  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on burst index

挺度是衡量紙和紙板耐彎曲強(qiáng)度的指標(biāo)，挺度的大小決定著紙盒抗彎、抗壓、抗扭矩的能量和承受外界壓力而不彎曲或破壞的能力。GB/T 18192—2008《液體食品無菌包裝用紙基復(fù)合材料》規(guī)定了不同容量帶覆膜的液體包裝紙挺度值的下限。圖5為打漿和纖維配比對(duì)纖維基片挺度的影響。從圖5中可以看出，隨著打漿度的增加，挺度值先升高后降低，兩種配比纖維基片在打漿度（26±1）oSR挺度獲得最大值。適度打漿可以提高纖維基片緊度，增加纖維與纖維間的交織幾率和結(jié)合強(qiáng)度，有助于挺度值增加；打漿過多，纖維長度和強(qiáng)度損失過度，挺度反而降低。30%針葉木漿/70%闊葉木漿配比，打漿度在27oSR時(shí)纖維基片挺度獲得最大值86.5 mN·m，較打漿前提高26.7%；50%針葉木漿/50%闊葉木漿配比，打漿度在25oSR時(shí)纖維基片挺度獲得最大值85.9 mN·m，較打漿前提高14.2%；針葉木漿配比增加20%，挺度值反而下降0.7%。

圖5  打漿和纖維配比對(duì)纖維基片挺度的影響

Fig. 5  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on stiffness

圖6為打漿和纖維配比對(duì)纖維基片松厚度的影響。由圖6可以看出，隨著打漿度的升高，纖維基片的松厚度降低。纖維基片針葉木漿配比增加，松厚度反而下降，其主要原因?yàn)椋涸黾俞樔~木漿配比，相同打漿度下，噸漿磨漿能耗會(huì)增加；長短纖混合打漿，在磨片選型上往往會(huì)偏向于考慮長纖，磨齒寬，溝槽寬且深，以避免運(yùn)行過程中磨機(jī)堵塞，但這樣也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程中長纖打漿過度，短纖打漿不足，即無法使混合漿料中的長短纖同時(shí)獲得最佳的打漿性能。液體包裝紙板工藝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程中，在確保產(chǎn)品各項(xiàng)物理強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求下，應(yīng)盡可能保留紙板纖維層的松厚度和透氣度，高松厚度、輕挺度是液體包裝紙板產(chǎn)品的主流發(fā)展方向，它既可以節(jié)約原材料成本，減少能耗，又可以改善紙板后加工段復(fù)合和壓痕的適應(yīng)性。

圖6  打漿和纖維配比對(duì)纖維基片松厚度的影響

Fig. 6  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on bulk

內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度是指紙或紙板厚度方向（Z向）剝離單位面積所需要的能量，其反應(yīng)出紙或紙板厚度方向（Z向）網(wǎng)絡(luò)交織結(jié)構(gòu)及剝離強(qiáng)度，Scott 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定是目前應(yīng)用最廣泛的一種^[14-15]。GB/T 31122—2014規(guī)定液體包裝用紙板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度≥150 J/m2。圖7為打漿和配比對(duì)纖維基片內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響。由圖7中可知，30%針葉木漿/70%闊葉木漿配比，打漿度16oSR時(shí)，纖維基片內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為151 J/m2，已滿足國標(biāo)要求，隨著纖維基片打漿度的提高，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度上升；打漿度27oSR時(shí)，纖維基片內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度上升至311 J/m2，針葉木漿配比由30%增加至50%，纖維基片的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)一步提升。提高面層纖維基片的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度既可以提升液體包裝紙板的整體層間內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，還可以改善紙板應(yīng)用中的印刷適應(yīng)性和聚乙烯（PE）覆膜牢度。

圖7  打漿和配比對(duì)纖維基片內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響

Fig. 7  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on Scott bond

在液體包裝紙板上實(shí)施壓痕工藝，可有效避免棱角處爆裂，確保包材在灌裝機(jī)上使用流暢，成型后外觀平整飽滿，折角筆直挺刮，壓痕效果還直接影響到后加工段的PE復(fù)合質(zhì)量。使用50%針葉木漿/50%闊葉木漿配比，測(cè)試不同打漿度纖維基片的壓痕效果，壓痕測(cè)試數(shù)據(jù)見表1，壓痕測(cè)試實(shí)景圖見圖8。從表1可知，相同測(cè)試條件下，打漿度29oSR的纖維基片，壓痕寬度最大，壓痕深度適宜，壓痕處挺度保留率最高；從壓痕測(cè)試實(shí)景圖8來看，打漿度29oSR纖維基片的壓痕效果和質(zhì)量最好。壓痕測(cè)試結(jié)果表明，50%針葉木漿/50%闊葉木漿配比，打漿度29oSR時(shí)，纖維基片的壓痕測(cè)試數(shù)據(jù)和效果表現(xiàn)佳，說明提高面層纖維基片抗張強(qiáng)度和耐破性能，可以提高產(chǎn)品壓痕適應(yīng)性，改善加工應(yīng)用工段的流暢性，減少折爆風(fēng)險(xiǎn)。

圖8  不同打漿度的壓痕表現(xiàn)

Fig. 8  Crease performance of different beating degree