打漿度和纖維配比對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（簡稱針葉木漿），鸚鵡牌樺木漂白闊葉木漿（簡稱闊葉木漿）。

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型紙張抗張試驗儀；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）型電動厚度測定儀；潤湖儀器 RH-T541型紙板層間結合強度儀；和興模具 TP-LPB323型壓痕儀；HANATEK MFI型壓痕測試儀。

圖2為打漿和纖維配比對纖維基片抗張指數的影響。由圖2中可以看出，提高打漿度對纖維基片的抗張強度改善明顯，通過打漿可以提高纖維與纖維間的交織幾率和結合強度，抗張指數升高；但打漿度過高也會導致纖維平均長度和強度受損，抗張指數反而下降。兩種配比纖維基片抗張指數在打漿度（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時纖維基片獲得最大抗張指數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時纖維基片獲得最大抗張指數68.2 N·m/g，較打漿前提高227.2%；針葉木漿配比增加20%，纖維基片抗張指數提高11.0%。

圖2  打漿和纖維配比對纖維基片抗張指數的影響

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、纖維與纖維間結合強度同樣影響著成紙的撕裂強度^[13]。圖3為打漿和纖維配比對纖維基片撕裂指數的影響。由圖3中可以看出，隨著打漿度的增加，纖維基片撕裂指數先升高后降低，兩種漿料配比纖維基片的撕裂指數均在打漿度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%，纖維基片撕裂指數提高8.6%。

圖3  打漿和纖維配比對纖維基片撕裂指數的影響

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

圖4為打漿和纖維配比對纖維基片耐破指數的影響。由圖4中可以看出，提高打漿度對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合強度，耐破度提升；但打漿度過高也會導致纖維平均長度和自身強度過度受損，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時纖維基片耐破指數獲得最大值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時纖維基片耐破指數獲得最大值5.82 kPa·m2/g，較打漿前提高84.8%；針葉木漿配比增加20%，纖維基片耐破指數提高8.0%。

圖4  打漿和纖維配比對纖維基片耐破指數的影響

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度的指標，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合強度，有助于挺度值增加；打漿過多，纖維長度和強度損失過度，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，其主要原因為：增加針葉木漿配比，相同打漿度下，噸漿磨漿能耗會增加；長短纖混合打漿，在磨片選型上往往會偏向于考慮長纖，磨齒寬，溝槽寬且深，以避免運行過程中磨機堵塞，但這樣也會導致生產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獲得最佳的打漿性能。液體包裝紙板工藝設計及生產過程中，在確保產品各項物理強度符合標準要求下，應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合和壓痕的適應性。

圖6  打漿和纖維配比對纖維基片松厚度的影響

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

內結合強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，其反應出紙或紙板厚度方向（Z向）網絡交織結構及剝離強度，Scott 內結合強度測定是目前應用最廣泛的一種^[14-15]。GB/T 31122—2014規(guī)定液體包裝用紙板內結合強度≥150 J/m2。圖7為打漿和配比對纖維基片內結合強度的影響。由圖7中可知，30%針葉木漿/70%闊葉木漿配比，打漿度16oSR時，纖維基片內結合強度為151 J/m2，已滿足國標要求，隨著纖維基片打漿度的提高，內結合強度上升；打漿度27oSR時，纖維基片內結合強度上升至311 J/m2，針葉木漿配比由30%增加至50%，纖維基片的內結合強度進一步提升。提高面層纖維基片的內結合強度既可以提升液體包裝紙板的整體層間內結合強度，還可以改善紙板應用中的印刷適應性和聚乙烯（PE）覆膜牢度。

圖7  打漿和配比對纖維基片內結合強度的影響

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

在液體包裝紙板上實施壓痕工藝，可有效避免棱角處爆裂，確保包材在灌裝機上使用流暢，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復合質量。使用50%針葉木漿/50%闊葉木漿配比，測試不同打漿度纖維基片的壓痕效果，壓痕測試數據見表1，壓痕測試實景圖見圖8。從表1可知，相同測試條件下，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；從壓痕測試實景圖8來看，打漿度29oSR纖維基片的壓痕效果和質量最好。壓痕測試結果表明，50%針葉木漿/50%闊葉木漿配比，打漿度29oSR時，纖維基片的壓痕測試數據和效果表現佳，說明提高面層纖維基片抗張強度和耐破性能，可以提高產品壓痕適應性，改善加工應用工段的流暢性，減少折爆風險。

圖8  不同打漿度的壓痕表現

Fig. 8  Crease performance of different beating degree