采用化學品解決方案彌補低定量紙板的強度下降

采用化學品解決方案彌補低定量紙板的強度下降

造紙企業為節省原料，提高生產率，減少環境污染，提升競爭力，正在推進紙張（紙板）的低定量化；然而低定量化會降低紙張（紙板）強度。怎樣彌補因低定量化而造成的紙張（紙板）強度下降？該文介紹了日本一些企業的做法：采用漿內添加PAM和表面施膠PAM并用的方法來提高紙板強度，同時針對因干強劑用量增加而可能產生的加工適應性下降添加了控制透氣度和水滲透性的化學品，并采取了添加壓線爆線預防助劑等措施。

1　序言

最近幾年，日本由于經濟停滯，人口減少，個人數據終端設備迅速普及并向電子媒體轉換，其國內對紙和紙板的需求正在萎縮。一方面，用新紙機生產的高品質及具有成本競爭力的進口紙張數量不斷增加，促使日本造紙行業在環保方面實施了可持續發展的解決方案，以增強成本競爭力；另一方面，為了滿足食品企業降低物流成本和環保要求，造紙行業正在推進紙張的低定量化。圖1顯示了瓦楞紙板定量的變遷。

圖1　瓦楞紙板定量的變遷

由圖1可以看出：幾年來紙板的定量連續下降，低定量化呈持續推進的趨勢；2011年瓦楞紙板的定量為624.9 g/m2（比上年下降0.7%）；過去10年間下降了3%左右。

在日本全國瓦楞紙工業組合連合會提出的第2次自主行動計劃中，曾設定了在2015年前瓦楞紙板定量比2004年的實際值降低5%的目標，預計今后將繼續朝低定量化方向發展。在瓦楞紙板低定量化過程中，要求在低定量的紙板中賦予高的強度。但是，紙板的抗壓強度和耐破強度取決于定量；因此，過去依靠漿內添加化學品的造紙方法已難以確保其強度。

有鑒于此，在2005年發表了關于綜合化學品配方的濕端系統（綜合濕部體系）不僅能減少硫酸鋁用量及消除因硫酸鋁減少帶來的不利因素，而且還能通過化學品的疊加效果提高產品質量的報告，隨后發表文章對此展開了討論。2010年又發表文章提出，針對白水封閉及紙板低定量化的化學品配方，有效方法是采用綜合濕部體系和表面施膠劑配方，并向造紙企業提出了建議并進行了進一步闡述。本文將在此基礎上，報告在確立紙板低定量化化學品配方過程中可能出現的問題,及采取的新的應對措施。

2　低定量化的對策

近年來，為了減輕環境壓力和降低運輸成本，瓦楞紙板（掛面紙及瓦楞原紙）正在趨向低定量化；但是，在掛面紙和瓦楞原紙低定量化的同時，紙張強度下降，這成為需要解決的課題。為了使課題更加明確，制作了手抄紙，用于觀察定量對強度的影響，結果如圖2所示。

圖2　定量對紙張強度的影響

由圖2可見，定量從160 g/m2降低到120 g/m2時，抗壓強度下降了約90 N，耐破強度下降了約70 kPa。由于低定量化與強度下降有著如此密切的關聯；因此，紙板在減少定量時，必須采取有效的辦法來保持紙板的強度。

提高紙板強度的方法之一是使用干強劑，聚丙烯酰胺類（PAM）干強劑是常用的化學品。另外，根據PAM使用方法可分為漿內添加干強劑（漿內添加PAM）和表面施膠干強劑（表面施膠PAM）。在紙板定量120 g/m2的條件下PAM用量對抗壓強度因子的提高效果如圖3所示（漿內添加和表面施膠的PAM用量均以PAM固形物對紙漿的百分比表示，下同）。

圖3　漿內添加PAM與表面施膠PAM的比較

由圖3可見，二者比較，漿內添加PAM比表面施膠PAM的增強效果更好，但是當添加量超過1.0%左右時，紙板強度提高幅度變小。這是因為漿內添加PAM的添加量太多時，其在纖維上附著飽和，在紙中的留著率下降；而表面施膠的PAM在紙中的留著率為100%，紙板強度從低用量到高用量呈直線上升。根據這一結果可以知道，漿內添加PAM和表面施膠PAM對紙張的增強特性是不同的。

本試驗在漿內添加PAM的用量為0.5%或1.0%的手抄紙上用涂布棒單面施膠PAM。圖4顯示了漿內添加PAM和表面施膠PAM并用對紙張抗壓強度的影響。

由圖4可見，通過表面施膠PAM，可以抑制在漿內添加PAM難以發揮效果的高添加量范圍內的強度上升鈍化，確保了高強度。在瓦楞原紙的低定量化等需要大幅度提高強度的情況下，干強劑的使用就變得必不可少；但是,要達到目標強度,僅采用漿內添加PAM的方法，添加量將很大，不僅影響化學品單耗，有時還會影響紙機運行。對此，可以通過如本次實驗所示的漿內添加PAM和表面施膠PAM的并用，靈活運用二者的特性，降低化學品單耗，改善紙機運行效率。由此可知，針對紙板低定量化造成的強度下降，采用非漿內添加化學品的表面施膠PAM是有效的。

圖4　漿內添加PAM和表面施膠PAM的并用效果

3　伴隨低定量化出現的問題對策

在紙板低定量化化學品配方方面，建議使用干強劑PAM，但在干強劑用量過多的情況下，將會出現不少問題。這些問題包括，因透氣度上升和液體滲透速度下降影響黏合適應性，因紙張變硬造成壓線爆線及在起楞機上瓦楞爆裂等對加工適應性的影響。因此，本試驗將這些黏合適應性和壓線爆線問題作為課題，對能解決這些問題的化學品配方進行了研究。

3.1改善黏合適應性的化學品及其配方的研究

圖5顯示了在瓦楞原紙（定量120 g/m2）上使用表面施膠PAM對透氣度的影響。圖6為用施膠度測試儀通過追蹤伴隨著水滲透的沿厚度方向的衰減率，觀察到的從瓦楞原紙表面到內部的水滲透速度。

由圖5和圖6可以確認，采用表面施膠PAM使透氣度提高，同時使水滲透速度下降；而且，隨著施膠量的增加，其影響更加顯著。瓦楞原紙的透氣度和水滲透速度的變化，與加工過程中起楞機使用的淀粉黏合劑的滲透性直接相關；因而，可能影響瓦楞紙加工的黏合適應性。為了控制透氣度的上升和水滲透速度下降，掌握影響這些性能的因素，開發了新的表面施膠PAM。

圖7和圖8分別顯示了使用新開發表面施膠PAM和傳統表面施膠PAM對透氣度及水的滲透性影響的比較。

由圖7和圖8可以確認，與傳統表面施膠PAM相比，新型表面施膠PAM抑制了透氣度的上升和水滲透速度的下降。因此可以判斷，在必須大幅度提高強度的場合，可以提高對透氣度及水滲透性影響較小的新型表面施膠PAM的用量，新型表面施膠PAM比傳統表面施膠PAM大大增加了對低定量化的適應性。新型表面施膠PAM比傳統表面施膠PAM在紙中的滲透性更好，新型表面施膠PAM在紙張內部的滲透能夠減輕對透氣度及水滲透速度的影響。

另外，圖9顯示了表面施膠PAM和氧化淀粉對紙張抗壓強度指數的影響。

如圖9所示，通過配比的優化，能夠達到與傳統表面施膠PAM同等的強度。在提高瓦楞原紙強度時，有時也會使用較廉價的氧化淀粉表面施膠干強劑。作為比較，圖7和圖9分別顯示了使用氧化淀粉時的透氣度和抗壓強度的結果。從結果可以知道，新型表面施膠PAM比氧化淀粉不容易使透氣度上升，抗壓強度的提高效果也更好；因此認為，伴隨著紙板的低定量化，為了必要地、高效地提高紙張強度，漿內添加PAM和表面施膠PAM的并用，特別是新型表面施膠PAM的使用，是能兼顧黏合適應性又能高效獲得紙張強度的有效手段。

圖5　表面施膠PAM對透氣度的影響

圖6　表面施膠PAM對水滲透性的影響

圖7　表面施膠PAM和氧化淀粉對透氣度的影響

圖8　表面施膠PAM對水滲透性的影響

圖9　表面施膠PAM和氧化淀粉對抗壓強度指數的影響

3.2改善壓線爆線的化學品及其配方的研究

作為彌補因低定量化造成強度下降的方法，建議同時使用漿內添加PAM與表面施膠PAM；但是，增加PAM和氧化淀粉等干強劑的用量可能導致紙張變硬，在瓦楞紙加工過程有時會發生壓線爆線問題。如果發生壓線爆線，不僅影響外觀，而且裝配后的紙箱強度下降，是一種致命的品質缺陷。

圖10顯示了使用瓦楞廢紙為生產原料時，漿內添加PAM 0.2%～2.0%對手抄紙性質的影響。這里以“壓線爆線長度比”作為壓線爆線指標。所謂“壓線爆線長度比”是在紙板上施加一定荷重并產生彎曲時，折痕上出現的裂紋長度與折痕整體長度的百分比。因此，數值越小表示預防壓線爆線的發生控制得越好。

由圖10可見，增加漿內添加PAM的添加量能提高耐破強度，但壓線爆線長度比上升，發生壓線爆線的概率上升。

圖10　漿內添加PAM對紙張強度和壓線爆線的影響

對策是，建議用最近開發的壓線爆線預防助劑作為表面施膠劑使用。該壓線爆線預防助劑是一種具有如表1所示性狀的新型化學品。

圖11是為防止壓線爆線而常使用的聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、甘油等化學品及新研發產品壓線爆線預防助劑（該助劑目前正在申請專利）在掛面紙上進行表面施膠時的結果。

表1　新開發的壓線爆線預防助劑的性狀

由圖11可見，壓線爆線預防助劑用較少的量就能獲得較好的效果，顯示出比通常使用的防止壓線爆線化學品具有更優的效果。此外，因壓線爆線預防助劑是非離子型產品，與其他陽離子型和陰離子型化學品的相容性良好，可以與這些化學品同時進行表面施膠，而且不存在影響對低定量紙來說很重要的強度問題。

下面介紹壓線爆線預防助劑在掛面紙板上的應用實例，如圖12所示。

由圖12可見，在掛面紙板低定量化化學品配方中，當定量從210 g/m2降低到170 g/m2時，強度（耐破強度）從500 kPa下降到了393 kPa。為了彌補耐破強度的下降，漿內添加PAM的用量從正常的0.2%提高到1.0%（增加0.8%）時確保了強度，但導致了壓線爆線長度比的上升。

圖11　壓線爆線預防助劑的使用效果

圖12　漿內添加PAM對紙張強度和壓線爆線的影響

圖13顯示了在漿內添加PAM用量為1.0%的手抄紙上使用壓線爆線預防助劑的結果。

由圖13可見，在紙板表面施膠0.15 g/m2的壓線爆線預防助劑，可以改善壓線爆線長度比，達到漿內添加PAM用量增加前的水平。

由此可知，使用壓線爆線預防助劑能夠改善隨低定量化化學品配方而出現的壓線爆線問題。壓線爆線預防助劑不僅適用于低定量化配方，對解決冬季和低濕度時高定量紙品種容易發生壓線爆線的問題也有效，確立了該化學品可以推廣應用的地位。

4　總結

圖13　使用壓線爆線預防助劑對壓線爆線的效果

節省資源、減少二氧化碳排放量等與降低環境負荷相關的紙板低定量化工作今后還將不斷推進。為了彌補因低定量化而造成的紙張強度下降，不僅使用單獨的干強劑，而且還必須采用更加有效的方法來提高強度及對新產生的問題提出相應的對策。本文提出的采用漿內添加PAM和表面施膠PAM并用的方法來提高紙板強度，同時針對因干強劑用量增加而可能產生的加工適應性下降添加控制透氣度和液體滲透性的化學品，并采取添加壓線爆線預防助劑等措施是可行的。

（杜偉民編譯）

預計2018年瓦楞紙箱及紙板箱的市場需求

將超過390億美元

根據Feedonia集團最新的《瓦楞紙箱和紙板箱研究報告》（下簡稱《報告》）顯示，2018年瓦楞紙箱和紙板箱的市場需求將超過390億美元。2007—2009年經濟不景氣，2008—2013年期間制造業生產量開始從低水平復蘇，自此之后經濟收益也得到改善。食品、飲料、化妝品和洗浴用品、藥物、清潔用品等日用消費品產量的反彈提高了相關運輸用和其他用紙箱的需求。促進需求增長的其他因素包括耐用品產量的增加、消費支出的增長、建筑支出的反彈以及在線商務的快速發展。此外，諸如展示紙箱和高品質圖像紙盒等高附加值紙箱種類的增加，也有助于市場需求的增加。

《報告》還分析了瓦楞紙箱及紙板箱市場特征。

1經濟復蘇推動眾多領域發展

一方面，制造業的復蘇推動了瓦楞紙箱和紙板箱的發展；另一方面，眾多耐用品和日用快消品的運輸包裝選擇瓦楞紙箱和紙板箱，其需求量增加。包裝體積的擴大促進了包裝紙板向低定量、高品質發展，同時需要確保紙板的壓縮強度與傳統高定量瓦楞紙箱的性能相當。

折疊紙盒的需求量從2008—2013年期間開始增加，這主要得益于日用快消品產量的反彈和外賣食品應用市場的擴大。然而，來自其他包裝如軟包裝的競爭壓力會抑制折疊紙盒的發展。

固定紙盒仍然是包裝箱領域的一小部分，其進口產品所占份額越來越大。盡管如此，可自由支配開支以及該類紙盒固有市場（如香水、高端糖果和禮物等的高檔包裝）較好的發展前景有助于該領域的發展。

2食品飲料市場仍占主導

食品飲料業是瓦楞紙箱和紙板箱應用領域最大的獨立市場，2013年其需求量占總量的50%。高于平均收益的領域包括農產品、肉類、家禽類、海產品、奶制品和飲料，糖果甜品、烘焙食品以及谷物制品的應用增長較慢。盡管目前一直在努力減少過度包裝，意在通過取消紙箱和紙盒包裝或減少食品飲料業紙板的用量達到目的，但是由于紙箱和紙盒具有低成本、保護性和可回收性的優點，其在食品飲料業仍存在發展機遇。

3非制造業市場增長最快

近年來耐用品產量有所增加，該市場在2018年將經歷反彈期。另外，建筑市場的復蘇會推動家用電器、家具和其他耐用品及相關領域對紙箱需求量的增加。在2018年及其未來幾年，由于在線商務的流行、食品服務行業外賣食品包裝盒的大量使用以及外賣食品泡沫包裝盒的限制，將使非制造業成為包裝紙箱應用市場增長最快的領域。

（楊揚）

阿克蘇諾貝爾收購巴斯夫的工業涂料業務

阿克蘇諾貝爾日前與巴斯夫簽署協議，以4.75億歐元收購巴斯夫的工業涂料業務。該項交易包括相關的技術、專利和商標并確保向全球客戶供貨。分別位于英國和南非的2家生產工廠也將歸入阿克蘇諾貝爾旗下。2015年該業務產生了3億歐元的收益，產品主要為卷材涂料、家具裝飾箔紙和紙板涂料、風電涂料、通用工業涂料及商業交通設施涂料等。此項交易預計于2016年下半年完成。

（楊揚）