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我国的包装用纸及其新进展
作者:中国造纸学会 刘仁庆
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瓦楞纸箱/纸包装展厅
牛皮纸, 瓦楞纸箱, 美纹纸, 纸袋, 纸箱抗压试验机, ...
一、引言

包装用纸是造纸产品中的一大类,包括用于包装工业及包装印刷的纸(张)和纸板。根据中国造纸协会2003年8月的统计数字,2002年我国包装用纸的消费量占本国全年产纸总量的56%,列为首位(其次是文化用纸占24%,生活用纸约8%,其他占有量甚小),但是,由于这个百分数的基数比较小,因此目前我国仍然需要进口一定数量的包装用纸,来补齐国内市场的需求“缺口”。

我国现有的包装企业(县以上的)约10000余家,职工近200万人,包装工业固定资产达620亿元,分别隶属于轻工、电子、军工、外贸、民政、机械、乡镇企业等部门。随着我国经济飞跃发展的新形势,国内商品和出口商品的包装任务越来越繁重,市场对包装用纸的需求越来越增加,对纸的品质的考量也越来越严格。

这样一来,造纸工业面临的任务日益繁重,也敦促了我国造纸技术的进一步提高。

二、分类

包装用纸可分为普通包装纸、专用包装纸、商标包装纸、防油包装纸、防潮包装纸等五种。普通包装纸纸质强韧,作一般包装用,如牛皮纸、鸡皮纸等;专用包装纸根据用途而命名,其性质也各不同,如水果包装纸薄而柔软,感光防护纸颜色黑而不透光;商标包装纸是经印刷后作包装用,如糖果包装纸;防油包装纸具有防止油脂渗透的性能,如植物羊皮纸、牛油纸;防潮包装纸则有防潮性,如柏油纸、铝箔纸等[2]。这是以前的认识,今天的包装用纸是“士别三日”,令人刮目相看了。

据粗略统计,包装用纸大约有几十种之多。若按照实际用途来划分,计有(1)供通用商品包装的纸类:如牛皮纸、牛皮箱纸板、涂布纸、铸涂纸、涂布白纸板、瓦楞原纸、瓦楞箱纸板、蜂窝纸板等;(2)供食品、化妆品包装的纸类:如玻璃纸、半透明纸、邮封纸、保鲜纸、食品羊皮纸等;(3)供防潮、防锈、精密机工产品包装的纸类:如镀铝纸、铝箔纸、包针纸、复合纸、中性石蜡纸、气相防锈纸等;(4)供水泥、化肥包装的纸类:如纸袋纸、伸性纸袋纸等;(5)供感光材料包装的纸类:如感光防护纸、黑色(不透光)纸;(6)供医疗器械、消毒包装的纸类:如手术包装纸、医用纸等;(7)供火药、雷管包装的纸类:如火药包装纸、导管纸、信号纸等;(8)供特殊包装的纸类:如压缩饼干纸、保鲜纸、鱼卵纸等。

三、特性

包装用纸的特性,可分为以下五个方面(注意,有的与别种纸相同,有的不同):[3]


(1)物理性能

纸主要由植物纤维(纸浆)构成,也有的掺入了非植物纤维(如玻璃纤维、合成纤维等)。衡量纸的第一个指标是“定量”(又称克重),单位是克/平方米,常用gsm表示。

纸的厚度和紧度,是另外两个物理指标。前者是纸的两面(正面和反面)之间的垂直距离,后者是单位体积纸的质量。它们对纸的物理、机械、印刷等性能都有影响。

纸中的纤维彼此互相交织,存有的空隙使其具有透气性。测定其透气大小的数值叫做透气度,单位是米/帕·秒 。纸的表面用“平滑度”表示。透气度与纸的机械强度有间接的关系;与印刷性能有直接的关系,因它对油墨的吸收性有影响。而平滑度的大小与印刷性能的关系更为密切。对包装用纸来说,这两项指标很容易被人忽视,结果造成外包装印刷出现暇疵。

纸的均匀性即匀度,影响着纸的物理、机械和光学性能等。暴露在纸表面上的各种缺陷(通称“纸病”),如尘埃度、斑点、孔眼、破洞、折子、裂口、条痕等,对包装或包装印刷都是不利的。当前,我国造纸技术普遍提高,包装纸的质量明显改善,“纸病”出现的频数大大下降。

以上这些物理性能牵涉到包装纸的计量、运输、成本等问题,也是一般纸张共有的基本性能。

(2)化学性能

纸的化学性能包括有纤维和其他成分。通常是指纸内含有的水分、灰分、酸碱性(pH值)、铜价、水溶性氯化物等。

一般纸的水分是6%~8%,常依环境变化而改变。纸的水分过高,对于使用者来说意味着“拿钱买水”;过低则意味着纸质有可能出现发脆、破损等问题。包装用纸与外界环境相处时间要比普通纸长且多,所以更应该注意其水分的变化。

灰分是纸中含有的无机物。其来源是:一、造纸原料本身含有的无机物。木材含灰分少,约1%以下。草类含灰分高,约3%~5%,有的稻草含灰分12%。二、在造纸生产过程中,使用化学药剂进行化学反应后带来的无机物残渣。三、向纸施加填料和涂料后引入的无机物。灰分对一般包装纸的影响不大,但是对玻璃纸的制造影响很大。

酸碱性是指纸中含有的氢离子或氢氧离子的状况。通常用pH值表示。酸性高的纸,其稳定性和耐久性变差、颜色逐步变暗、机械强度低。这种纸也不宜用来包装食品或金属制品。在印刷时,还有可能引起印版的腐蚀和沾污,影响印刷品的质量。

铜价是测定构成纸张的纤维素分子链中,具有还原性的末端基的数目。原本纤维素分子链“完好无损”,它的铜价很低,即末端基的数目少。一旦受到氧化和水解作用,分子链发生断裂,其结果是暴露出果更多的末端基,铜价急速上升。所以,纸的铜价高,表明该纸发生变质,耐久性和强度均会下降。

水溶性氯化物这一指标,对于某些包装用纸,如防锈纸、中性纸、食品包装纸等是很有意义的。因为残留的氯化物对于这类包装纸的应用产生危害。通常采用电导滴定法来检查纸中含有的水溶性氯化物是否“超标”,以便决定使用的界限。

包装用纸的化学性能对纸的安全性、耐用性有不同程度的影响。

(3)机械性能

纸的拉力(或拉伸强度),过去称为抗张强度。当受到外力作用时,纤维被迫拉伸,纸张开始伸长;外力取消后,纤维自动收缩,纸张恢复原状。对包装用纸的总体要求是机械性能好,强度不能过小。

韧性是包装用纸的一个重要指标,纸的韧性大,破损少;韧性小,破损多。另一个指标——挺度,则是纸的抗弯曲的性能,也就是衡量其支持自重的能力。瓦楞原纸和箱纸板的挺度十分重要,纸箱的挺力大小决定其使用价值。

耐破度是一定面积的纸在受到匀速加压力、直到破裂时所能承受的最大压力。一般情况下,耐破度大约是每单位宽纸样的纵向拉伸强度的2倍左右。如果说耐破度是“静态”下的表现,那么冲击强度就是“动态”下的反映。例如,伸性纸袋纸具有较高的冲击强度,既使受到外力的突然冲击,也不轻易破裂。

耐折度是在一定的张力下,纸来回折叠而使其断裂时的次数。包装用纸中的白纸板、箱纸板等,在制作不同规格的大小纸箱、纸盒的过程中,要经过多次折叠而不许断裂,故要求有较高的耐折度。

卷曲性是纸受到湿度和温度或其他因素的影响而发生的“形状”变化。当纸的正反面、中部与周边吸湿不均匀时,由于产生局部变形而发生卷曲。一般而言,在过分潮湿时,发生正面卷曲;过分干燥时,则是反面卷曲。另外,卷曲与纸的尺寸大小变化有关,且受厚度、匀度、紧度和伸缩性的影响。

(4) 光学性能

纸面对光线的照射有不同的反应,如全面反射后,作用于人眼所产生的视觉便是白度;如部分反射、部分吸收,则是不透明度;如以一定角度扩散反射出来,就是光泽度。 以上三种光学性能,都与发射光源、观察条件、接受装置等有密切关系。一般光源的波长为360纳米左右,照射角为45度,反射角为0度(即垂直),接受器是硒光申池或光电管等。

纸的白度是白色包装纸、包装印刷用纸的一项重要指标。依商品外包装的要求来决定用纸的白度,一般采用65%~70%白度。高级的为80%~85%白度;不透明度对于包装印刷而言,是不容忽视的。用来印刷的纸,要求其不透明度越高越好。影响不透明度的因素较多,如厚度、紧度、填料量等;光泽度分两种:一是对比光泽度,适用于普通白纸;二是镜面光泽度,适用于经过超级压光机处理的纸类。高级礼品包装盒用纸对光泽度的要求比较高。

(5) 印刷性能

在包装用纸中,印刷适性是十分重要的指标,是指在锁定的印刷方式下,以必要的速度、数量、质量来管理印刷品的生产时,纸张、印版、油墨相互配合,达到最优化实际效果的方式之综合评价。

表面强度(竖向强度)是指纸的单位面积上,垂直于平面的抗分层、抗撕裂的能力,也包含抗掉粉掉毛的能力。所谓表面强度差,若以涂布白纸板为例,就是涂层的填料粒子黏结不良,涂层与原纸黏结欠佳,原纸纤维间没有足够的结合强度。于是,在印刷过程中,油墨膜会揭拉下涂料粒子和细小纤维,这就是掉粉掉毛现象。为加强纸的表面强度,要从造纸原料、加工工艺上多下功夫,务使纸的质量满足使用要求。表面强度的测定方法有:蜡棒法、拉力试验法、拉毛临界速度法等。

空隙率是纸的内部多孔结构的一个“镜子”, 常以纸中空气所占有的容积的百分率表示。这个指标与纸的透气度、吸油性等有关。同时,又对油墨的渗透、转移和干燥,以及印刷品的质量都有影响。

抗静电性,是克服由于纸面受到印版的多次摩擦而产生静电所采取的措施,以避免纸页黏连,影响印刷操作和成品质量。只有用于印刷的包装纸,才需要此项指标。通常的办法是,或向纸内加入抗静电剂或在印刷机上安装“消静电”装置。

四、市场

除了传统的包装用纸以外,新近在国际市场上出现了一系列的特种包装用纸。比如高强弹性包装袋纸、远红外线包装瓦楞纸、覆膜包装纸(俗称“人造果皮”)等。这里,就目前比较热门的阻燃包装纸(Fire Retardant Wrapping Paper),做一简略的介绍。

所谓阻燃性,就是在火焰中不燃烧,对火焰的扩大产生阻碍作用。经过阻燃剂加工之后的阻燃纸,遇到小火不会被引燃,还有可能自熄。

阻燃包装纸已经大量地用于军事和救灾物资的包装箱结构中,它能够确保箱内物品不会受到火灾的威胁。此外,它还可用于车厢壁纸、家俱贴面纸以及制作绢花、拉花、装饰板、展览会隔板等方面。许多国家还规定房屋中使用的壁纸、胶合板等都应具有阻燃性。阻燃纸在其他领域也大有可为。

阻燃包装纸的制法有两种:一种是浸渍法,其工艺过程比较简单,就是利用化学木浆抄成原纸,然后把原纸经过阻燃液浸渍(或涂布、或喷洒均可)加工,使阻燃剂渗入(或贴付)纸的纤维间,干燥后即成阻燃纸。另一种是变性法,其工艺原理比较复杂。先把精制木浆进行阻燃化处理,需要多种阻燃剂和专门设备以及严格的工艺条件相配合,使之获得“变性纸浆”——让某些具有阻燃性的基团嫁接到纤维素分子上,从而成为阻燃性纤维。然后再添加其他无机纤维和胶粘剂等,在圆网造纸机上抄造,即得阻燃纸。不论是用哪种方法,生产的关键是选择什么样的阻燃剂及其配方。

阻燃剂的种类很多,目前还在不断地研究开发中。初步归纳大约有以下4类:(1)铵盐类化合物,如硫酸铵等;(2)锑卤类化合物,如三氧化二锑等;(3)磷酸酯类化合物,如磷酸酯、酚醛树脂等;(4)硼酸锌类化合物,如硼酸锌、聚氯乙烯等。

利用浸渍法生产阻燃纸时,大多数是采用铵盐或锑卤类,再配以其他辅料调制成阻燃液。但是,因其阻燃的温度范围较低(约为140℃以下),现已很少使用。此后改用硼酸锌类,所用的原纸,视其不同用途取用的定量为30~80g/㎡。阻燃剂多为颗粒状固体,在进行配比时溶解为液体。注意溶解槽中的浓度不要过大,并须不停地搅拌,在送入浸渍槽之前还要过滤。阻燃液须现配现用,不宜存放太久。阻燃剂用量一般是20~30%(对绝干纸浆量计)。浸渍槽内的阻燃液浓度须掌握在15~18%,其温度为30℃,浸渍速度为45米/分,托辊线压力为100N/㎝,烘干曲线由低温升至高温(最高温度不超过80℃)。如此制得的阻燃包装纸,其阻燃温度可达到约200℃。

最近生产阻燃包装纸还有一种新法,那是把精制木浆进行磷酸酯化,改造纤维素分子中的部分基团,使得到的变性纸浆在水中带有正电荷。同时,使其表面具有吸着性。在pH值比较低的情况下,能够与数量不多于50%的玻璃纤维、或陶瓷纤维等相吸引。在抄纸机上以慢速、常温的方式,即可制得强度甚高的阻燃纸(板),它们在900℃的情况下,不燃烧、不变形、不产生有毒气体等,应用前途宽广。

五、前景

2002年我国年均耗纸量是29千克/人,而世界年均耗纸量是54千克/人,欧洲年均耗纸量是122千克/人,美国年均耗纸量是332千克/人,芬兰年均耗纸量是352千克/人,排名全球第一。

在各项纸的消费中,包装用纸量显得十分突出。世界各国的情况大体相近,比如美国的包装用纸消费量大约占总量的70%。美国每年的废纸出口量占全球废纸总贸易量的60%[4],故世界上最大的废纸供应商在美国。在回收的废纸中,用弃的包装用纸(纸板)占有很大的一部分。

在诸多市场因素中,包装用纸与塑料包装之间的竞争仍然是相当激烈的。塑料确有不少优点,但是它不能生物降解,对自然环境的破坏不容低估。这样一来,导致了包装用纸处于有利的地位。不少欧美国家甚至要立法限制塑料包装的使用,并以包装用纸来取而代之。

综上所述,包装用纸的前景是十分光明的。尤其是高新技术的渗透和深化,有力量开发出更多、更好的新型的包装用纸。在包装工业上,面对这些形形色色的包装用纸,力争做到精心设计,巧妙安排,扬长避短,灵活应用,以便达到“各取所需”的包装之目的。

参考文献
[1]中国造纸学会编,《中国造纸年鉴(1986)》,轻工业出版社,1987
[2]张志诚等,《造纸工业辞典》,轻工业出版社,1988
[3]刘仁庆,《印刷、包装用纸手册》,化学工业出版社,2003
[4]国家经贸委等,《我国造纸工业原料结构调整战略研究》,2003(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (11/23/2005)
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佳工网友 almas (Email) 于12/25/2007 4:31:00 AM评论说:
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