印刷法生产苹果育果袋外袋纸工艺研究

2013-01-30张美云刘毅娟

陕西科技大学学报 2013年6期

张美云，刘毅娟，王兴

(陕西科技大学轻工与能源学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，陕西西安 710021)

0 引言

育果袋纸是在水果发育全过程中提供保护的一种特种纸,是具有高技术、高附加值的农业技术用纸，可用于苹果、梨、葡萄等水果的生长过程中.果实套袋技术是生产优质、高档、名牌、无公害果品的一项行之有效的措施，能显著提高果农的经济效益[1].

根据水果树种、品种的不同，育果袋分为单层袋和双层袋，梨、猕猴桃等多采用黄、褐色单层纸袋，而苹果育果袋多采用双层纸袋，它由外袋纸和内袋纸[2]两部分组成，如图1所示.外袋纸具有保护功能，能阻止雨水冰雹的侵袭及虫害，一般在果实成熟前大约15天将其摘掉，其内侧为黑色，具有遮光性能，外侧多为泛黄色或淡色，具有反射光线的能力；内袋纸根据果实上色需要需具有较好的透光度，一般为红半透纸，在摘掉外袋纸后，日光中红色光线穿过红半透纸照射到果皮表面，使其均匀上色[3,4].

图1 苹果套袋纸实物图

目前，国内苹果育果袋纸厂基本上都采用层合法生产外袋纸[5].外袋纸内面呈黑色，是将碳黑经过浆内染色而成.这样不仅造成碳黑用量高、生产成本高、碳黑流失严重、环境污染突出等问题，而且导致生产设备复杂.一般小型纸厂多采用圆网纸机生产，车速较慢[6].

为了更好地解决这一问题，本实验提出了一种生产加工育果袋外袋纸的新方法——印刷法.其工艺是由原纸抄造和上机印刷两部分组成，其中，胶版印刷又包括黑色油墨的调配及上机印刷两部分.其遮光性由印刷到原纸上的黑色油墨来保证.

该方法可应用在长网纸机上，具有原纸生产工艺简单、车速快、成本低、污染少等优点，同时又解决了层合法中碳黑用于浆内染色而造成的污染、利用率低及圆网纸机车速慢等问题.同时，使用黑色油墨印刷，可增加纸张的抗液体渗透性能，使纸张具有良好的不透明度，不易掉黑，保持较高的柔软度和透气度.

1 实验部分

1.1 实验原料

废旧瓦楞纸箱(OCC，采用较高档的家电包装用纸箱：HP电脑包装箱，相当于美国废纸标准中的13#废纸).

1.2 化学品

黑色油墨、抗水剂(固含量8%左右)、湿强剂(固含量2%左右)、填料PCC、阳离子分散松香胶(固含量50%)、硫酸铝.

1.3 实验设备

抄片器、IGT印刷适性仪、纸张常规物检设备、X-Rite透射密度计(361型，台式，美国爱色丽公司)、X-Rite分光密度计(528型，美国爱色丽公司)、高温炉、偏振塞曼原子吸收光度计(Z-2000，日本Hitachi公司).

1.4 实验方法

(1)原纸抄造：采用废纸浆为纤维原料，填料和化学助剂及其用量分别为：15%的PCC、1%～2.5%的松香胶、8%的抗水剂、3%的湿强剂和3%～6%的硫酸铝.经网部成形、压榨脱水、烘干后得到外袋纸原纸，定量为45 g/m2.

(2)在IGT印刷适性仪上将外袋纸原纸内层表面用黑色油墨印成黑色实地，经干燥后得到成品.纸张着墨量为5 g/m2，外袋纸成品定量为50 g/m2，所用普通黑色油墨为植物油脂型油墨.

(3)在印刷后，用X-Rite透射密度计测试纸张的印刷后的透射密度D；用X-Rite528分光密度计测量墨层的Lab值.

(4)纸张的老化实验：将印刷后的纸样在老化机中老化7个小时(相当于日光条件下4个月)，检测纸样老化前后性能差异.将部分墨层用空白纸样条遮盖住，并贴在一起，检验高温老化过程中油墨是否会发粘，并将色墨粘连在样条上.

2 结果与讨论

2.1 印刷前后纸张性能对比

用IGT印刷适性仪在印刷压力200 N、上墨量1 mL条件下，用黑色胶印油墨印刷原纸表面，印刷前后纸张性能对比如表1所示.

表1 印刷前后纸张性能对比

由表1可知，育果袋原纸在经过油墨印刷后，其强度性能(包括抗张指数、撕裂指数、耐破指数等)变化甚微，说明采用印刷法工艺，油墨只是涂布到纸张的表层，干燥后油墨颜料留着在纸张表面，连接料向纸张内层渗透增加油墨对纸张的附着效果，但对纸张强度影响不大.

柔软度变差，说明油墨膜附着于纸张表面，干燥了固化后，增加了纸张平整度的同时会使纸张变得挺硬发脆.

对不透明度、透气度和抗水性的影响就相对明显.果实在套袋过程及果实套袋生长期，育果套袋纸仅仅只是保证强度性能是远远不够的，还得要兼顾柔软度.纸张太硬，容易造成纸张变脆，导致纸张破裂起不到套袋效果，同时还有可能伤害果皮.因此，国家规定育果袋外袋纸柔软度不得超过680 mN.由于油墨印到纸张表面后，黑色油墨本身具有相当好的遮盖力，因此不透明度大幅提升，达到97.3%，超过育果袋国家A类标准.

油墨连接料不断渗透到纸张内部，填补了纤维孔隙，使得原纸的透气性迅速下降，但其值仍大于国家A类标准，完全能够满足育果套袋纸的使用要求.

同时,由于油脂型油墨本身具有一定的亲油憎水性，在原纸本身的抗水性能基础上，进一步提高了纸张的抗液体渗透性能.

2.2 印刷压力对透气度与不透明度的影响

用IGT印刷适性仪在印刷压力分别为200 N、250 N、300 N、350 N下，相同上墨量1 mL的条件下，将黑色胶印油墨印刷原纸表面.由于油墨的印刷对纸张的强度性能影响甚微，因此下文仅对纸张的透气性、不透明度和抗水性进行讨论.其性能对比如表2所示.

表2 不同印刷压力对纸张性能的影响

由表2可知，随着印刷压力的增加，油墨被紧密地压印在纸张表面，表面孔隙被迅速地压缩，透气性呈下降趋势.同时，由于压力的增大，印刷到纸张表面的油墨量增多，使得其遮光性能越来越好，不透明度大大增加.

反映纸张表面油墨量的参数是油墨的实地密度值.在相同的上墨量下，油墨的实地密度跟油墨的转移率有关.油墨的转移率是转移墨量(Y)与印版墨量(x)的百分比率，油墨转移方程见公式1.

Y=(1-e-kx){b(1-e-x/b)+

f′[x-b(1-e-x/b)]}

(1)

公式(1)中：参数b，表示纸张表面凹陷处在印刷瞬间可能填入的极限墨量：纸张表面凹孔的几率越高、油墨的连接料粘度越小、印刷压力越大、印刷速度越低，参数b值越高；

参数f′,是自由墨量分裂率，其大小主要与油墨流变特性有关；

参数k,决定了单位面积纸面上接触油墨面积所占的比率，间接地表示了印刷中墨膜与纸面接触的平服程度：纸张平滑度越高、柔软度越好、印刷压力越大、印刷速度越低，参数k值越大.

油墨的转移率受到印刷压力和印刷速度的影响.当印刷压力增大时，油墨转移率随之增高，但油墨转移率并不随压力一直增大，其变化趋势如图2所示[7].在印刷压力达到一定数值后，其油墨转移率不再随之增加,其最佳印刷压力值为Pt.

在实际印刷机上，除调节印刷压力外，调节印刷速度也是可行的.有研究表明，在印刷压力一定时，提高印刷机的印刷速度，可使油墨与纸张的接触时间变短，公式(1)中的参数k、b、f′值变小，油墨转移率降低，其趋势如图3所示.

从印刷角度来说，油墨的实地密度都有一个饱和值，即最大实地密度.根据资料显示，相同纸张不同印刷方式下印刷油墨的实地密度是不同的.以黑色油墨为例，凹版印刷的密度值为1.10～1.80，平版印刷为1.20～1.70，报纸凸版印刷为0.90～1.10[8].随着纸张上的油墨量增加，透射密度的增加，在相同入射光通量下，透射光通量变少，光透射率大幅下降，这在一定程度上也反映出印刷后其遮光性变好；而随着印刷压力的增大，转移到原纸上的油墨量增多，纸张柔软性变差；抗水性则受印刷压力的影响变化不明显.