采用化学品解决方案弥补低定量纸板的强度下降

采用化学品解决方案弥补低定量纸板的强度下降

造纸企业为节省原料，提高生产率，减少环境污染，提升竞争力，正在推进纸张（纸板）的低定量化；然而低定量化会降低纸张（纸板）强度。怎样弥补因低定量化而造成的纸张（纸板）强度下降？该文介绍了日本一些企业的做法：采用浆内添加PAM和表面施胶PAM并用的方法来提高纸板强度，同时针对因干强剂用量增加而可能产生的加工适应性下降添加了控制透气度和水渗透性的化学品，并采取了添加压线爆线预防助剂等措施。

1　序言

最近几年，日本由于经济停滞，人口减少，个人数据终端设备迅速普及并向电子媒体转换，其国内对纸和纸板的需求正在萎缩。一方面，用新纸机生产的高品质及具有成本竞争力的进口纸张数量不断增加，促使日本造纸行业在环保方面实施了可持续发展的解决方案，以增强成本竞争力；另一方面，为了满足食品企业降低物流成本和环保要求，造纸行业正在推进纸张的低定量化。图1显示了瓦楞纸板定量的变迁。

图1　瓦楞纸板定量的变迁

由图1可以看出：几年来纸板的定量连续下降，低定量化呈持续推进的趋势；2011年瓦楞纸板的定量为624.9 g/m2（比上年下降0.7%）；过去10年间下降了3%左右。

在日本全国瓦楞纸工业组合连合会提出的第2次自主行动计划中，曾设定了在2015年前瓦楞纸板定量比2004年的实际值降低5%的目标，预计今后将继续朝低定量化方向发展。在瓦楞纸板低定量化过程中，要求在低定量的纸板中赋予高的强度。但是，纸板的抗压强度和耐破强度取决于定量；因此，过去依靠浆内添加化学品的造纸方法已难以确保其强度。

有鉴于此，在2005年发表了关于综合化学品配方的湿端系统（综合湿部体系）不仅能减少硫酸铝用量及消除因硫酸铝减少带来的不利因素，而且还能通过化学品的叠加效果提高产品质量的报告，随后发表文章对此展开了讨论。2010年又发表文章提出，针对白水封闭及纸板低定量化的化学品配方，有效方法是采用综合湿部体系和表面施胶剂配方，并向造纸企业提出了建议并进行了进一步阐述。本文将在此基础上，报告在确立纸板低定量化化学品配方过程中可能出现的问题,及采取的新的应对措施。

2　低定量化的对策

近年来，为了减轻环境压力和降低运输成本，瓦楞纸板（挂面纸及瓦楞原纸）正在趋向低定量化；但是，在挂面纸和瓦楞原纸低定量化的同时，纸张强度下降，这成为需要解决的课题。为了使课题更加明确，制作了手抄纸，用于观察定量对强度的影响，结果如图2所示。

图2　定量对纸张强度的影响

由图2可见，定量从160 g/m2降低到120 g/m2时，抗压强度下降了约90 N，耐破强度下降了约70 kPa。由于低定量化与强度下降有着如此密切的关联；因此，纸板在减少定量时，必须采取有效的办法来保持纸板的强度。

提高纸板强度的方法之一是使用干强剂，聚丙烯酰胺类（PAM）干强剂是常用的化学品。另外，根据PAM使用方法可分为浆内添加干强剂（浆内添加PAM）和表面施胶干强剂（表面施胶PAM）。在纸板定量120 g/m2的条件下PAM用量对抗压强度因子的提高效果如图3所示（浆内添加和表面施胶的PAM用量均以PAM固形物对纸浆的百分比表示，下同）。

图3　浆内添加PAM与表面施胶PAM的比较

由图3可见，二者比较，浆内添加PAM比表面施胶PAM的增强效果更好，但是当添加量超过1.0%左右时，纸板强度提高幅度变小。这是因为浆内添加PAM的添加量太多时，其在纤维上附着饱和，在纸中的留着率下降；而表面施胶的PAM在纸中的留着率为100%，纸板强度从低用量到高用量呈直线上升。根据这一结果可以知道，浆内添加PAM和表面施胶PAM对纸张的增强特性是不同的。

本试验在浆内添加PAM的用量为0.5%或1.0%的手抄纸上用涂布棒单面施胶PAM。图4显示了浆内添加PAM和表面施胶PAM并用对纸张抗压强度的影响。

由图4可见，通过表面施胶PAM，可以抑制在浆内添加PAM难以发挥效果的高添加量范围内的强度上升钝化，确保了高强度。在瓦楞原纸的低定量化等需要大幅度提高强度的情况下，干强剂的使用就变得必不可少；但是,要达到目标强度,仅采用浆内添加PAM的方法，添加量将很大，不仅影响化学品单耗，有时还会影响纸机运行。对此，可以通过如本次实验所示的浆内添加PAM和表面施胶PAM的并用，灵活运用二者的特性，降低化学品单耗，改善纸机运行效率。由此可知，针对纸板低定量化造成的强度下降，采用非浆内添加化学品的表面施胶PAM是有效的。

图4　浆内添加PAM和表面施胶PAM的并用效果

3　伴随低定量化出现的问题对策

在纸板低定量化化学品配方方面，建议使用干强剂PAM，但在干强剂用量过多的情况下，将会出现不少问题。这些问题包括，因透气度上升和液体渗透速度下降影响黏合适应性，因纸张变硬造成压线爆线及在起楞机上瓦楞爆裂等对加工适应性的影响。因此，本试验将这些黏合适应性和压线爆线问题作为课题，对能解决这些问题的化学品配方进行了研究。

3.1改善黏合适应性的化学品及其配方的研究

图5显示了在瓦楞原纸（定量120 g/m2）上使用表面施胶PAM对透气度的影响。图6为用施胶度测试仪通过追踪伴随着水渗透的沿厚度方向的衰减率，观察到的从瓦楞原纸表面到内部的水渗透速度。

由图5和图6可以确认，采用表面施胶PAM使透气度提高，同时使水渗透速度下降；而且，随着施胶量的增加，其影响更加显著。瓦楞原纸的透气度和水渗透速度的变化，与加工过程中起楞机使用的淀粉黏合剂的渗透性直接相关；因而，可能影响瓦楞纸加工的黏合适应性。为了控制透气度的上升和水渗透速度下降，掌握影响这些性能的因素，开发了新的表面施胶PAM。

图7和图8分别显示了使用新开发表面施胶PAM和传统表面施胶PAM对透气度及水的渗透性影响的比较。

由图7和图8可以确认，与传统表面施胶PAM相比，新型表面施胶PAM抑制了透气度的上升和水渗透速度的下降。因此可以判断，在必须大幅度提高强度的场合，可以提高对透气度及水渗透性影响较小的新型表面施胶PAM的用量，新型表面施胶PAM比传统表面施胶PAM大大增加了对低定量化的适应性。新型表面施胶PAM比传统表面施胶PAM在纸中的渗透性更好，新型表面施胶PAM在纸张内部的渗透能够减轻对透气度及水渗透速度的影响。

另外，图9显示了表面施胶PAM和氧化淀粉对纸张抗压强度指数的影响。

如图9所示，通过配比的优化，能够达到与传统表面施胶PAM同等的强度。在提高瓦楞原纸强度时，有时也会使用较廉价的氧化淀粉表面施胶干强剂。作为比较，图7和图9分别显示了使用氧化淀粉时的透气度和抗压强度的结果。从结果可以知道，新型表面施胶PAM比氧化淀粉不容易使透气度上升，抗压强度的提高效果也更好；因此认为，伴随着纸板的低定量化，为了必要地、高效地提高纸张强度，浆内添加PAM和表面施胶PAM的并用，特别是新型表面施胶PAM的使用，是能兼顾黏合适应性又能高效获得纸张强度的有效手段。

图5　表面施胶PAM对透气度的影响

图6　表面施胶PAM对水渗透性的影响

图7　表面施胶PAM和氧化淀粉对透气度的影响

图8　表面施胶PAM对水渗透性的影响

图9　表面施胶PAM和氧化淀粉对抗压强度指数的影响

3.2改善压线爆线的化学品及其配方的研究

作为弥补因低定量化造成强度下降的方法，建议同时使用浆内添加PAM与表面施胶PAM；但是，增加PAM和氧化淀粉等干强剂的用量可能导致纸张变硬，在瓦楞纸加工过程有时会发生压线爆线问题。如果发生压线爆线，不仅影响外观，而且装配后的纸箱强度下降，是一种致命的品质缺陷。

图10显示了使用瓦楞废纸为生产原料时，浆内添加PAM 0.2%～2.0%对手抄纸性质的影响。这里以“压线爆线长度比”作为压线爆线指标。所谓“压线爆线长度比”是在纸板上施加一定荷重并产生弯曲时，折痕上出现的裂纹长度与折痕整体长度的百分比。因此，数值越小表示预防压线爆线的发生控制得越好。

由图10可见，增加浆内添加PAM的添加量能提高耐破强度，但压线爆线长度比上升，发生压线爆线的概率上升。

图10　浆内添加PAM对纸张强度和压线爆线的影响

对策是，建议用最近开发的压线爆线预防助剂作为表面施胶剂使用。该压线爆线预防助剂是一种具有如表1所示性状的新型化学品。

图11是为防止压线爆线而常使用的聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、甘油等化学品及新研发产品压线爆线预防助剂（该助剂目前正在申请专利）在挂面纸上进行表面施胶时的结果。

表1　新开发的压线爆线预防助剂的性状

由图11可见，压线爆线预防助剂用较少的量就能获得较好的效果，显示出比通常使用的防止压线爆线化学品具有更优的效果。此外，因压线爆线预防助剂是非离子型产品，与其他阳离子型和阴离子型化学品的相容性良好，可以与这些化学品同时进行表面施胶，而且不存在影响对低定量纸来说很重要的强度问题。

下面介绍压线爆线预防助剂在挂面纸板上的应用实例，如图12所示。

由图12可见，在挂面纸板低定量化化学品配方中，当定量从210 g/m2降低到170 g/m2时，强度（耐破强度）从500 kPa下降到了393 kPa。为了弥补耐破强度的下降，浆内添加PAM的用量从正常的0.2%提高到1.0%（增加0.8%）时确保了强度，但导致了压线爆线长度比的上升。

图11　压线爆线预防助剂的使用效果

图12　浆内添加PAM对纸张强度和压线爆线的影响

图13显示了在浆内添加PAM用量为1.0%的手抄纸上使用压线爆线预防助剂的结果。

由图13可见，在纸板表面施胶0.15 g/m2的压线爆线预防助剂，可以改善压线爆线长度比，达到浆内添加PAM用量增加前的水平。

由此可知，使用压线爆线预防助剂能够改善随低定量化化学品配方而出现的压线爆线问题。压线爆线预防助剂不仅适用于低定量化配方，对解决冬季和低湿度时高定量纸品种容易发生压线爆线的问题也有效，确立了该化学品可以推广应用的地位。

4　总结

图13　使用压线爆线预防助剂对压线爆线的效果

节省资源、减少二氧化碳排放量等与降低环境负荷相关的纸板低定量化工作今后还将不断推进。为了弥补因低定量化而造成的纸张强度下降，不仅使用单独的干强剂，而且还必须采用更加有效的方法来提高强度及对新产生的问题提出相应的对策。本文提出的采用浆内添加PAM和表面施胶PAM并用的方法来提高纸板强度，同时针对因干强剂用量增加而可能产生的加工适应性下降添加控制透气度和液体渗透性的化学品，并采取添加压线爆线预防助剂等措施是可行的。

（杜伟民编译）

预计2018年瓦楞纸箱及纸板箱的市场需求

将超过390亿美元

根据Feedonia集团最新的《瓦楞纸箱和纸板箱研究报告》（下简称《报告》）显示，2018年瓦楞纸箱和纸板箱的市场需求将超过390亿美元。2007—2009年经济不景气，2008—2013年期间制造业生产量开始从低水平复苏，自此之后经济收益也得到改善。食品、饮料、化妆品和洗浴用品、药物、清洁用品等日用消费品产量的反弹提高了相关运输用和其他用纸箱的需求。促进需求增长的其他因素包括耐用品产量的增加、消费支出的增长、建筑支出的反弹以及在线商务的快速发展。此外，诸如展示纸箱和高品质图像纸盒等高附加值纸箱种类的增加，也有助于市场需求的增加。

《报告》还分析了瓦楞纸箱及纸板箱市场特征。

1经济复苏推动众多领域发展

一方面，制造业的复苏推动了瓦楞纸箱和纸板箱的发展；另一方面，众多耐用品和日用快消品的运输包装选择瓦楞纸箱和纸板箱，其需求量增加。包装体积的扩大促进了包装纸板向低定量、高品质发展，同时需要确保纸板的压缩强度与传统高定量瓦楞纸箱的性能相当。

折叠纸盒的需求量从2008—2013年期间开始增加，这主要得益于日用快消品产量的反弹和外卖食品应用市场的扩大。然而，来自其他包装如软包装的竞争压力会抑制折叠纸盒的发展。

固定纸盒仍然是包装箱领域的一小部分，其进口产品所占份额越来越大。尽管如此，可自由支配开支以及该类纸盒固有市场（如香水、高端糖果和礼物等的高档包装）较好的发展前景有助于该领域的发展。

2食品饮料市场仍占主导

食品饮料业是瓦楞纸箱和纸板箱应用领域最大的独立市场，2013年其需求量占总量的50%。高于平均收益的领域包括农产品、肉类、家禽类、海产品、奶制品和饮料，糖果甜品、烘焙食品以及谷物制品的应用增长较慢。尽管目前一直在努力减少过度包装，意在通过取消纸箱和纸盒包装或减少食品饮料业纸板的用量达到目的，但是由于纸箱和纸盒具有低成本、保护性和可回收性的优点，其在食品饮料业仍存在发展机遇。

3非制造业市场增长最快

近年来耐用品产量有所增加，该市场在2018年将经历反弹期。另外，建筑市场的复苏会推动家用电器、家具和其他耐用品及相关领域对纸箱需求量的增加。在2018年及其未来几年，由于在线商务的流行、食品服务行业外卖食品包装盒的大量使用以及外卖食品泡沫包装盒的限制，将使非制造业成为包装纸箱应用市场增长最快的领域。

（杨扬）

阿克苏诺贝尔收购巴斯夫的工业涂料业务

阿克苏诺贝尔日前与巴斯夫签署协议，以4.75亿欧元收购巴斯夫的工业涂料业务。该项交易包括相关的技术、专利和商标并确保向全球客户供货。分别位于英国和南非的2家生产工厂也将归入阿克苏诺贝尔旗下。2015年该业务产生了3亿欧元的收益，产品主要为卷材涂料、家具装饰箔纸和纸板涂料、风电涂料、通用工业涂料及商业交通设施涂料等。此项交易预计于2016年下半年完成。

（杨扬）