打浆度和纤维配比对液体包装纸板面层纤维基片性能的影响

银星牌松木漂白针叶木浆（简称针叶木浆），鹦鹉牌桦木漂白阔叶木浆（简称阔叶木浆）。

Valmet RF-03型锥型磨；长春月明 J-DJY100 型纸浆打浆度测定仪；奥地利PTI RK-H型纸页成型器；长江造纸仪器 DCP-KZ100型纸张抗张试验仪；长江造纸仪器 J-SLY1000A型纸张撕裂度仪；长江造纸仪器 DCP-NPY5600型纸板耐破度仪；L&W 11513242型纸张挺度仪；长江造纸仪器 J-HDY04B（B）型电动厚度测定仪；润湖仪器 RH-T541型纸板层间结合强度仪；和兴模具 TP-LPB323型压痕仪；HANATEK MFI型压痕测试仪。

图2为打浆和纤维配比对纤维基片抗张指数的影响。由图2中可以看出，提高打浆度对纤维基片的抗张强度改善明显，通过打浆可以提高纤维与纤维间的交织几率和结合强度，抗张指数升高；但打浆度过高也会导致纤维平均长度和强度受损，抗张指数反而下降。两种配比纤维基片抗张指数在打浆度（30±2）ºSR获得最大值；30%针叶木浆/70%阔叶木浆配比，打浆度在32ºSR时纤维基片获得最大抗张指数61.5 N·m/g，较打浆前提高100.3%；50%针叶木浆/50%阔叶木浆配比，打浆度在29 ºSR时纤维基片获得最大抗张指数68.2 N·m/g，较打浆前提高227.2%；针叶木浆配比增加20%，纤维基片抗张指数提高11.0%。

图2  打浆和纤维配比对纤维基片抗张指数的影响

Fig. 2  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on tensile index

研究表明纸张发生撕裂是把纤维从纸张中拉出，或把纤维扯断，因此，纤维的平均长度和自身强度是纸板撕裂度的决定因素，但纤维排列方向、交织情况、纤维与纤维间结合强度同样影响着成纸的撕裂强度^[13]。图3为打浆和纤维配比对纤维基片撕裂指数的影响。由图3中可以看出，随着打浆度的增加，纤维基片撕裂指数先升高后降低，两种浆料配比纤维基片的撕裂指数均在打浆度22ºSR获得最大值，其中30%针叶木浆/70%阔叶木浆配比的纤维基片撕裂指数为12.3 mN·m²/g，较打浆前提高21.5%；50%针叶木浆/50%阔叶木浆配比纤维基片撕裂指数为13.4 mN·m²/g，较打浆前提高27.4%；针叶木浆配比增加20%，纤维基片撕裂指数提高8.6%。

图3  打浆和纤维配比对纤维基片撕裂指数的影响

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

图4为打浆和纤维配比对纤维基片耐破指数的影响。由图4中可以看出，提高打浆度对纤维基片耐破度改善明显，通过打浆可以提高纤维与纤维间的交织几率和结合强度，耐破度提升；但打浆度过高也会导致纤维平均长度和自身强度过度受损，耐破度反而下降。两种纤维配比混合浆料耐破指数均在打浆度（30±2）ºSR获得最大值。30%针叶木浆/70%阔叶木浆配比，打浆度在32ºSR时纤维基片耐破指数获得最大值5.39 kPa·m²/g，较打浆前提高120.0%；50%针叶木浆/50%阔叶木浆配比，打浆度在29ºSR时纤维基片耐破指数获得最大值5.82 kPa·m²/g，较打浆前提高84.8%；针叶木浆配比增加20%，纤维基片耐破指数提高8.0%。

图4  打浆和纤维配比对纤维基片耐破指数的影响

Fig. 4  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on burst index

挺度是衡量纸和纸板耐弯曲强度的指标，挺度的大小决定着纸盒抗弯、抗压、抗扭矩的能量和承受外界压力而不弯曲或破坏的能力。GB/T 18192—2008《液体食品无菌包装用纸基复合材料》规定了不同容量带覆膜的液体包装纸挺度值的下限。图5为打浆和纤维配比对纤维基片挺度的影响。从图5中可以看出，随着打浆度的增加，挺度值先升高后降低，两种配比纤维基片在打浆度（26±1）ºSR挺度获得最大值。适度打浆可以提高纤维基片紧度，增加纤维与纤维间的交织几率和结合强度，有助于挺度值增加；打浆过多，纤维长度和强度损失过度，挺度反而降低。30%针叶木浆/70%阔叶木浆配比，打浆度在27ºSR时纤维基片挺度获得最大值86.5 mN·m，较打浆前提高26.7%；50%针叶木浆/50%阔叶木浆配比，打浆度在25ºSR时纤维基片挺度获得最大值85.9 mN·m，较打浆前提高14.2%；针叶木浆配比增加20%，挺度值反而下降0.7%。

图5  打浆和纤维配比对纤维基片挺度的影响

Fig. 5  Effect of beating degree and mixed pulp ratio on stiffness

图6为打浆和纤维配比对纤维基片松厚度的影响。由图6可以看出，随着打浆度的升高，纤维基片的松厚度降低。纤维基片针叶木浆配比增加，松厚度反而下降，其主要原因为：增加针叶木浆配比，相同打浆度下，吨浆磨浆能耗会增加；长短纤混合打浆，在磨片选型上往往会偏向于考虑长纤，磨齿宽，沟槽宽且深，以避免运行过程中磨机堵塞，但这样也会导致生产过程中长纤打浆过度，短纤打浆不足，即无法使混合浆料中的长短纤同时获得最佳的打浆性能。液体包装纸板工艺设计及生产过程中，在确保产品各项物理强度符合标准要求下，应尽可能保留纸板纤维层的松厚度和透气度，高松厚度、轻挺度是液体包装纸板产品的主流发展方向，它既可以节约原材料成本，减少能耗，又可以改善纸板后加工段复合和压痕的适应性。

图6  打浆和纤维配比对纤维基片松厚度的影响

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

内结合强度是指纸或纸板厚度方向（Z向）剥离单位面积所需要的能量，其反应出纸或纸板厚度方向（Z向）网络交织结构及剥离强度，Scott 内结合强度测定是目前应用最广泛的一种^[14-15]。GB/T 31122—2014规定液体包装用纸板内结合强度≥150 J/m²。图7为打浆和配比对纤维基片内结合强度的影响。由图7中可知，30%针叶木浆/70%阔叶木浆配比，打浆度16ºSR时，纤维基片内结合强度为151 J/m²，已满足国标要求，随着纤维基片打浆度的提高，内结合强度上升；打浆度27ºSR时，纤维基片内结合强度上升至311 J/m²，针叶木浆配比由30%增加至50%，纤维基片的内结合强度进一步提升。提高面层纤维基片的内结合强度既可以提升液体包装纸板的整体层间内结合强度，还可以改善纸板应用中的印刷适应性和聚乙烯（PE）覆膜牢度。

图7  打浆和配比对纤维基片内结合强度的影响

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

在液体包装纸板上实施压痕工艺，可有效避免棱角处爆裂，确保包材在灌装机上使用流畅，成型后外观平整饱满，折角笔直挺刮，压痕效果还直接影响到后加工段的PE复合质量。使用50%针叶木浆/50%阔叶木浆配比，测试不同打浆度纤维基片的压痕效果，压痕测试数据见表1，压痕测试实景图见图8。从表1可知，相同测试条件下，打浆度29ºSR的纤维基片，压痕宽度最大，压痕深度适宜，压痕处挺度保留率最高；从压痕测试实景图8来看，打浆度29ºSR纤维基片的压痕效果和质量最好。压痕测试结果表明，50%针叶木浆/50%阔叶木浆配比，打浆度29ºSR时，纤维基片的压痕测试数据和效果表现佳，说明提高面层纤维基片抗张强度和耐破性能，可以提高产品压痕适应性，改善加工应用工段的流畅性，减少折爆风险。

图8  不同打浆度的压痕表现

Fig. 8  Crease performance of different beating degree