淀粉表面施胶对瓦楞原纸强度性能的影响

付秋莹 方文康 罗大伟 高翔 王玉峰

近年来，我国网络购物和快递行业的迅猛发展，给我国的纸包装行业带来了巨大的发展机遇，市场对运输包装常用的瓦楞纸箱和瓦楞纸板的需求持续增加，箱纸板和瓦楞原纸产销两旺。由于瓦楞原纸以二次纤维为主要原料，但随着国家“限废令”的出台，进口废纸量难以满足巨大的生产需求，而国产废纸的质量又不尽如人意，使得瓦楞原纸的质量难以保证。部分企业不得不提高瓦楞原纸的定量，以保障瓦楞纸板和纸箱的抗压强度，但此举与“包装减量化”的发展趋势相违背。

科技的发展带来设备的更新和技术的创新，瓦楞纸箱为了满足更多产品对包装的要求，通过在造纸过程中的改性和涂布或喷雾的方式增强瓦楞纸箱的功能性，防护型瓦楞纸箱不断涌现，例如，冷链产品包装的防水纸箱、机械仪表的防锈纸箱、精密零部件的防划伤纸箱、防伪纸箱和新鲜果蔬的保鲜纸箱等。

表面施胶是提高纸张强度的主要方法之一，淀粉由于其与纤维较好的亲和性以及较低的成本，是提高瓦楞原纸强度的理想增强剂。本研究采用瓦楞纸板生产企业必备的淀粉胶改善瓦楞原纸的强度，考察不同施胶量对瓦楞原纸耐折度、抗张强度和环压强度的影响，为有效提高瓦楞原纸强度探索一条简单经济可行的方法。

实验

1.实验原料

玉米淀粉、氢氧化钠、硼砂，工業品；瓦楞原纸A，定量为120g/m2，瓦楞原纸B，定量为155g/m2，实验原料由宏观世纪（天津）科技股份有限公司提供。

2.实验仪器

CU5/200涂布机、DCP-KY3000电脑测控压缩试验仪、DCP-K2300电脑测控抗张试验机、DC-MIT135A电脑测控耐折度仪，以上设备均由四川长江造纸仪器责任有限公司生产。

3.实验方法

①淀粉胶的制备

将玉米淀粉分散在40℃以下的蒸馏水中，室温下搅拌20分钟，得到分散均匀的淀粉浆，然后加入适量的NaOH溶液进行糊化，少量的硼砂与溶胀的淀粉分子形成络合物，增加胶黏剂黏度，室温下继续搅拌2小时，得到均匀的乳白色黏稠淀粉胶。

②瓦楞原纸表面施胶

采用辊式涂布技术，对瓦楞原纸进行单面施胶，由于未经内部施胶的瓦楞原纸表面并不光滑，纤维之间的空隙会使施胶剂很容易被吸收，施胶量难以准确控制，因此，本次实验通过改变上胶辊的压力改变涂布量，分别选用150N、100N和50N 3种压力，其中施加给上胶辊的压力越大，涂布到瓦楞原纸上的表面施胶剂用量就越少。

③瓦楞原纸强度测定

涂布后的瓦楞原纸在标准条件下经温湿度平衡处理后，分别按照GB/T457-2008《纸和纸板耐折度的测定》、GB/T 12914-2008《纸和纸板抗张强度的测定》和GB/T 2679.8-1995《纸和纸板环压强度的测定》测定耐折度、抗张强度和环压强度。

结果与讨论

1.施胶量对瓦楞原纸表面的影响

实验中，以3种压力对瓦楞原纸进行表面施胶，随着上胶辊压力的逐渐减小，涂布到纸张上的淀粉胶黏剂的量变大，待纸样温湿平衡后，对3种纸样的上胶量进行测定，施胶后的纸样如图1所示，纸样由左到右依次为瓦楞原纸、上胶辊150N压力施胶的涂布纸、上胶辊100N压力施胶的涂布纸、上胶辊50N压力施胶的涂布纸，可以很明显地看出不同上胶辊压力施胶后，纸样颜色有明显的差别。未经施胶的瓦楞原纸表面呈现浅褐色；少量淀粉胶黏剂施胶后，纸张明度增加，颜色变得更加明亮；随着施胶量的增加，纸张出现白色，当涂布的淀粉施胶剂达到一定量后，纸张泛白明显且边缘产生翘曲现象，纸张不平整。

2.施胶量对瓦楞原纸耐折度的影响

耐折度是瓦楞纸重要的物理性能之一，从图2中我们可以看出，纸样的耐折度随着施胶量的增加呈现明显的下降趋势。原纸A的平均耐折次数在8次左右，当涂布机上胶辊压力设置为150N时，纸样耐折度上升了3.85%；当上胶压力为100N时，其耐折度降低，与原纸相比下降了2.56%；当压力降低到50N时，纸样耐折度与瓦楞原纸相比下降了5.13%，是试验中耐折度的最低值。原纸B的耐折度明显优于原纸A，原纸B的耐折度约为10次，进行表面施胶后，随着表面施胶量的增加，纸样耐折次数分别上升3.92%、下降2.94%、下降4.9%，原纸B的耐折度变化趋势与原纸A的变换趋势相同，因此，对纸张进行表面施胶，随着施胶量的增加，耐折度轻微上升后下降，在进行表面施胶的3种原纸中，纸样耐折度的增减幅度不超过10%，变化趋于稳定，表面施淀粉胶不会降低纸张的耐折度。

3.施胶量对瓦楞原纸抗张性能的影响

抗张性能可以用抗张强度、断裂长、抗张指数和伸长率等因素来表示。其中，抗张强度是测试纸样的单位宽度所承受的平均抗张力，是指纸样所能承受的最大张力。抗张指数则是单位定量瓦楞原纸的抗张强度。本实验用抗张指数对瓦楞纸性能进行评价，施胶量对瓦楞原纸抗张指数的影响如图3所示，瓦楞原纸进行表面施胶后，纸张抗张性能随施胶量的增加而小幅上升，随着施加淀粉胶量的逐步增加，抗张指数上升趋势变缓。当涂布机上胶辊压力为150N时，两种纸样的的抗张指数分别上升9.27%和8.89%；而当涂布机上胶辊压力下降，即施胶量增加时，与未进行施胶的原纸抗张性能相比，原纸A施胶后的抗张指数上涨15.12%，原纸B施胶后抗张指数上升14.06%；随着施胶量的进一步增加，纸样A与B较原纸A与B相比，抗张指数分别上涨18.29%和15.74%，上升趋势逐步变缓，则可能是因为淀粉胶分子填充到纸张表面空隙中，使得瓦楞纸性能变得更好。另外原纸A的抗张指数涨幅始终高于原纸B，这可能是因为与原纸B相比，原纸A表面更加粗糙，纤维与纤维之间的孔隙更大，进行表面施胶后，淀粉施胶剂与纸张表面可以更好地结合。

4.施胶量对瓦楞原纸环压强度的影响

环压强度是评价瓦楞纸板性能的重要依据，从图4中可以看出，经过淀粉胶黏剂施胶后，两种瓦楞原纸的环压强度和环压指数均有所增长。其中，瓦楞原纸A和瓦楞原纸B的环压指数分别为7.97和8.77，随施胶量的增加，纸样A的环压指数分别增长到8.89、9.41和9.63。纸样B的环压指数增长到9.79、11.04和11.66。显然，低定量的瓦楞原纸A在经过少量表面施胶后，其环压指数超过未经施胶的瓦楞原纸B；而定量高的瓦楞原纸B在施胶后，环压指数得到进一步提升。因此，可以通过涂布适量淀粉表面施胶剂的方法增强瓦楞原纸的环压指数，从而制造具有更好抗压强度的瓦楞纸箱。

结论

通过表面涂布适量淀粉胶可以提高瓦楞原纸的强度性能。实验结果表明：表面施胶后，瓦楞原纸的耐折叠性略微下降，但影响较小；纸张抗张性能随着纸张表面施胶量的增加而小幅上升，涨幅随施胶量的增加而降低；环压指数方面，随着施加淀粉胶的增加，环压指数升高，另外，低定量原纸在适量涂布淀粉胶后可达到高定量原纸的环压指数，使纸板提供了包装所需的机械性能，以便承受更高的机械应力。在当前的市场环境下，以不改变原纸定量为前提，通过涂布淀粉胶从而增强纸和纸板力学性能，或许成为纸箱企业降低成本，维护生计的重要手段。本实验通过对瓦楞原纸表面施淀粉胶来增加其环压强度的方式，寻求一种不改变纸箱生产成本却有效提高纸箱强度的可行方案，为各大纸箱企业提供一种新的生产思路。

作者单位：天津科技大学 宏观世纪（天津）科技股份有限公司