纸和纸板加工

由库居凯、张美云著的《纸和纸板加工(中文版)/造纸及其装备科学技术丛书》为芬兰造纸工程师协会、美国浆纸工业技术协会(TAPPI)和Fapet OY公司联合出版的《造纸科学与技术丛书》中的靠前2卷《纸和纸板加工》，着重阐述了传统的和新型的纸加工材料、技术和相关理论，同时也对纸基包装材料的典型应用及其特性进行了分析。在此基础上，增加了靠前0章。靠前0章主要结合些年我国纸基功能材料的研究热点和发展趋势，介绍了多种高性能纸基功能材料的性能及其制备、加工方法。由于纸和纸板加工技术涉及的领域很好广。我们本着虚心学习的态度，在翻译的过程中服了诸多困难，在查阅大量文献资料的基础上完成了此书的翻译，希望能为从事纸和纸板加工及包装科学技术的人员提供有效的帮助。

张美云，1957年生。原陕西科技大学副校长。二级教授，制浆造纸工程学科带头人，博士生导师，中国造纸学会副理事长，全国很好教师，全国很好科技工作者，陕西省重点领域项尖人才、享受国务院政府特殊津贴专家。主要从事高性能纸基功能材料、制浆造纸新技术的研究。先后主持国家自然科学基金等重大科研项目20余顼，获得教育部技术发明一等奖1项，陕西省科学技术奖6项（其中一等奖2项），国家及省部级教学成果奖3项；国家发明专利30余件，在靠前学术会议及各类刊物发表学术论文200余篇，出版教材及专著5部。
宋顺喜，1986年11月生，博士。2014年毕业于陕西科技大学制浆造纸专业，获工学博士学位。同年进入陕西科技大学从攀教学与科研工作。自2012年1月起，在加拿犬University of New Brunswick， FPlnnovations，Neucel Soeaalty Celluiose Ltd.等高校与企业进行为期两年的交流学习。几年主持和参与科研项目6项，发表论文10余篇，授权发明专利3项，主要从事高性能纸基功能材料与制浆造纸新技术的研究。
杨斌，1987年9月熊，硕士，材料学在职博士生，工程师。2013年8月毕业于陕西科技大学轻工技术与工程专业，获顾士学位，同年进入陕西科技大学轻工科学与工程学院实验管理中心工作，主要从事高性能低基功能材料的研究。几年主持和参与科研项目6项，获教育部技术发明一等奖1项，发表学术论文10余篇，授权发明专利3项。
赵会芳，1971年生，博士，副教授。1992年7月毕业于西北轻工业学院制浆造纸工程系，获学士学位；2004年3月毕业于浙江大学环境科学专业。获硕士学位；2013年1月毕业于陕西科技大学制浆造纸工程专业，获博士学位。长期从事制浆造纸科学领域的教学和研究工作，主要研究方向为特种纸和清洁造纸技术。主持及参与了多项科研项目的研究工作，发表学术论文30余篇，其中被SCI/EI收录10余篇，授权发明专衬1项，参编教材3部。

第1章概述
第2章浸润和黏附
2.1引言
2.2黏附理论
2.2.1机械连锁
2.2.2扩散理论
2.2.3静电理论
2.2.4热力学吸附理论和表面能
2.2.5化学黏附
2.2.6合并理论
2.2.7弱边界层理论
2.2.8黏附功和破坏能
2.3浸润、黏附和剥离强度的测定
2.3.1浸润张力溶液
2.3.2接触角和表面能
2.3.3黏附测定的基本信息
2.3.3.1剥离测试
2.4工业和实际应用
2.4.1纸和纸板作为基材
2.4.2挤压涂布中的黏附
2.4.3黏附的其他应用
2.4.4表面处理
参考文献
第3章分散液涂布
3.1引言
3.2聚合物分散液作为阻隔涂料
3.3应用技术
3.3.1简介
3.3.2刮刀涂布
3.3.3棒式涂布机
3.3.4气刀涂布机
3.3.5凹版式涂布机
3.3.6浸渍涂布机
3.3.7预计量施胶压榨
3.3.8喷射式涂布机
3.3.9喷雾式涂布机
3.3.10幕帘式涂布机
3.3.11干燥和冷却
3.4聚合作用及配方
3.4.1乳液聚合理论
3.4.2苯乙烯-丁二烯
3.4.3丙烯酸类
3.4.4其他合成聚合物
3.4.5生物高分子
3.4.6填料和助剂
3.4.7纳米复合材料
3.5膜的成形
3.5.1基本机理
3.5.2胶体粒子间的分子间作用力
3.5.3膜成形理论
3.5.4大力度优惠膜成形温度
3.6流变性
3.6.1聚合物分散液的流变性
3.7原纸对分散液涂布的影响
3.8聚合物分散液薄膜的性质
3.8.1阻隔性能
3.8.2胶合、热封和黏结
3.8.3抗油性、气味和味觉特性
3.9聚合物分散液涂布产品
3.10回收利用
参考文献
第4章挤压涂布及其产品
4.1引言
4.2挤压涂布设备
4.2.1料斗、挤出机和承接管
4.2.2口模
4.2.3多层共挤出机
4.2.4复合系统
4.2.5辅助设备
4.3挤压涂布过程
4.3.1挤压涂布原理
4.3.2挤压涂布流变学原理
4.3.3缝模中的熔流
4.3.4挤出过程中熔体破裂现象
4.4关键过程与产品性能
4.4.1挤压涂布过程的流变学行为
4.4.2臭味
4.4.3针眼
4.4.4摩擦因数
4.5挤压涂布用的树脂
4.5.1概述
4.5.2聚烯烃类
4.5.3共聚物
4.5.4胶黏剂
4.5.5阻隔性的聚合物
4.5.6其他聚合物
4.5.7生物聚合物
4.5.8化合物
4.5.9涂布树脂的添加剂
4.6挤压涂布纸板的应用
4.6.1液体包装
4.6.2其他刚性包装
4.6.3工业用品
4.6.4软包装
4.6.5照相纸
参考文献
第5章传统与新型涂布方式
5.1引言
5.2金属箔复合加工
5.2.1过程
5.2.2基材
5.2.3产品应用
5.3传统的涂布方法
5.3.1涂蜡
5.3.2热熔胶涂布
5.3.3漆涂
5.3.4冷封胶涂布
5.4新型涂层
5.4.1无机涂层
5.4.2溶胶-凝胶涂层
5.4.3壳聚糖涂层
5.5沉积法
5.5.1等离子体增强的化学气相沉积（PECVD）
5.5.2蒸发镀膜技术
5.5.3溅射
5.6电子束
5.7等离子体聚合
参考文献
第6章层压
6.1引言
6.2层压方法
6.2.1基材
6.2.2层压复合方法
6.2.3干燥
6.2.4辐射固化
6.2.5黏合
6.2.6层压制品的应用
6.3.压敏胶标签制品
6.3.1概述
6.3.2压敏胶层压制品
6.3.3压敏胶标签纸的制造
6.3.4贴标签
6.3.5压敏胶标签纸的功能性要求
参考文献
第7章纸基包装材料
7.1引言
7.2包装纸
7.2.1硫酸盐浆纸（或称牛皮纸）
7.2.2漂白包装纸
7.2.3植物羊皮纸
7.2.4防油纸和玻璃纸
7.2.5抗水、抗油、抗油脂纸
7.2.6蜡纸
7.2.7特殊处理纸
7.2.8湿强纸
7.2.9薄页纸
7.2.10涂布纸
7.3纸板
7.3.1盒用纸板
7.3.2箱纸板
7.4瓦楞纸板制造
7.4.1简介
7.4.2瓦楞纸板种类
7.4.3瓦楞纸板的生产
7.4.4涂胶
7.4.5瓦楞纸板的质量特性
7.4.6瓦楞纸板的纸病
7.4.7模切
7.4.8瓦楞纸板的印刷
7.4.9包装机对瓦楞纸板的技术要求
参考文献
第8章纸基包装材料的加工
8.1引言
8.2包装印刷
8.2.1印刷方法
8.2.2印刷附着力
8.3纸板加工技术
8.3.1上光
8.3.2裁切和压痕
8.3.3浮雕加工
8.3.4烫印
8.3.5刮削
8.4密封和黏合
8.4.1热封理论概述
8.4.2影响热封性和密封强度的因素
8.4.3不同的密封方法
8.4.4上胶
8.5纸基包装材料和包装机
8.5.1折叠纸盒
8.5.2液体包装
8.5.3软质包装
参考文献
第9章加工纸和纸板作为包装材料的应用
9.1引言
9.2包装材料、包装食品和环境之间的关系
9.2.1聚合物的渗透性
9.2.2迁移
9.3食品的包装
9.3.1食品的保质期
9.3.2食品腐败变质机理
9.3.3不同食品类型及其对包装材料的要求
9.3.4提高食品质量安全的包装技术
9.3.5包装材料的测试
9.4非食品的包装
9.4.1非食品包装材料的基本要求
9.4.2不同类别产品对包装材料的要求
9.4.3非食品包装材料的检测
9.5.包装对环境的影响
参考文献
第10章高性能纸基材料应用举例
10.1芳纶纤维纸
10.1.1间位芳纶纤维纸基材料（Nomex）
10.1.2对位芳纶纸基材料（Kevlar）
10.2新型芳纶云母纸
10.3聚酰亚胺纤维纸
10.4环保型纸基摩擦材料
10.5电池隔膜纸
10.5.1应用范围
10.5.2性能指标
10.5.3原料
10.5.4制备工艺
10.6玻璃纤维纸
10.7育果套袋纸
10.7.1育果套袋纸及其分类
10.7.2育果套袋纸的特点及其性能指标
10.7.3育果套袋纸的生产方法
10.8燃料电池用碳纤维纸
10.9合成革用离型纸
10.9.1离型纸的特点与要求
10.9.2离型纸的分类
10.9.3离型纸使用工艺流程
10.9.4合成革的种类和发展趋势
10.10茶叶滤纸
10.11覆铜箔层压板原纸
10.12造纸法烟草薄片
10.13自感应纸基调湿材料
10.14高填料高松厚度特种纸
10.15高速喷墨印刷专用纸
10.16自洁型高效空气过滤材料
10.17纸基高性能过滤材料
10.18新型功能壁纸
10.19新型能源纸
10.20造纸法高强密封材料
参考文献
附录

    **章 概述
    尽管印刷纸市场形势严峻，但纸基包装材料仍具有一定的市场前景。纸基包装材料所具有的可循环再生的特点是推动其发展的源动力。木材除了作为纸和纸板的原材料外，还可加工成许多其他产品，如生物高聚物，它可进一步应用在纸基包装材料中。众所周知，以化石燃料为原料制备的聚合物价格的升高，为可再生原料开辟了新的市场。另外，出于对废弃物的管理和温室气体的排放等环境问题的关注，人们对可再生原料的兴趣逐渐增加。可持续发展也可通过立法和公共观念得以发展。
    大多纸产品的加工工艺较为简单，而且几十年保持不变，尤其对于聚乙烯涂布或与铝箔复合的纸与纸板的加工工艺更是如此。然而，近几十年来，利用共挤压涂布工艺加工的具有高阻隔性能的纸产品已经拥有了广阔的市场。典型的挤压涂布产品包括包装纸、柔性包装纸、液体包装纸盒和一次性餐具。然而，塑料包装近些年来也在包装行业中显示出强劲的增长势头。这主要有两方面原因，一方面是塑料包装可以与各种材料组合，并且可以以不同形式使用，如膜状、盘状和瓶状结构等。另一方面，新的涂布技术及涂布材料，新的结构设计和包装技术的创新，使纸和纸板能够更加有效地应用在包装行业中。
    加工纸和纸板将在包装行业中继续发挥重要作用。新产品的开发将聚焦在包装材料上，尤其是消费品包装。在全球市场上，包装材料必须能适应剧烈的气候变化（主要是湿度和热量），可延长产品保质期以及具有一定的阻隔性能。对湿度、香味、油脂、氧气以及光的阻隔性能的要求使得塑料和其他阻隔材料与纸基材料必须能够有效地复合。由于黏结材料化学性质的差异，各层之间的黏结性能成为了关键问题。包装材料的构造通常都并非完美，其主要的问题在于密封性不好，渗透物质可以通过边角渗透到包装结构内部。货架上产品的包装必须引人注目，所以对产品包装的设计是**重要的。例如：高品质个性化的印刷产品的包装将越来越趋于精致，这就需要较高的印刷品质，如数字印刷。毫无疑问，在线操作时免不了要在纸和纸板中添加阻隔材料。在欧洲，废品管理制度的逐渐严格对包装材料的高效回收提出了更高的要求，这可推动生物聚合物基包装材料的使用，例如源于再生资源的包装材料。随着生物基聚合物产量的提升，它在薄膜、纤维以及汽车制造工业中具有更广泛的用途。发展具有更好阻隔特性的生物聚合物涂布材料将使得生物聚合物涂布纸和纸板包装拥有更广阔的应用市场。
    具有优异阻隔性能的多层薄膜结构包装材料的使用会越来越广泛，这就对材料和生产过程提出了更高的要求。传统生产工艺是通过涂布、覆膜和镀箔（尤其是通过层合）等方法赋予包装材料较好的阻隔性能。利用一些新的专用的聚合物或涂料（例如分散纳米颗粒）能够赋予包装薄膜更有效的阻隔性能，基于以上需要，超薄膜状材料、纳米级、功能性涂料将被不断开发，而这些新材料的生产过程中经常会涉及到电子束和等离子体技术。在柔性包装应用中，挤压涂布逐步取代了溶剂型层合，而且水性胶黏剂和无溶剂型层合技术有取代溶剂型层合的势头。
    在市场竞争日趋严峻的背景下，提高生产效率和降低经济压力的方法之一就是在纸加工过程使用更薄涂层和更高的生产速度。因而，薄膜层之间的胶黏性将会成为决定未来生产过程的关键因素。研究层合材料之间的黏合作用是**困难的，要想准确地指出实际生产过程中存在的问题也是不现实的。通常要使用一些辅助设备，例如电晕和火焰处理在层与层之间提供足够的结合力来提高黏合作用。然而，新的聚合物和涂层间往往需要更高的结合力，因此，开发了新的更加有效的方法，例如常压等离子体处理技术。寻找一种在线测定层间黏结性的技术也是人们一直很感兴趣的研究方向。同时如何有效地利用结合表面的界面分析来表征黏合力的好坏也成为了另一个研究热点。
    包装机对待包装产品有一定的要求，例如：固定的形式和尺寸、密闭性、原纸性质（厚度、挺度等）和产品范围。通常，平面层合板和涂布纸远比由它们制造的包装产品具有更好的阻隔性能。除了一些纸袋和砖型包装外，想获得密封性特别好的纸和纸板包装材料基本是不可能的。同时纸基包装材料在折痕处和原纸边缘存在很大的结构缺陷，因为一些分子能很容易从这些地方渗入包装内部。当前，追求高的生产效率已经使得包装速度越来越快，这意味着原纸必须要有很高的密封性能，例如：较高的热黏合性。具有阻热、双重阻热及蒸煮包装性能的阻热纸基包装*近已经实现了市场化，一些聚合物和纸基材料已经被开发来满足这些需求。
    本书介绍了传统的和新型的纸加工技术和材料，同时也对加工纸的一些典型的应用及其特性进行了分析。
    理想的包装材料应有下列特性：
    （1）挺硬，轻量，易加工，尺寸和形状可调性好，易于储存；
    （2）可再生原料，可循环利用和可生物降解；
    （3）经济性较好（无论是原料还是加工过程）；
    （4）耐温性好，适应于蒸馏、冷冻食品和双重烘焙等用途；
    （5）高的阻隔结构：包括水、气、味、油脂和光，以及密闭性；
    （6）方便，易于打开，易剥离、可再密封，易于手提和使用；
    （7）安全，无毒，清洁，可以与食品接触、不易被破坏；
    （8）良好的印刷适性：能使用各种印刷方法取得高质量印刷效果；
    （9）智能性：包括提示性，可追踪性，印刷电子产品；
    （10）功能性：如抗菌性，氧阻隔性等。