蜂窝纸板专用高强防水防潮原纸关键技术研发及其产业化开题报告

1. 研究目的与意义

一、蜂窝纸板的概念

蜂窝纸板，又称蜂窝夹芯纸板、蜂窝复合纸，是利用材料力学和工程力学的原理，采用再生纸黏合成许多均匀分布排列的正六边形自然蜂窝状，然后在上下两面黏合不同材料的再生纸，经烘干、固化而成的一种新型环保材料。

二、蜂窝纸板的应用

2. 国内外研究现状分析

一、蜂窝纸板的发展状况

蜂窝纸板制造技术在世界范围内发明和应用尽管只有几十年的历史，但蜂窝纸板在发达国家中广为使用的历史已达数十年，其制造技术日臻成熟，应用领域不断扩大，我国蜂窝纸板制造技术的研究与开发开始于20世纪80年代后期，要比国外落后了40多年的时间。据资料介绍，国内早期的蜂窝纸板制造工艺及设备的研究者们在吸收国外蜂窝纸板制造技术的基础上，研究设计出了国内较早的蜂窝纸芯及复合生产设备，并与1994年申请了国家专利，为在我国发展蜂窝纸板技术奠定了基础。

蜂窝纸板作为一种新型的包装材料，已经引起了国内外包装界的极大重视。特别是近十年来，我国蜂窝纸板的制造和应用亦有了较快的发展。据有关资料介绍，截止到1997年，除了一些引进国外设备的企业外，国内研制生产蜂窝纸板的企业达到27家。在蜂窝技术的研究方面，有关发明专利和实用新型专利达到30余项。

在蜂窝纸板的制造技术方面，目前存在两种情况。

一方面，尽管蜂窝纸板制造技术在我国的发展才有三十几年的历史，但是通过国内蜂窝产品工作者的潜心研究、开发和不断改进、完善、提高，目前我国蜂窝纸板技

术已有了突破性进展。在设备及产品开发和研制方面，除了一些引进英国、德国、荷兰、韩国等国外设备的企业外，据不完全统计，国内曾参与研制蜂窝纸板的企业约有50多家，初步形成了具有一定生产能力（包括制造原辅材料、生产设备及蜂窝纸板、托盘、包装箱、建材、家具、衬垫隔板等等产品）、相互配套的新兴产业，至今已成功地研制出了生产制造商们所谓的第五代、第六代的蜂窝纸板专用生产设备。这标志着我国蜂窝技术及其装备无论在设备加工精度、蜂窝纸成型强度、幅度的适应范围。还是在减少能源消耗，降低生产成本等方面都有了较大的改进和提高。在技术水平上，国产设备和国外设备相比，虽然整体上尚存在一定差距，但在制造过程的关键技术研究方面已经取得较大突破，与国外的制造技术相差不远，而且在设备的价格方面国产设备一般定为较低，据称还不到国外设备的1/6。

我国于上个世纪80年代后期才开始蜂窝纸板成箱设备的研制。研发工作是在消化吸收从韩国、英国、荷兰进口的蜂窝纸板生产线的基础上进行的，并取得了一系列可喜的成果。例如：

浙江黄岩市华谊蜂窝技术有限公司研制的FBJZl2／1600型蜂窝纸板生产线，总体设计构思新奇、工艺性好、标准化程度高。在横向上胶、蜂窝端面上胶、运行速度同步安全等方面的技术具有创新性。北京环森蜂窝纸板制品成套有限公司研制的FBJD-12／1300型蜂窝纸板群自动化连续生产线，采用4~6卷纸同时纵涂胶线并错位复合成纸芯层，由步进送料、电脑控制横切成不同宽度的芯条并联结成连续纸芯、最后梯度式速度拉开辊展开蜂窝纸芯等3项技术具有国际先进水平，并成功的实现了蜂窝纸板由进纸到出成品的全过程自动化连续生产。

另一方面，虽然我国蜂窝纸板生产在经过了长期反复的研究试制的基础上，近年来取得了较大的成功，但是，从蜂窝纸板生产线的完整性、稳定性、加工精度和外观方面与国外先进设备相比较还存在一定的差距。目前我国生产的蜂窝纸板生产线基本上达到了国外上世纪90年代的先进水平。国内外蜂窝纸芯，纸板生产设备的主要技术指标参数基本类似，蜂窝纸芯的高度，蜂窝纸板的厚度用户要求不同有所差别，在纸芯速度上都能达到20~50m／min。但制版的速度国外最高可达到30m／min，而国内因制芯和制版的设备是连成一条生产线的，制版的速度仅为5~8m／min。此外，国内蜂窝纸板生产线与先进设备比较还有一定的差距，主要表现在：第一，生产设备品种少；第二，自动化程度低，难以达到蜂窝制品的标准化和系列化；第三，设备的加工精度不高；第四，用于蜂窝纸板制品成型加工的配套设备基本处于空缺。加速开发配套设备已是当务之急。

一、蜂窝纸板专用瓦楞原纸的生产现状

1、蜂窝纸板原纸的主要物理性能指标

蜂窝纸板需要的原材料可以说主要有两大类，即原纸和胶黏剂。原纸可以分为用于制造蜂窝芯纸的原纸和用于蜂窝纸板面纸的原纸，蜂窝纸板的技术标准中对其原纸的生产中的主要技术指标提出了具体要求。

表1中给出了制造蜂窝纸板的蜂窝纸芯、面纸原纸的主要技术指标。

表1蜂窝芯纸、面纸原纸的主要技术指标

2、蜂窝纸板芯纸原纸的制造技术

在我国，一段时间里曾经由于没有制定出适用于蜂窝纸板原纸生产的相关技术标准，蜂窝纸板原纸的生产存在很大的盲目性。一些蜂窝纸板制造厂所使用的蜂窝芯是采用国产的箱板纸与瓦楞原纸以替代蜂窝纸板的原纸。从国家相关机构对国内生产的蜂窝纸板产品的测试结果来看，普遍反映出的问题就是国产的原纸的强度不够，难以满足不同用途对蜂窝纸板的特殊要求。尽管有些蜂窝原纸生产厂参考瓦楞原纸的技术标准来制造蜂窝原纸，但在瓦楞原纸的技术标准中还未规定蜂窝原纸的很多特有指标，如撕裂度、伸缩率、施胶度、耐破度、平滑度等。

表2瓦楞原纸的主要技术指标

对比蜂窝纸板专用芯层原纸与瓦楞原纸的技术指标不难发现，蜂窝纸板芯层专用原纸对其强度和耐湿性有较高的要求。

2、增强瓦楞原纸的环压强度的途径

①合理的原料配比

目前国内的瓦楞原纸生产多采用100%废纸作为原料。由于废纸是二次纤维,国产废纸更是多次重复使用。纤维角质化,本身性能已部分丧失,直接导致瓦楞原纸物理强度偏低。这是影响瓦楞原纸环压的主要原因。为了克服这方面的影响,可在废纸中配加部分蔗渣浆、苇渣浆、麦草浆等含木质素和半纤维素多且硬度高的浆料或者原生浆厂废水中的回收浆料;也可以配加进口废纸;或对废纸进行分选后搭配使用;生产投料时均匀搭配各原料。利用以上纤维的优良性能弥补废纸纤维在挺度和纤维间结合力方面的欠缺,一般能提高10%的环压强度。

②加强浆料的净化和筛选

废纸浆中的杂质主要有三类:

(1)在纸加工和印刷时使用的高分子化合物,如石蜡、沥青以及各种胶黏物;

(2)在废纸收集过程中混入的杂质,如塑料、纺织物、泥土和砂粒等;

(3)没有完全碎解的纸块和浆团,主要来源于含有湿强剂的纸品,这种情况在瓦楞原纸的原料中较少出现。

为了减少杂质对纤维的结合强度的影响,必须加强废纸浆料的净化和筛选。现在,有很多的生产线应用的鼓式水力碎浆机在柔性的碎解中最大限去除杂质(对杂质不产生破坏作用);采用高浓碎浆工艺可减少对杂质破坏,从而在早期将其大量除去;应用热分散或逆向除渣器消除胶黏物的影响;使用高浓除渣器、波纹式压力筛、轻重杂质除渣器等优良的净化筛选设备,组织合理的净化筛选工艺,实现最佳的工序组合,使设备的配置与除去杂质的顺序一致,做到从大到小、从粗到细、从重到轻、从易到难,从多到少的有序组合。能有效提高浆料的洁净程度和浆料质量。

③打浆控制

优良的成纸需要优质纸浆保证。国内废纸多为草类纤维,多次的重复使用使其柔韧性降低,脆性增加。为防止本来就易于离解的纤维过度受损而影响到成纸的物理强度,宜采用中、高浓度打浆工艺。要较高浓度下,纤维间产生相互摩擦、揉搓作用,没有强烈的切断,纤维在缓和的打浆中产生润胀、分丝帚化效果,纤维不易被破坏,保证了成纸物理强度的要求。

④瓦楞原纸的厚度

纸板挺度D=Eh3/12,式中E弹性模量,h为厚度。可见厚度对纸板挺度的重要。

目前国内瓦楞纸机大多为双网(或叁网)双缸(或叁缸)纸机,配有托辊加压,成纸紧度均在0.65g/cm以上,远高于成纸标准,所以在不影响裂断长和紧度的情况下,适当降低打浆度可使原纸在相同的定量下增加其厚度,提高环压强度,同

时也节约动力的消耗。

⑤化学增强

在浆料中添加增强剂、助留剂可起到提高环压强度和补强的目地。最常用的增强剂是改性淀粉、羟甲基纤维素等。淀粉的用量一般在0.8%左右,可采取浆内添加;也可在纸机湿部喷雾添加的在湿纸层间。助留剂大多是高分子类有机聚合物,或在短小纤维、填料和开成纸页骨干的网络纤维间产生聚作用及架桥,或增加纤维滤水性能,使短小纤维、填料尽可能多地充满纸页纤维间,以产生较高的物理强度。

⑥造纸工艺的改进

(1)增加纤维在纸页横向的排列,并提高纸页匀度;

瓦楞原纸生产多采用圆网纸机,其上浆形式纤维在纸页横向排列较少,造成横向强度薄弱。因此,网槽箱设计应合理,做到上浆均匀并且尽可能消除网速的影响。

(2)调整压榨辊和托辊的压力,不宜采用过高的辊压,增加纸页厚度有利于提高成纸的环压强度。

(3)增大干毯张力,以减少纸页在干燥时的横向收缩。

(4)进行浆内施胶或表面施胶,以防止原纸在空气中发生的回潮现象。

(5)瓦楞原纸没有平滑度的要求,所以应尽量不经过压光机作用,以减少因厚度而影响到环压强度。

(6)提高自动化控制水平:

配备先进实用的PLC控制系统,可使生产过程这到可靠、稳定、自动、高效的要求。对于抄纸上浆浓度控制、纸机运行尤其实用。平稳的浆浓、稳定的运行是良好成纸匀度的前提。

⑦白水回用的影响

目前瓦楞原纸生产需要消耗大量的水,一般在60-100t水/t纸。随着环境保日益被重视,以及废水回用技术的成熟,生产瓦楞原纸的废水大都经过处理后回用于生产。一般说来,回用率越高,难度越大,对生产和成纸的质量影响也越大。对于物化方法较难去的物质,会随回用水的循环而积累。如:微生物、阴离子(木素磺酸盐、葡萄糖醛酸、SO42-)、盐的阳离子(Ca2 )、胶黏物等。

水循环后积累的微生物可以定期在系统中加入杀菌剂清除;

阳离子类Ca2 等、胶黏物和SO42-可用厌氧方法处理,使其转化为CO2、CH4、CaCO3、H2S等而除去。

控制回用水的水质,也可以在相当程度上消除对成纸环压强度的影响。

总体说来,影响原纸的环压强度的参数相当多。上述的方法在生产中对环压强度能起到较大的改善,尤其以原料的配比、浆料处理和化学增强的办法效果最为显著。

2、蜂窝纸板专用芯层原纸的防水防潮

具有防水功能的瓦楞纸板或纸箱，称为防水瓦楞纸板或纸箱。由于防水加工方法不同，其防水程度也不同，在日本JISZ1537标准中，防水瓦楞纸板分为三类：疏水瓦楞纸板、遮水瓦楞纸板和耐水瓦楞纸板。

①疏水瓦楞纸板

所谓疏水瓦楞纸板，是为暂时防止水的进入而在瓦楞纸板的表面，涂布加工疏水性物质如蜡或硅等而制得的瓦楞纸板。

一般疏水加工是非常轻度的防水加工，所以遇到一次大量的水，或长时间和水接触时，疏水加工面的防水效果会完全丧失。

②遮水瓦楞纸板

所谓遮水瓦楞纸板，是纸箱表面直接接触液体或气体水分时其界面几乎不被水浸透的瓦楞纸板。其加工方法是把以石蜡为主体的树脂混合液或沥青乳液等，通过帘式涂布的工艺在瓦楞纸板表面形成覆膜以起隔水作用。或采用淋膜聚乙烯或聚丙烯的面纸来制造瓦楞纸板。

③耐水瓦楞纸板

耐水瓦楞纸板和疏水、遮水瓦楞纸板不同，它是把整张瓦楞纸板用石蜡和树脂进行浸渍加工获得高防水强速的纸板，即使将其放入水中浸泡也不怎么吸水。

一般的耐水加工方法是：在熔融的石蜡（有时混入不同程度的树脂）中，浸泡瓦楞纸板后，多余的石蜡经加热除去，另外，也有在瓦楞纸板贴合过程中采用喷涂或辊涂的方式，有时也并用帘式涂布的方法。

这些方法应该也适用于提高蜂窝纸板专用原纸的防水防潮性能。

整合以上文献资料，为了提高蜂窝纸板专用原纸的强度和防水防潮性能，应从原料选择、工艺路线、生产设备等方面详细了解，并针对实际生产列出可行性的改良方案。

3. 研究的基本内容与计划

4. 研究创新点

1、本论文解决的是工艺、装备比较先进的典型造纸企业生产线上存在的问题，理论联系实际，对生产实践有具体的指导意义。

2、本研究的重点在于蜂窝纸板专用高强防水防潮原纸的特征、现在工艺与设备的运行参数，通过理论、实践加上模拟实验提出解决蜂窝纸板专用高强防水防潮原纸关键技术，并使之产业化。

3、是国内首次详细研究提高蜂窝纸板专用原纸强度和防水防潮性能的论文。