CN112048935A - 生物超声激光打孔纸袋纸及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物超声激光打孔纸袋纸及其制备工艺，其中，制备原料包括针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维，且四者的重量比为(5～7):(1～3):(1～2):(0.5～1.5)。本发明的制备工艺包括以下步骤：将上述三种浆料分别置于生物酶溶液预处理；然后将针叶长纤维浆料和阔叶短纤维浆料混合后添加有机纤维进行打浆得混合浆，再与APMP浆料混合得原料浆；将原料浆进行超声波处理、网部、压榨、干燥、伸性处理、激光打孔、卷取。本发明结合原料配比、生物酶和超声波处理提高纸袋纸的抗张强度和透气度，配合激光打孔进一步提高纸袋纸的透气性能，大幅提高纸袋纸的透气度同时保持纸袋纸较高的抗张强度。
Description
技术领域
本发明涉及造纸工艺领域，具体涉及一种生物超声激光打孔纸袋纸及其制备工艺。
背景技术
纸袋纸是一种高强度的包装纸，它主要供制造重型包装纸袋，如水泥袋、化肥袋、农药袋等。在袋装水泥包装过程中需用到纸袋纸，由于高强高透气伸性纸袋纸的耐破、撕裂、抗张强度、透气度优于普通伸性纸袋纸，用该纸制作的两层水泥袋比普通伸性纸三层制作的水泥袋破包率还低，使用更少总量的纸张就能达到包装目的，有利于节约资源消耗。由于纸袋纸的使用特点，要求其不但要有足够的抗张性能，还要有很好的抗张能量吸收。随着工业发展，为提高生产效率，现代水泥厂多采用快速灌装设备，这要求水泥袋必须要求足够强的抗张、能量吸收性能以及更高的透气性能。快速灌装过程中大量空气进入水泥袋中，若不能快速排出空气，水泥袋将被冲击破包。目前市场上水泥袋制作厂家对纸袋纸进行打孔处理，增强水泥袋排气性能，但是也降低了纸袋纸的抗张、能量吸收等性能。
因此，亟需提供一种新的纸袋纸制备工艺，使得采用该工艺制备得到的纸袋纸同时具备高透气度和高强度，从而提高由该纸袋纸制备得到的纸袋的透气性能和抗冲击性能，降低纸袋的破包率。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种同时具备高透气度和高强度的纸袋纸，提高由该纸袋纸制备得到的纸袋的透气性能和抗冲击性能，在快速灌装过程中能快速排出空气，降低纸袋的破包率。
本发明的目的之二在于，提供一种生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，使得采用该工艺制备得到的纸袋同时具备高透气度和高强度，提高纸袋的透气性能和抗冲击性能，降低纸袋的破包率。
为实现上述目的，本发明提供了一种生物超声激光打孔纸袋纸，制备原料包括针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维，且四者的重量比为(5～7):(1～3):(1～2):(0.5～1.5)。
与现有技术相比，由于本发明的纸袋纸原料浆由针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维混合而成，针叶长纤维浆料使得抄造的纸袋纸具有较高拉力，较好的硬度和挺度；而阔叶短纤维浆料抄造的纸袋纸提高纸袋纸匀度和平整度，改善纸袋纸外观；APMP浆制备过程中木材纤维经过NaOH/H2O2化学药剂的浸渍后，磨浆时纤维柔软更易分离，经磨浆后的纤维结构更加疏松，加入一定比例的APMP浆，降低打浆时纤维的细纤维化程度，提高纸浆的透气度，避免细小纤维填充于长纤维交织成的网络骨架中减少孔隙率，从而导致透气度降低；有机纤维结构具有高强度机械性能，提高了纸袋纸的耐磨性能和抗撕裂性能，本发明的纸袋纸同时具备高透气度和高强度，提高了纸袋的透气性能和抗冲击性能，在快速灌装过程中能快速排出空气，降低纸袋的破包率。
较佳地，本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的定量为60～120g/m2。
为实现上述目的，本发明提供了一种生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，包括以下步骤：
(1)纸浆原料：选用针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维；
(2)生物酶预处理：将针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和APMP浆料分别置于生物酶溶液进行预处理；
(3)混合打浆：将经生物酶预处理后的针叶长纤维浆料和阔叶短纤维浆料混合后添加有机纤维进行打浆获得混合浆，APMP浆料单独打浆，然后将单独打浆后的APMP浆料与针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和有机纤维的混合浆进行混合，获得原料浆；
(4)超声波处理：将步骤(3)中制得的原料浆进行超声波处理；
(5)网部、压榨、干燥、伸性处理；
(6)激光打孔；
(7)卷取。
与现有技术相比，由于本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺结合原料配比、生物酶处理技术和超声波处理技术综合提高纸袋纸的抗张强度和透气度。通过生物酶处理纸浆纤维中的部分水溶性胶体物质，从而使纤维分布和成形后的通道更大，提高纸袋纸的透气度，经生物酶软化处理后的纸浆纤维，其柔软的纤维结构提高了纸袋纸的韧性，从而提高了纸袋纸的抗张强度。通过超声波处理，纸浆纤维的保水值增大，纤维润胀程度加大，润胀后纤维进一步软化，柔软可塑的纤维结构具有较好的抗张能量吸收，从而使得纸袋纸的抗张强度得到大幅提高。配合激光打孔，设置合适的打孔参数，进一步提高纸袋纸的透气性能，在大幅提高纸袋纸的透气度同时可保持纸袋纸较高的抗张强度。采用本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺制备得到的纸袋纸同时具备高透气度和高强度，提高了纸袋的透气性能和抗冲击性能，从而大幅降低了快速灌装包装时纸袋的破包率。
较佳地，本发明的针叶长纤维浆料通常由尾松、落叶松、红松、云杉等木材制成的纸浆，采用硫酸盐法制备。阔叶短纤维浆料通常由桦木、杨木、椴木、桉木、枫木等木材制成的纸浆，采用硫酸盐法制备。APMP浆料通常由针叶木类木材和/或阔叶木类木材制成的纸浆，采用碱性过氧化氢机械制浆法制备。
较佳地，本发明的有机纤维选自聚酯纤维(PET)、聚乙烯醇纤维(PVA)、聚酰胺纤维(PA)、聚丙烯腈纤维(PAN)和聚丙烯纤维(PP)中的任意一种或多种。
较佳地，本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，生物酶溶液的生物酶选自纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶、漆酶、蛋白酶和木聚糖酶中的一种或多种。
较佳地，本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，以重量百分数计，步骤(2)中生物酶溶液包括纤维素酶8～10％、半纤维素酶3～6％、漆酶2～4％、木聚糖酶2～5％、蛋白酶1～3％和水72～84％。
较佳地，本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，每吨绝干总浆料中生物酶溶液的用量为0.1～0.2kg。
较佳地，本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，步骤(2)中生物酶预处理时，针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和APMP浆料的浓度各自独立为3～6％，处理pH各自独立为6～8，处理温度各自独立为35～65℃，针叶长纤维浆料和阔叶短纤维浆料的处理时间各自独立为45～60min，APMP浆料的处理时间为1～2h。
较佳地，本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，步骤(3)中针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和有机纤维的混合浆的打浆度为20～25°SR，APMP浆料的打浆度为30～40°SR。
较佳地，本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，步骤(4)中超声波处理的条件为处理时间30～60min，超声功率100～600kw，超声频率15～28kHz。
较佳地，本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，步骤(6)中的激光打孔的孔径为0.01～0.05mm，孔间距为0.5～3mm，纵向排间距为5～10mm，10cm2内的孔数为33～400个。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容，以下结合实施方式作进一步说明。本发明中所使用的生物酶及其他原料均可从常规渠道购买获得。
实施例一
一种生物超声激光打孔纸袋纸，其定量为70g/m2，制备原料包括针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维，且四者的重量比为6:2:1:1。
上述生物超声激光打孔纸袋纸的制备，包括以下步骤：
(1)纸浆原料：选用针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维；
其中，针叶长纤维浆料由尾松、落叶松、红松、云杉等木材制成的纸浆，采用硫酸盐法制备，阔叶短纤维浆料由桦木、杨木、椴木、桉木、枫木等木材制成的纸浆，采用硫酸盐法制备，APMP浆料由针叶木类木材和阔叶木类木材制成的纸浆，采用碱性过氧化氢机械制浆法制备，有机纤维选自聚酯纤维(PET)和聚乙烯醇纤维(PVA)的混合物；
(2)生物酶预处理：将针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和APMP浆料分别置于生物酶溶液进行预处理；
以质量百分数计，针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和APMP浆料所用的生物酶溶液包括纤维素酶8％、半纤维素酶4％、漆酶2％、木聚糖酶2％、蛋白酶1％和水83％；
每吨绝干总浆料中生物酶溶液的用量为0.15kg；
针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和APMP浆料的浓度为4％，pH为7，温度为55℃，针叶长纤维浆料和阔叶短纤维浆料的处理时间为55min，APMP浆料的处理时间为1.5h；
(3)混合打浆：启动配料设备，按照针叶长纤维浆料:阔叶短纤维浆料:有机纤维＝6:2:1的重量比值，先将经生物酶预处理后的针叶长纤维浆料和阔叶短纤维浆料混合后，再添加有机纤维进行打浆获得混合浆，APMP浆料单独打浆，然后按照APMP浆料在原料浆中的质量分数为10％抽入至混合池与针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和有机纤维的混合浆进行混合，获得原料浆；
针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和有机纤维的混合浆的打浆度为20°SR，APMP浆料的打浆度为35°SR；
(4)超声波处理：将步骤(3)中制得的原料浆进行超声波处理，超声波处理的条件为处理时间45min，超声功率200kw，超声频率20kHz；
(5)网部，采用上网成型器，调节原料浆的上网浓度0.3％和浆网速比为0.98，经过两层网成形及复合；压榨采用盲孔辊压榨、靴型压榨和光泽压榨获得纸页；干燥、伸性处理，经压榨处理后的纸页通过由常温逐渐升温到100℃的多个烘缸干燥和伸性处理，伸性装置安装在纸机干燥中部，伸性烘缸的表面温度为110～115℃，纸页在伸性烘缸的收缩比为5.2～5.8％，最后经过冷缸进行冷却；
(6)对纸页进行激光打孔，激光打孔的孔径为0.03mm，孔间距为1mm，纵向排间距为7mm，10cm2内的孔数为250个；
(7)卷取获得纸袋纸。
实施例二～五和对比例一～四的纸袋纸的制备按照表一和表二中的参数进行操作，其余实施条件和实施例一相同。
表一：制备工艺参数
表二：激光打孔参数
| 孔径/mm | 孔间距/mm | 纵向排间距/mm | 10cm<sup>2</sup>内的孔数 | |
| 实施例一 | 0.03 | 1 | 7 | 200 |
| 实施例二 | 0.05 | 0.5 | 5 | 400 |
| 实施例三 | 0.01 | 3 | 10 | 40 |
| 实施例四 | 0.02 | 1.5 | 6 | 160 |
| 实施例五 | 0.04 | 2.5 | 8 | 80 |
| 对比例一 | 0.03 | 1 | 7 | 200 |
| 对比例二 | 0.03 | 1 | 7 | 200 |
| 对比例三 | 0.03 | 1 | 7 | 200 |
| 对比例四 | / | / | / | / |
将实施例一～五和对比例一～四制备得到的纸袋纸进行透气度性能和抗张性能测试，纸袋纸的裂断长和抗张能量吸收指数按照GB/T 12914-2018《纸和纸板抗张强度的测定恒速拉伸法(20mm/min)》标准进行测定，纸袋纸的透气度按照GB/T 458-2008《纸和纸板透气度的测定》标准进行测定，纸袋纸的耐破度按照GB/T 1539-2007《纸板耐破度的测定》标准进行测定，纸袋纸的撕裂度GB/T455-2002《纸和纸板撕裂度的测定》标准进行测定，测试结果如表三所示。
表三：纸袋纸透气度性能和抗张性能测试结果
结合表一、表二和表三的数据，实施例一～五制备得到的纸袋纸的透气性能和抗张性能测试的各项指标均优于对比例一～四。其中，实施例一～五和对比例一相比较，对比例一中对纸袋纸只进行激光打孔处理，虽然纸袋纸的透气度得到改善，但同时纸袋纸的抗张性能也出现大幅下降，而实施例一～五的纸浆经过生物酶预处理和超声波处理后，再对纸袋纸进行激光打孔，其透气度不仅得到提升，同时保持了较好的抗张性能，说明通过生物酶软化处理后，柔软的纤维结构提高了纸袋纸的韧性，从而提高了纸袋纸的抗张强度，通过超声波处理后纸浆纤维的保水值增大，纤维润胀程度加大，具有较好的抗张能量吸收，从而使得纸袋纸具有较好的抗张强度，采用本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺可生产出同时具备高透气度和高抗张强度的纸袋纸。
实施例一～五和对比例二相比较，对比例二的浆料没有进行生物酶预处理，实施例一～五的纸袋纸透气度和抗张性能测试的各项指标均优于对比例二，说明通过生物酶预处理后的浆料，其纤维分布和成形后的通道较大，使得抄造的纸袋纸具有较高的透气度，经生物酶软化后的纸浆纤维结构提高了纸袋纸的韧性，使得纸袋纸具有较好的抗张强度。
实施例一～五和对比例三相比较，对比例三的浆料没有进行超声波处理，实施例一～五制得的纸袋纸的耐破指数、撕裂指数、抗张能量吸收指数均显著优于对比例三，说明通过超声波处理后的浆料，提升了纸浆纤维的保水值，加大纤维润胀程度，提高纸袋纸的抗张能量吸收指数，使得抄造的纸袋纸具有较高的抗张强度。
实施例一～五和对比例四相比较，对比例四没有进行激光打孔，虽然其抗张强度较好，抗张性能测试的各项指标略优于实施例一～五，但是对比例四的透气度不如实施例一～五，说明通过设置合适的打孔参数对经生物酶预处理和超声波处理后的纸袋纸进行激光打孔，可在保持纸袋纸较高抗张强度的同时大幅提高纸袋纸的透气度。
综上所述，本发明的纸袋纸原料浆由针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维混合而成，针叶长纤维浆料使得抄造的纸袋纸具有较高拉力，较好的硬度和挺度；而阔叶短纤维浆料抄造的纸袋纸提高纸袋纸匀度和平整度，改善纸袋纸外观；APMP浆制备过程中木材纤维经过NaOH/H2O2化学药剂的浸渍后，磨浆时纤维柔软更易分离，经磨浆后的纤维结构更加疏松，加入一定比例的APMP浆，降低打浆时纤维的细纤维化程度，提高纸浆的透气度，避免细小纤维填充于长纤维交织成的网络骨架中减少孔隙率从而降低了透气度；有机纤维结构具有高强度机械性能，提高了纸袋纸的耐磨性能和抗撕裂性能，本发明的纸袋纸同时具备高透气度和高强度，提高了纸袋的透气性能和抗冲击性能，在快速灌装过程中能快速排出空气，降低纸袋的破包率。本发明的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺结合原料配比、生物酶处理技术和超声波处理技术综合提高纸袋纸的抗张强度和透气度。通过生物酶处理纸浆纤维中部分的水溶性胶体物质，从而使纤维分布和成形后的通道更大，提高纸袋纸的透气度，经生物酶软化处理后的纸浆纤维，其柔软的纤维结构提高了纸袋纸的韧性，从而提高了纸袋纸的抗张强度。通过超声波处理，纸浆纤维的保水值增大，纤维润胀程度加大，润胀后纤维进一步软化，柔软可塑的纤维结构具有较好的抗张能量吸收，从而使得纸袋纸的抗张强度得到大幅提高。配合激光打孔，设置合适的打孔参数，进一步提高纸袋纸的透气性能，在大幅提高纸袋纸的透气度同时可保持纸袋纸较高的抗张强度。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种生物超声激光打孔纸袋纸，其特征在于，制备原料包括针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维，且四者的重量比为(5～7):(1～3):(1～2):(0.5～1.5)。
2.如权利要求1所述的生物超声激光打孔纸袋纸，其特征在于，定量为60～120g/m2。
3.一种生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)纸浆原料：选用针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料、APMP浆料和有机纤维；
(2)生物酶预处理：将针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和APMP浆料分别置于生物酶溶液进行预处理；
(3)混合打浆：将经生物酶预处理后的针叶长纤维浆料和阔叶短纤维浆料混合后添加有机纤维进行打浆获得混合浆，APMP浆料单独打浆，然后将单独打浆后的APMP浆料与针叶长纤维浆料、阔叶短纤维浆料和有机纤维的混合浆进行混合，获得原料浆；
(4)超声波处理：将步骤(3)中制得的所述原料浆进行超声波处理；
(5)网部、压榨、干燥、伸性处理；
(6)激光打孔；
(7)卷取。
4.如权利要求3所述的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，其特征在于，所述生物酶溶液的生物酶选自纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶、漆酶、蛋白酶和木聚糖酶中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，其特征在于，以重量百分数计，步骤(2)中所述生物酶溶液包括纤维素酶8～10％、半纤维素酶3～6％、漆酶2～4％、木聚糖酶2～5％、蛋白酶1～3％和水72～84％。
6.如权利要求3所述的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，其特征在于，每吨绝干总浆料中所述生物酶溶液的用量为0.1～0.2kg。
7.如权利要求3所述的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中生物酶预处理时，所述针叶长纤维浆料、所述阔叶短纤维浆料和所述APMP浆料的浓度各自独立为3～6％，处理pH各自独立为6～8，处理温度各自独立为35～65℃，所述针叶长纤维浆料和所述阔叶短纤维浆料的处理时间各自独立为45～60min，所述APMP浆料的处理时间为1～2h。
8.如权利要求3所述的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中所述针叶长纤维浆料、所述阔叶短纤维浆料和有机纤维的混合浆的打浆度为20～25°SR，所述APMP浆料的打浆度为30～40°SR。
9.如权利要求3所述的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中超声波处理的条件为处理时间30～60min，超声功率100～600kw，超声频率15～28kHz。
10.如权利要求3所述的生物超声激光打孔纸袋纸的制备工艺，其特征在于，步骤(6)中的所述激光打孔的孔径为0.01～0.05mm，孔间距为0.5～3mm，纵向排间距为5～10mm，10cm2内的孔数为33～400个。
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Denomination of invention: Biological ultrasonic laser punching paper bag and its preparation process Effective date of registration: 20230922 Granted publication date: 20221206 Pledgee: Agricultural Development Bank of China Sihui City Branch Pledgor: Shanying paper (Guangdong) Co.,Ltd. Registration number: Y2023980058100 |
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Denomination of invention: Biological ultrasonic laser punching paper bag paper and its preparation process Granted publication date: 20221206 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Zhaoqing High-tech Zone Sub-branch Pledgor: Shanying paper (Guangdong) Co.,Ltd. Registration number: Y2024980031833 |