包裝材料學課件

PackagingMaterials包裝概論第一章：引論第二章：紙包裝材料第三章：塑膠包裝材料第四章：包裝輔助材料第五章：玻璃包裝材料第六章：金屬包裝材料第七章：複合包裝材料第八章：環(huán)境包裝材料包裝材料學（總結）Chapter1

Introduction

第一章引論1-

1PackagingMaterial一、包裝材料的有關概念1、包裝材料是指用於製造包裝容器和構成產品包裝的總稱，是包裝材料學研究的對象。2、包裝材料學是研究包裝材料的結構、性能及應用的科學。性質：包裝材料學是包裝工程學科的基礎學科，是其專業(yè)的必修課，是其重要的方向之一，是在造紙、高分子材料、矽酸鹽材料、金屬材料、複合材料等材料學科和包裝工程基礎上發(fā)展形成的新興邊緣學科。

3、

包裝材料的分類

1）依包裝材料的作用分為主、輔包裝材料：

主要包裝材料：用於製造包裝容器的器壁或包裝物結構主題的材料

輔助包裝材料：裝潢材料，粘合劑，涂料，封緘材，捆扎材等輔助材料。

2）主要包裝材料：紙、塑膠、金屬、玻璃、陶瓷、複合材料、纖維材料、木材等。

3）輔助材料：油墨、塗料、粘合劑、緩衝材料、捆紮材料等。

4）按包裝功能分：

Ａ阻隔性；Ｂ耐熱性；Ｃ選擇性滲透

Ｄ保鮮性；Ｅ導電導磁性；Ｆ降解性

其它（防銹、可食、水溶）

4

發(fā)展概況（Developing）:

描述多、推理少；

定性多、定量少；

原因：包裝學發(fā)展晚，包裝材料作為其重要組成部分發(fā)展也晚，有待進一步深化與完善。

2）內容:研究包裝材料結構和性能之關係，選擇適當材料使之適合於特定產品包裝和消費者的需要，並便於在包裝機械上用各種現(xiàn)代技術加工,研製開發(fā)新型包裝材料等。

二、包裝材料發(fā)展背景

Ａ、古代：制陶、布、紙、銅器、青銅器、鐵器、木材、竹器及其它植物、動物骨骼及皮囊Ｂ、工業(yè)革命前後：鍍錫板（馬口鐵）１６２０年；金屬軟管１８４１年；玻璃容器；造紙機１７９９－１８０８；瓦楞紙盒（箱）１８９４（美）；Ｃ、近、現(xiàn)代：機械化、自動化、新材料新技術、金屬桶；鐵：三片/兩片鋁；二片加工紙、複合紙、功能紙；高分子材料：塑膠——主要包裝材料；塗料、油墨、粘合劑——輔助材料功能材料——功能化環(huán)境材料——綠色化三、包裝材料的性能及選擇不透明性、透明性、水蒸氣阻隔性、氧氣阻隔性、耐熱性、耐低溫性、耐油脂性、熱封合性、印刷適性；原則:1.規(guī)格2.適應性與相容性3.流通環(huán)境與保質期4.市場5.環(huán)保１-２包裝材料學的學習問題

一、本課程的地位：代表包裝工程的一個重要方向.四要素之一。二、目的：１）設計包裝、工藝、印刷，為實現(xiàn)三大功能選好材、用好材；２）為實現(xiàn)三大功能研發(fā)新的包裝材料。三、注意幾個問題

１、理論聯(lián)系實際，如留意身邊的包裝設計與材料選擇.

２、注意與其它課程的關系：

１）與包裝設計：選材，以利于功能實現(xiàn)和自動化生產;

２）與包裝印刷：印刷承印物、印刷油墨與輔料、印后加工料的選擇;

３）與運輸包裝：緩沖與防護;

４）與包裝工藝：防護材料、操作用材料;

５）與包裝機械：適應自動化;

６）包含的高分子知識（另開課）

四、學習方法

１、留意包裝材料資訊：媒體:ＴＶ、radioInternet、Newspaper、Magazine

2、配合實驗，訓練性能測試與材料鑒別.本章完……

第二章

紙包裝材料

Chapter2PaperPackagingMaterial

2-1IntroductiononPaper一、紙的定義１、廣義：能夠作為書寫、印刷、包裝等方面使用的薄片材料的總稱.２、狹義（ＧＢ４６８７－８４）是指從懸浮液中將植物纖維、礦物纖維、動物纖維或這些纖維的混合物沉積到適當?shù)某尚驮O備上，經過乾燥製造的平整、均勻的薄片（片狀物）.３、傳統(tǒng)紙：指植物纖維製成的薄片材料.４、紙的進化

第一代：傳統(tǒng)紙，植物纖維紙；

第二代：合成紙，由合成纖維製成的紙和以塑膠薄膜為紙?zhí)パu成的紙；

第三代：功能紙，具有特別功能的紙：耐火、夜光、醫(yī)用、電磁波屏蔽與導電等.

5、加工紙與原紙:

A、原紙：抄造後未經加工處理的紙。

B、加工紙：為提高紙的表面性質和裝飾效果或為了賦予紙面一些特殊性能，對原紙進行再加工後的成品稱為加工紙。（如：塗布、浸漬、複合紙）

二、紙的分類

１、印刷用紙和紙板1）

塗布印刷紙和紙板2）

非塗布印刷紙和紙板注：紙與紙板的區(qū)別紙紙板定量<200>200厚度<0.1>0.12、文化藝術、生活用紙和紙板

1）書寫用紙

2）複製用紙

3）衛(wèi)生用紙

4）生活用紙

5）裝飾用紙

3、包裝用紙和紙板

1）通用包裝紙2）特殊包裝紙

3）食品包裝紙4）包裝紙板

4、技術用紙和紙板

1）

測試及資訊記錄用紙和紙板

2）

過濾用紙和紙板

3）

電器絕緣用紙和紙板

4）

工農業(yè)生產配套用紙和紙板

5）

其他技術用紙

2-2紙的製造

一、造紙原料與組成（以傳統(tǒng)紙為例）1、原料1)木材:針葉木，如:松、柏、等闊葉木，如:楊、樺、楓等;2)草類:稻草、麥草、蘆葦、甘蔗、竹子、高粱、玉米等;3)麻類：亞麻、黃麻等；4)棉花類：棉纖維；5)廢紙（二次纖維）；6)輔料：膠料、色料、填料、化學助劑等；2、組成：纖維素、半纖維素（木素）及輔料

植物纖維不同所造紙的性質（強度、韌性)等也不同：纖維素纖維的長度越長，強度和韌性也越高。

麻(>23)棉(12-23)木(3-4)草(1-1.5mm)

紙的基本組成為纖維素。但造紙植物原料中除纖維素外，還有半纖維素和木素。木素對紙有害而無益，因此在造紙中應予以除去（組成見表1-1P17）.

典型植物組成(%)：

針葉木闊葉木草類

纖維素505055

半纖維素203030

木素302015

3、植物纖維原料的化學組成

1）纖維素（碳水化合物）：（C6H10O5）n

A、

化學結構性質：n隨纖維素的來源、製造方法、測定方法各異;n大(3000~36000),纖維強度大.

B、

物理結構與性質：晶區(qū)、非晶區(qū)、空隙

C、

氫鍵：分子間氫鍵特別大,則作用力大。

影響吸濕性、滲透性。

2）半纖維素

A、碳水化合物：非纖維素的多聚糖，是低分子的聚糖類（平均n約200）。它和纖維素一起正常產生於植物組織中。

B、分為：非均聚糖D-木糖D-甘露糖D-葡萄糖D-半乳糖L-阿拉伯糖等

3）

木素（木質素）

A、

概念：是由苯丙烷結構單元通過碳-碳鏈和醚鍵連接而成的具有三度空間結構的高聚物。木素的結構因植物的不同而有所差異，但性質相同。因此木素不是代表單一物質，而是代表植物中某些共同性質的一群物質。

木素與纖維互相粘合在一起，其使纖維互相粘合在一起，要分離纖維，就必須溶解木素，這就是化學制漿的實質。

木素是僅次于纖維素的一種最豐富而重要的大分子有機物，全世界約產600萬億噸/年。

B、

結構與性質

1、

結構:（參見上頁）

2、溶解性：不溶於任何溶劑，化學改性後可溶於水及醇、酮、稀堿等。

3、分子量：M11000～85000

也有2800～5500也有800～2500

4、木素的化學反應

主要用于化學制漿

木素易受H+、HSO3—、SO3－、OH－、HS－、Cl－的作用

5、工業(yè)木素的利用

（1）機械制漿殘留

（2）燃料

（3）高分子材料的原料？

（4）有機低分子量化學試劑的來源？一、紙的製造過程簡介：

（以木、草原料為例）

造紙過程分為兩大部分：制漿和抄造

１、制漿過程

制漿分為備料、制漿、洗滌、篩選與淨化、漂白四部分。

制漿的本質是將纖維原料離解成單根纖維。

（1）

備料：指儲存的原料經過按一定要求的處理以滿足蒸煮或磨漿需要的過程。

（以木材為例）鋸斷、去皮、除節(jié)、劈開、削片和篩選等工序。

A、

鋸斷：滿足磨木機要求的長度0.6—1.2m，滿足切片機要求的長度2—2.5m

B、

去皮：雜質含量高，纖維含量低

C、

除節(jié)：質地堅硬難於制漿

D、

劈開：過大原木不利於裝入磨木機

E、

削片：切削成15—20㎜;厚3—5㎜的片以利於制漿C、

半化學漿（SCP）

木片先浸漬在NaOH中，以軟化將纖維素結合在一起的木素和碳水化合物，然後機械制漿。該法成本低，常用於製造箱板紙、瓦楞紙。

問題:制漿的本質?說明三大制漿的工藝特點及應用.

（3）洗滌：經過制漿後，漿料中含有大量的廢液和化學品。洗滌是利用擴散、過濾、擠壓等作用得到較高濃度的紙漿和較高濃度的廢液。實現(xiàn)化學品回收。

（4）篩選與淨化

篩選是祛除較粗的纖維束、碎片、木節(jié)等不易形成均勻紙漿的成分(依被篩選的雜質的尺寸、大小、形狀與纖維等而定).

淨化是除去夾雜在漿液中的樹脂等非纖維雜質(常用沉降離心分離等方法)。Why?

（5）漂白：（不一定都需要此過程）

為得到淺色或白色漿，必須對紙漿進行漂白處理。漂白處理常用化學方法使紙漿中的有色物質變?yōu)闊o色物質或溶解於水中。2、抄紙(抄造)

分備料（打漿與調料）與抄紙（1）

紙料的預備（打漿與調料）A、

打漿a、概念：利用物理方法處理懸浮於水中的纖維，使其具有適應造紙機生產的紙能達到預期的品質，這一操作過程叫打漿。b、原因：把纖維束疏解成單根纖維，並把纖維切成適當長度，沿纖維方向摩擦分裂，兩端?；l(fā)毛，從而增加纖維間的接觸面積，提高纖維的交織能力。c、打漿度：表示打漿的程度（0—100）0SR>70粘狀漿0SR<30游離漿打漿度要適中：0SR高,有利於增加纖維間的結合力，提高紙的抗張強度\耐破度\耐折度\平滑度\挺度等;但降低纖維平均長度,降低紙的撕裂度和不透明性.反之,亦真。B、調料：添加施膠劑、填料、色料和其他助劑的工藝總稱。大多數(shù)紙都需要調料。其目的在於改善紙的某些性質添加劑的特點：（1）來源廣（2）使用簡便（3）對環(huán)境不產生污染（4）用量少（或可降低成本)（5）經濟效益好添加劑的類型：a、施膠劑：能夠減小紙的吸液作用的物質,即具有憎液(水\油\血)作用;其分為內\外施膠劑.常有:松香\石蠟\硬脂酸\合成樹脂等.b填料：無機物,如TiO2\BaSO4\CaCO3\Al(OH)3\滑石粉..

有機物,如澱粉等.c、增白劑或色料.d、紙漿的配漿：依據紙的性能要求和紙漿抄造對紙的適應性,選配木、草漿的品種與比例，混合後再進行抄紙。Eg:30克打字紙(木漿/草漿:35/65);28克糖果包裝紙(木漿/草漿:70/30);60克書寫紙(木漿/草漿:50/50)（2）

抄紙打漿配漿後的紙漿，調成合適的濃度(0.1--1.2%)後,保證纖維懸浮在水中，然後送到抄紙機上，使其在造紙網上(銅網、PET網)脫水，相互交織,再經過壓榨、乾燥、整理製成一定規(guī)格的紙。A、

網部：(分三種:長網部圓網部夾網部)作用：形成濕紙幅，起脫水、成型。即使纖維沉積在網上，並使纖維添加劑均勻分散，縱橫交錯,使全幅紙的定量、厚度、勻度等均勻一致。要求：在成型良好的前提下盡可能脫水(可達20%)。B、

壓榨部：進一步脫水40%左右C、

乾燥部：進一步脫水30%左右，使乾燥達92—95%.D壓光與壓紋.E、上光.F、卷取、裁切、整理G、

包裝2—3紙與紙板的性能一、概述１、紙張的結構特點：由上述造紙過程可知，紙是纖維懸浮在網上粘結而成的薄片，在紙中纖維之間交纏成網狀.

紙的基本組成為植物纖維，其次有填料、膠料和顏料等.（1）結構要素：植物纖維、膠料、填料、色料、空氣和水（2）多毛細孔性：決定吸收性、透氣性、吸濕性（3）要素間結合力,決定紙的強度等（4）各向異性和兩面性：決定紙的縱向、橫向和正反面；2、正反面（與毯面與網面接觸的面）的區(qū)別：（1）肉眼看：有網紋者反面,

放大鏡（2）

用水或稀堿法（3）

平滑度測定

兩面性--紙張正反面問題僅適用於長網和圓網,但不適用於夾網.why?原因:反面粗糙/疏鬆,加填/施膠較少;造成兩面性,如抗洇性/平滑度/白度等差異.應用a)單面印刷b)複合紙--反-反相粘c)郵票--印在反面,正面塗膠.3.縱橫向--各向異性：縱向：沿紙機網部運行方向（紋向）;橫向：垂直於紙機運行方向.兩向抗張、耐折、撕裂度均不同(一般縱向較高why?).如何區(qū)別縱橫向?1)手捏法;2)捲曲法;3)測拉伸強度法;4)手撕法;5)皺紋紙:橫向與皺紋平行.4、紙張性能測試的環(huán)境條件

ISO:T/0CRH/%

溫帶20±265±2

美國23±150±2

熱帶27±165±2

若無恒溫恒濕箱或無恒溫恒濕環(huán)境,可在20C/32Be硫酸乾燥器進行(RH/%:65)預處理.

5、紙的規(guī)格（1）平板紙長方形紙,面積1m2,長為寬的2?倍840

1190對開840

595（2）捲筒紙寬940--1940,750--1000.（3）計量單位與方法A、

重量：捲筒紙以T記，最大不超過1T（一般）B、

令、件：定量<250令=500張1件=10令每件250kg

箱板紙：每T為4件，每件為10令,每令張數(shù)以每T紙張數(shù)的?計.6、紙與紙板一般技術性能要求（1）

外觀品質（2）

物理性能（3）

吸收性能（4）

光學性能（5）

表面（6）

適?。?）

特殊要求二、具體的性能指標與測試方法１、定量（克重）：每平方米紙的重量(克數(shù))g/m2

定量=重量/長×寬=重量/面積

緊度=定量/厚度(g/cm3)

厚度:指壓力為1kg/cm2(100kPa)時的厚度(mm試樣尺寸:(1)正方形100×100,圓樣100cm2.２、透氣度:表示紙紙板透過氣體的能力.用一定體積的空氣透過試樣所需的時間作為透氣度的量度。測試方法不同，其表述方法不同。S/100mlml/m2PaS(1)葛爾來法(Gwerley)---(ISO3687--1976)(2)肖伯爾法(Scho-pper)---(ISO5636--1984)。應用例子a電器紙--透氣度小;b濾紙--透氣度大;c水泥袋紙--適中;d捲煙紙--透氣度大.影響透氣度的結構與組成因素：

A、打漿度大,則透氣度小;B、半纖維素、填料、壓光、濕度越大則越小.3、抗張強度：紙或紙板在一定條件下承受的最大張力.

（1）絕對抗張強度(Gp)：一定寬度的紙、紙板斷裂時所承受的力.kN/m(kg/15mm)15

250

（2）裂斷長(L)：一定寬度的試樣由其本身重量將其拉斷時的長度(m)。L=102Gp/BWB--寬度,W--定量.

（3）

抗張指數(shù)(X)X=Gp/W

（4）

伸長率(

/%)

=(

L/L)

100%

L=L2-L1（5）

韌性(破裂功)=

0

d

4、耐破度：指紙或紙板單位面積上所承受的均勻增大的最大壓力(MPakPa).100

100

相對耐破度(P/W)

100%5、撕裂度：紙或紙板已被切口的試樣繼續(xù)撕開一定距離所需的力(mN)63(20,43)

756、耐折度:被測試樣受一定張力(10-15N),經一定角度(135o)

往復折疊的次數(shù).15

1407、挺度：紙或紙板抵抗彎曲的能力(N-m).70

38

彎曲15或7.5o時的彎矩8、環(huán)壓強度(RCT)：將一定尺寸(12.7

152)的試樣插在圓形試樣座內,在兩測量板逐漸加壓,試樣壓潰前所受最大力(N).9、均度:光學透光率法試樣尺寸280

220

10平滑度:在一定真空度(360--380mmHg)下,100ml空氣通過平板玻璃/紙張(50

50)介面所需的時間(s).111白度：指白色紙或紙板(50

70)對蘭色光的反射率(相對於標準MgO板100%).112光澤度(光學平滑度):指試樣(100

100)表面相對於玻璃標準板,對光的反射率(45o,75o).

13透明度:反映紙的透明性.用一定波長的光,測試樣

(50

70)

對黑白襯的反射率(%).T=(Rw-Rb)/Rw

Rb,Rw----對黑白襯的反射率

14滲透性:

（1）水分(%)x=(g2-g1)/g2

gg1,g2--100~1050C乾燥前後樣重.((2)透濕度：紙或紙板兩面保持一定蒸汽壓力差，在一定溫度、濕度下，水蒸氣24小時透過1m2樣的重量。

g/m-2.24h（3）抗水性能：紙或紙板阻止水從一個表面滲透到另一個表面的性能,在水壓500mmHg觀察第一個水跡出現(xiàn)的時間(S、min、h).175

175

（4）透油性：在一定溫度和壓力下，標準變壓器油在一定

(透油度)時間內向一定面積的紙樣上滲透過來的重量

(w2-w1)/t.A120

120

15、施膠度：表示抗洇能力.150

150紙鋪在玻璃板上,用含標準墨水的劃線器,劃線速度100mm/s,沿縱向450劃100mm長時的最大線條寬度(mm)0.25

2.0mm.

16、戳穿強度：指被一個角錐由高處落下產生的動能戳穿時，紙板的抵抗能力.用總能量的損失來表示(J)試樣尺寸175

175包裝用紙(紙袋紙,牛皮紙,包裝紙,雞皮紙,玻璃紙,羊皮紙,

有光紙,膠板紙.)包裝用紙板

(箱板紙,瓦楞原紙,白板紙,白卡紙,黃板紙)加工紙與紙板{浸漬法塗布法層合法}一、包裝用紙１、

牛皮紙(kraftpaper)：高級包裝紙，(品質)性質:

堅韌結實,似牛皮。(1)

外觀性質：黃褐色，分單面光、雙面光，有條紋、無條紋等(2)物理性質：有較高的耐破度和良好的耐水性.

透氣性不作要求(區(qū)別於紙袋紙).2-4包裝紙和紙板1牛皮紙a定量：40—120,b耐破度:

12--42Pa,c撕裂度:

15--112gf,(1號高,2號低)d施膠度:

0.75--2.0mm,e水分:7--10%.製造:1號,純硫酸鹽木漿;

2號,硫酸鹽木漿+部分其他漿.不加或少加填料/顏料.2.包裝紙(packagingpaper)品質僅次於KP.

製造:.1號:含部分(50%)硫酸鹽木漿;

2號:雜漿;

3號:草漿與廢紙漿紙袋紙(kraftsackpaper)用量最大的工業(yè)包裝紙.主要用於水泥,化肥,農藥等包裝.強度大,韌性好.良好的抗水性,一定的透氣性.

級別與性質：

1號2號3號4號

定量80808083

耐破度/MPa0.280.280.280.23

透氣度/ml/min

200200200200

施膠度/mm

1.751.751.751.75

水分/%9999

又分為伸性與普通紙袋紙:伸性紙袋紙(clupakpaper)的動態(tài)強度高,做成包裝袋的耐摔破性能好.因為已用機械法造成紙的皺縮.

4雞皮紙(W.GWrappingPaper)：單面光平板薄型包裝紙，供印刷商標，包裝日用百貨食品用，定量小，一般為40。耐破度高，耐折度也高,經包紮不易破裂.色澤較牛皮紙淺.特點:漿細,耐拉,紙質均勻。

5玻璃紙(glasspaper)：完全透明的高級包裝紙，主要用於醫(yī)藥、食品、紡織品、精密儀器等商品的美化包裝。

特點:1）透明性;2）光澤度;3）印刷適性好;4）阻氣;5）耐油、耐堿和一般有機溶劑;6）防塵性好;7)不帶靜電;8）耐熱(180--1900C)

性能:定量,30;裂斷長,

4000m;撕裂度,

0.03N;伸長率,

10(縱)20(橫);水分,10%.

製造:漂白木漿/棉漿+NaOH+CS2

粘膠液

噴成薄膜

乾燥(除水).二、包裝用紙板

1、箱板紙：分為牛皮箱板紙強韌箱板紙和普通箱板紙三大類.(1)用途：運輸包裝紙盒、紙桶、紙管及其它面紙要求性質：纖維緊密，紙質堅挺，韌性好，較好的抗壓、抗張、耐破、耐折、耐戳穿，抗水，表面光滑，適合印刷與塗布。(2)性能：紙質堅挺，任性好，耐折，抗水，表面光滑定量/gm-2300---500(一般為420)耐破度/MPa

0.9--1.0耐折度/次

150--200撕裂度/N

3.5--4.0平滑度/S(正面)

5伸長率/%

4環(huán)壓強度/N/cm

3002瓦楞原紙(Corrugatingbasepaper)

用途：瓦楞紙，制瓦箱。定量，120~200,厚度0.20~0.35.3.白板紙（whiteboard)定量：160~450多層結構:（面層）白木漿/木漿/廢紙漿/草漿（裏）4.白卡紙不分裏、面層，定量介於紙與紙板。5.茶紙/黃板紙草漿紙板，用於低檔箱盒。三加工紙與紙板用物理或化學方法對他們進行加工改性的紙或紙板。加工方法有三大類：1、塗布法2、浸漬法3、層合法常見加工紙:瀝青防水紙，石蠟加工紙，PE加工紙PVDC加工紙，熱合性GlassPaper，剝離紙(防粘紙)粘合劑塗層紙(濕活化型壓敏膠)防銹紙蒸鍍(Al/Cu)常見加工紙板:紙+Alfoil，紙板+紙板，紙板+塑膠四、緩衝包裝用紙為改善紙與紙板的性能，滿足包裝功能的要求1定型玻璃紙；2紙漿模塑容器；3低密度紙2—4包裝紙容器紙容器：箱、盒、袋、桶、管、杯、碗等2—4—1瓦楞紙箱一、 瓦楞紙板

1、瓦楞紙板與紙箱的發(fā)展背景A發(fā)明發(fā)明者：Abert.J.Jones(美國)1871年，單面板，申請專利1894年，瓦楞紙盒問世1902年，紙箱正式成為鐵路運輸容器1914年，代替木箱中國，瓦楞紙箱1953年，山東問世;1954年推廣生產速度：日本（寬2750）250m/min

我國（寬2000）150m/minB人均消費量:美國>日本>瓦楞紙板相關術語a、瓦楞（flute):瓦楞紙的波紋狀構造b、瓦楞紙（flutedpaper):c、瓦楞原紙（fluting/corrugatingpaper)d、瓦楞紙板(corrugatedfiberboard)e、單面瓦楞紙板(singlewallcorrugatedfiberboard)f、雙面瓦楞紙板(doublewallcorrugatedfiberboard)g、三面瓦楞紙板(triplewallcorrugatedfiberboard)h、瓦楞紙箱(corrugatedbox)I、硬紙板箱(solidfiberboardcase)j、纖維板箱(fiberboardcase)瓦楞紙板抗壓性能平面壓力垂直壓力平行壓力2、瓦楞紙板的類型A瓦楞的形狀

UVUV形B瓦楞的種類（大小）特大/超大大/粗中小/細微/特細KACBE高/mm6.6~7.04.5~4.82.5~2.83.4~3.81.1~1.4楞數(shù)/m75-85120170140320緩衝性能123平面壓力321垂直壓力123平行壓力3210201箱的尺寸展開示意圖

LBLBB/2H

B/2

長=2(L+B),寬=H+B5、設計初步—下料計算以0201箱型為例:對口搖蓋箱,四搖蓋對口合攏箱。這種箱一般都有一塊瓦板釘合或粘合而成。問題1如何根據體積下料（計算所用紙板面積）？問題2如何根據體積確定最佳尺寸（長、寬、高）？A威氏比例法設：VＬＢＨＳ分別為箱的容積長寬高和表面積，Ｖ＝ＬＢＨ－－－－－－－－－－－－－－１Ｓ＝２（Ｌ＋Ｂ）（Ｈ＋Ｂ／２＋Ｂ／２）

Ｓ＝２（Ｌ＋Ｂ）（Ｈ＋Ｂ）－－－－－－２該式為０２０１箱的展開面積。（－－問題１）由式１得Ｈ＝Ｖ／ＬＢ代入２得：Ｓ＝２Ｖ／Ｂ＋２ＬＢ＋２Ｖ／Ｌ＋２Ｂ２－－－３F.ECT邊壓強度(EdgewiseCrushResistant)矩形樣（使楞方向垂直於壓力面），豎於兩壓板之間，加壓，直至破壞時最大的壓力（N/m）.ECT=F/L×103F（力）：N;L長邊：㎜。估算：(1）（芬蘭人提出）與環(huán)壓強度有關A型瓦楞：ECT=1.0（RCTL1+RCTL2+1.5RCTf）B型瓦楞：ECT=1.1（RCTL1+RCTL2+1.37RCTf）C型瓦楞：ECT=1.1（RCTL1+RCTL2+1.45RCTf）其中，RCTL1—面紙橫向環(huán)壓強度，RCTL2—裏紙橫向環(huán)壓強度,RCTf—瓦楞原紙橫向環(huán)壓強度。(2)美國林產研究所Kellicutt(2)美國林產研究所KellicuttECT=R1(h-c)A–R2(dt)A其中，h：瓦板厚度；c:面紙厚度；t：瓦楞原紙厚度；d:常數(shù)（與伸縮有關）；A：瓦楞紙板長度；

R1、R2：面紙與瓦楞原紙的橫向環(huán)壓強度（RCT）。G.粘合強度(剝離強度)A=F/S(N/m2)

F--最大剝離力,S--試樣面積.二、瓦楞紙箱的強度與估算１、 MakeeEquation（馬基公式）BCT=constant

ECT

(H

Z)1/2式中:BCT--瓦箱抗壓強度,constant--約5.87ECT--瓦楞紙板邊壓強度,H--板厚,Z--周邊長.

2、KellicuttEquation（凱裏卡特（托）公式）（美國）式中:P箱抗壓強度,axz瓦楞常數(shù),z周邊長，J紙箱常數(shù),Px瓦板綜合環(huán)壓值(N/cm);瓦板綜合環(huán)壓值計算三層板P=(P1+P2+Pm

c)/15.2五層板P=(P1+P2+P3+Pm

c+Pm1c1)/15.2P1、

P2、P3、Pm分別為面、裏、芯和瓦楞原紙的環(huán)壓值；c瓦楞紙的伸放係數(shù)。瓦楞紙箱常數(shù)表參數(shù)\楞型

ABCABaxz8.365.006.1013.36J0.590.680.680.55c1.5321.3611.477將上述參數(shù)代入,Kellicutt公式可簡化為:A型P=0.748Pxz1/3B型P=0.612Pxz1/3C型P=0.699Pxz1/3上式表明:同種材料、同種工藝製造的瓦箱的抗壓強度a)與其楞型大小成正比；b)與其周邊長的1/3次方成正比。Kellicutt公式評價：它是最常用的瓦箱抗壓強度預測公式。但它存在問題：a)同樣周邊長時，長寬比為0.6~0.8時,P最高；長寬比為0.2時,P最低。b)運輸、儲藏商品時，堆放幾層（碓碼)才能保證紙箱不被壓壞？3、碓碼計算3、堆碼估算GB6543--86最初由日本人提出。P=

w(H/h–1)

9.81=

w(Z–1)

9.81P，箱的最低抗壓強度（N)；

，安全係數(shù)，取4~5（影響

的因素：儲藏時間、濕度、碓碼方式、振動等）H，碓碼高度(m);h,箱高(m);Z,碓碼層數(shù)。應用：估算堆碼上式也常簡寫為：P=

X即X=w(Z–1)

9.81X--最低層箱的負重。應用舉例Eg.1

箱尺寸:500

400

200,w=15kg,Z=9,儲藏時間10天,RH90%,求箱的抗壓強度.分析P=

XX=15

(9-1)

9.81=1172N,

=?

=1/(1-a)(1-b)(1-c)(1-d)(1-e)=3.87參見教材第57頁。P=

X=4556NEg.2接Eg.1用Kellicutt公式計算A型瓦楞箱板的綜合環(huán)壓值。已知：PA=0.748Px

z1/3,PA=4556N，z=2

(50+40)=180cm

所以：Px=PA/0.748z1/3=1097N/cmP63習題12已知三層C型箱尺寸560

360

480,面紙的定量250gm-2,P1=P2=569N/cm;瓦楞原紙定量180gm-2,Pm=343N/cm,伸放係數(shù)為1.28,求w=25kg時的碓碼(

=4)?分析,Pc=

w(z--1)

9.81其中:

、w已知，

z=2（長+寬）（注意單位:cm)，需求PcPc=0.699Pxcz1/3，Pxc=（P1+P2+PmC)/15.2,所以，Pc=0.699Pxcz1/3=412.48N,z-1=Pc/9.81

wz=Pc/9.81

w+1=7.39z取整數(shù)7即所求的碓碼為7.紙包裝材料小結1、紙：定義、進化、製造工藝原理、結構組成、正反面、縱橫向2、紙與紙板的性質：定量等3、加工紙與紙板的方法：浸漬法塗布法層合法4、瓦楞紙板與紙箱1）楞型、種類與性質2）瓦板與瓦箱：結構、性質、製造工藝3）設計初步：A尺寸優(yōu)化；B強度預測；

C碓碼本章完……第三章Chapter3

PlasticPackagingMaterials3.1Introduction3.2Structure&Properties3.3PlasticPackagingmaterial3.1Introduction1.Plastic2.Polymer/HighPolymer/Macromolecule3.PolymerMaterial4.Classification5.Resin6.Monomer7.MolecularMass&DegreeofPolymerization8.Name9.Contraction10.TheRiseofPolymerScience1.Plastic塑膠是可塑性高分子材料的簡稱.它由聚合物(和助劑)所組成.2.Polymer/HighPolymer/Macromolecule高分子是分子量大、分子尺寸也大的一類化合物。3.PolymerMaterial高分子材料:作為材料使用的高分子.4.Classification(1)依來源分A天然:棉、麻、毛、絲、角、草、肉、血

B人造：合成、半合成

(2)依應用分A用途：塑膠、橡膠、纖維、塗料、油墨

B性能：通用、工程、功能（特殊）5.Resin樹脂:沒有加工成型的高分子原料(材料)(3)熱學行為：熱塑性（Thermoplastic),熱固性(Thermosetting)(4)結晶：結晶高分子、非結晶高分子、結晶性高分子、非結晶性高分子(5)有機與否：有機高分子、無機高分子(6)幾何形狀：線形、支化、網狀(7)狀態(tài)：液態(tài)、固態(tài)6.單體(monomer):合成高分子的原料（小分子）7.分子量與聚合度(Molecularmass&DegreeofPolymerization)8.命名(Name):聚----，----樹脂，商品名9.縮寫（Contraction）PELDPEHDPEPPOPPBOPPPVCPVDCPANyPETPOMPSPANABSCAPUPVAEVA分子量、聚合度與多分散性10.高分子科學的發(fā)展(TheRiseofPolymerScience)

1)AcceptanceoftheExistenceofMacromoleculeA.Staudinger(1920)Heproposedlong-chainformulasforPS,NR,POMCelluloseetalbymeansofx-rayandMmeasurement.----NobelPrize(1953)B.Carothers(1929,1931)inventedPET&PA66.C.Flory(1937)foundlong-chainstructure&proposedthetheoryofpolymersolution.--NobelPrize(1974)D.Zigler(1955)HDPE----NobelPrizeNatta(1957)PPE.白川（日）導電高分子------NobelPrize（2000)2)SomeCommerciallyImportantPolymers1930,SBR1936,PVCPMMAPVA1937,PS1939,PA661941,PTFEPVDC1942UnsaturatedPolyester1943,LDPEButylRubberPA6OrganicSilicones1944,PET1947,EpoxyResin1948,ABS1955,HDPE1956,POM1957,PP1964,InomerResin1965,Polyimide1970,TPE1974,AromaticPolyamide---Kevlar3.2Structure&Properties3.2.1PhysicalProperties1.分子間力:VantHoffForce;HBond2.內聚能(

U)與內聚能密度(

)

=

U/420Jcm-3<

<336Jcm-3

FiberPlasticRubberEngineeringPS(PE)PlasticPMMAPIBPETPVANRPANPVCPA66～3.結晶與非結晶，結晶性與非結晶性4.力學狀態(tài)與轉變

1)非晶態(tài)：線型（分子量一般、高分子量），交聯(lián)

交聯(lián)

TTbTgTfTd

2)晶態(tài)（結晶度較小，結晶度較大）T~

圖見下頁

3)轉變/鬆弛

4)實用溫度TbTgTmTfTd

結晶聚合物的T~

交聯(lián)

(Tg)Tg/TmTm/TfTf/

Td結晶度較?。悍肿恿枯^小、較大，超高分子量，交聯(lián)結晶度較大：分子量較小、較大，超高分子量，交聯(lián)T

5.高彈性與強迫高彈性（普彈性）

6.粘彈性

1)靜態(tài)粘彈性：A蠕變()T,

、B應力鬆弛()T

(線型,交聯(lián))

0

0t1t2t

0t

0tt00

0

普彈性、高彈性、強迫高彈性

y

=E

=E

(t)

=E(t)

(t)強迫高彈形變如何恢復？(Tg,Tm)

y2)動態(tài)粘彈性:

A滯后B內耗3）時溫等效原理7.取向問題8.電學性能A導電性B介電性C介電損耗D靜電現(xiàn)象9.光學性能10.溶解性能及應用

1)溶解過程及特點:溶脹溶解

2)溶劑的選擇

A基本原則，B極性高分子，C非極性高分子。A溶劑選擇的基本原則

a相似相溶（極性相近）

b溶度參數(shù)（

）相近

=（

）1/2c相互作用參數(shù)（

）﹤1/2d電子性質匹配B極性高分子(結晶與非結晶）C非極性非結晶高分子D非極性結晶高分子:除用基本原則，須加熱到熔點附近。E交聯(lián)高分子：僅溶脹F分子量的影響G混合溶劑：單一溶劑不能滿足要求時，需用兩種或多種溶劑調節(jié)到

合

=

聚

合

=

1

1+

2

2+------11.滲透性1)滲透係數(shù)（常數(shù)）K=SDx氣體在高分子材料中的p1l

滲透機理滲透係數(shù)（常數(shù)）K的表示c1

擴散方程——FickLawc2p2定義氣體擴散速率J=q/AtJ=-Ddc/dx,分離變數(shù)：Jdx=-Ddc積分得：Jl=D(c1—c2)J=D(c1—c2)/l由HenryLawC=SPC1=S1P1,C2=S2P2且設：S1=S2代入JJ=DS（P1—P2)/l定義K=SD，得：J=K(P1—P2)/l由J=q/At得：K的定義K=ql/At(P1—P2)2）結論

a由K=SD可知：K由S,D決定；

bK的物理意義：K表示單位面積、單位時間、單位壓差，透過材料厚度l

的氣體量。K是反映材料對氣體滲透性強弱（大?。┑奈锢砹?。K的單位：cm3·mm/m2·d·kPac影響K的因素：外因）T,氣體性質（S)

內因）化學結構（支化）極性結晶取向填料（無機、有機）3.2.2ChemicalProperties1Polymerization2ReactionofNoChangingDP3ReactionofChangingDPDPIncreaseDPDecreaseAging

1.Polymerization1)聚合反應

a加成聚合（加聚）：PEPPPSPVCPVAPVAcPANb縮合聚合（縮聚）：PETPA66EpoxyPCc開環(huán)聚合：PA6PCL2）聚合實施方法

a本體聚合

b溶液聚合

c懸浮聚合

d乳液聚合2.ReactionofNoChangingDP

酯化醚化磺化鹵化硝化胺化縮醛化取代Eg.PVAc

PVA;PE

CPE;PVA

PVA縮醛

水解

鹵化縮醛化

3ReactionofChangingDPDPIncrease:Cross-linking:ChemicalLightRadiation

擴鏈劑偶合劑抽真空DPdecrease(降解):

ChemicalBiologicalThermoOxygenIrradiationLightMechanical

4Aging(老化)

指材料性能隨時間延長而劣化的現(xiàn)象.ChemicalBiologicalThermoOxygenIrradiationLightMechanical防老化:穩(wěn)定劑防老劑3.3PlasticPackagingmaterial3.3.1塑膠用助劑與添加劑（1.塑膠的組成;2.助劑）1.塑膠的組成絕大多數(shù)塑膠製品均含有助劑.極少出現(xiàn)由單一大分子組成的塑膠製品.塑膠=高分子+助劑

.2.助劑----WHY?

助劑的作用:改善塑膠的加工性能和實用性能.助劑的分類:加工助劑;改性助劑(改性型,增容型)

選擇原則：高效、低毒、低成本。增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、增強劑、填充劑、阻燃劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、防霧劑。1）增塑劑（Plasticizer）指能夠改善塑膠的可塑性、成型流動性、賦予製品柔軟性的物質。這類物質一般為有機小分子，也有高分子增塑劑。其與溶劑的區(qū)別：非揮發(fā)性。作用機理：削弱高分子間的作用力。

增塑效應：降低Tg、Tm、Tf、阻隔性、耐熱性、硬度、剛度、強度；提高熔體流動性、韌性（抗衝擊性、伸長率）、耐寒性。應用較多的體系-------PVC、CA、CN、StarchPlastic

幾類常用增塑劑

a鄰苯二甲酸酯類DBP、DOP增塑效率最高。

b脂肪族二元酸類DBS（癸二酸二丁酯）、DOSc磷酸酯類TCP（磷酸三苯酯）

d環(huán)氧酯類EBO（環(huán)氧大豆油）----無毒

e含氯類氯化石蠟（Cl%：42、52、62）

2）穩(wěn)定劑（Stabilizer）能夠阻止、延緩塑膠老化的物質。（其在橡膠工業(yè)中叫防老劑）老化現(xiàn)象（原因）穩(wěn)定劑（防老劑）光老化光穩(wěn)定劑熱老化熱穩(wěn)定劑氧老化抗氧劑微生物防黴劑/殺菌劑高能射線輻射穩(wěn)定劑A光穩(wěn)定劑---能夠抑制光老化的物質。光遮罩劑---能阻止UVray進入塑膠內部；一般用顏料或填料起這種作用。碳黑、鈦白粉、CaCO3、BaSO4、CaSO4。a

UV吸收劑：吸收290—380nm的UV猝滅劑：能有效轉移光能，使處於激發(fā)態(tài)的分子變?yōu)榛鶓B(tài)。自由基捕獲劑:（目前認為：光降解多為自由基機理）

B熱穩(wěn)定劑在加工和使用過程中,能夠阻止或延緩因受熱而引起塑膠老化的物質.分為主要和輔助熱穩(wěn)定劑.應用最多的體系:PVCPVDC等熱敏性聚合物.常用熱穩(wěn)定劑類別:無機,金屬皂,有機Sn、Te等a無機類：鹽基性鉛鹽-----毒性大，不透明，價廉。三鹽：3PbO·PbSO4·H2O

二鹽：2PbO·PbSO3b金屬皂類：Pb2+、Cd2+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Zn2+St硬脂酸鹽（St---C17H35COOH）注：重金屬的毒性。c有機錫類：月桂酸二丁基錫、二辛基錫--毒性小，透明d輔助熱穩(wěn)定劑：環(huán)氧類（無毒）、亞磷酸酯類。4）色料（Colors）---著色物質染料（Dye）與顏料（Pigment）的區(qū)別？顏料可分為:無機與有機顏料a無機類:白色：TiO2、ZnO、鋅鋇白（立德粉）（ZnS+BaSO4）黃色：鎘黃（CdS）鐵黃（Fe2O3

）紅色：鎘紅（CdS+CdSe）鐵紅（Fe2O3

）蘭色：群青（Na5Al3Si3S2O12）綠色：鉻綠（Cr2O3）鐵綠（Te2O3）黑色：碳黑鐵黑b有機類:酞菁類（Cu的有機大環(huán)配合物）：藍、綠偶氮類（含-N=N-）：紅、橙、黃c特殊光學:珠光、磷光、螢光、金屬（CuAl）d增白劑:螢光型與非螢光型性能評價：著色力與遮蓋力、透明性、耐熱性、耐光性、耐遷移性、毒性、耐化學藥品性、電學性能、持久性等。5）增強劑與增容劑（填充劑）增強劑---能夠改善材料的強度和剛度

KevlarCarbonFiberGlassFiber增韌劑---能夠改善材料（衝擊）韌性傳統(tǒng)：增塑劑、彈性體；現(xiàn)代：納米材料增容劑（填充劑）---增大體積、降低成本無機：CaCO3，BaSO4，石膏，玻璃微珠，黏土等有機：木粉，稻糠，澱粉等。複合材料（Composites）----古老而新穎抗靜電劑---改善導電性，減少靜電積累多為離子化合物：陰離子型，陽離子型，兩性離子型非離子型又分為：內用型、外用型。6）阻燃劑---阻止材料燃燒添加型：Sb2O3、Al（OH）3

、磷酸三苯酯、氯蠟等內聚型（反應型）：聚合高分子的單體帶有阻燃基團。阻燃劑或阻燃基團常含有P、Br、Cl等。阻燃原理：A產生密度大的氣體，隔絕空氣；B吸熱分解或昇華，降低材料表面溫度；C產生惰性氣體，沖淡可燃性氣體；D阻燃劑阻止活性自由基形成，終止連鎖反應。

發(fā)展趨勢：無鹵化6）發(fā)泡劑物理發(fā)泡：N2、CO2、氟里昂？化學發(fā)泡：碳酸氫鈉、偶氮二異丁氰、偶氮二甲醯胺

7）交聯(lián)劑（固化劑、硫化劑）化學法交聯(lián)：過氧化物、偶聯(lián)劑等離子交聯(lián)：離聚物熱交聯(lián)光交聯(lián)高能輻射交聯(lián)8）偶聯(lián)劑（介面處理劑）能改善複合材料的介面粘結結構與性能A）矽烷類B）鈦酸酯類C）鋁酸酯類9）防霧劑---改善材料表面能，減少水蒸氣附著。10）開口劑（爽滑劑）3.3.2常用塑膠包裝材料1.配方設計:1)百份制;2)份數(shù)制;3)比例制1)百份制:所有組分材料所占整體材料的%之和為100%.例:A80%,B15%,C3%,D2%,其和為100%2)份數(shù)制:基體材料(樹脂)為100份,其他組分材料為非100份,其和>100份.例:A100,B20,C5,D5份3)比例制:例:A:B:C:D=8:2:0.5:0.52.常用塑膠包裝材料1).PO(Polyolefine)---PEPP產量占所有塑膠的30%Tm/oC

/g·cm-3LDPE(HPPE)19431180.91~0.93①PEHDPE(LPPE)19551350.94~0.96LLDPE1970’S1220.91~0.92UHMWPE1970’S135?0.92~0.94PP1730.90~0.91OPP②PPBOPPKOPP③PB(PB-1,PiB)④Copolymer:EVAEVOHEEAEPEPR離聚物等⑤結構、製造、性能、鑒別、應用與改性。A結構:一些聚烯烴的化學結構PolyolefineB製造C性能：a外觀—PE半透明乳白色;PP透明性優(yōu)於PE。透明性：PP﹥LDPE﹥HDPEb密度---PP﹤LDPE﹤HDPEc熔點---PP﹥HDPE﹥LDPEd溶解性：常溫下無任何良溶劑。

如何配置這類溶液？

e

力學性能：強度PP﹥HDPE﹥LDPE，韌性PP﹤HDPE﹤LDPE；

f熱封性：PP﹤HDPE﹤LDPE；

g阻隔性：OPP﹥PP﹥HDPE﹥LDPE。

h印刷適性：不良。如何改善？D鑒別：燃燒性（火焰、煙、氣味、滴落）；溶解性；熔點；密度E改性與應用A）改性：物理法，增強填充共混層合；化學法，共聚交聯(lián)B）應用：2).乙烯基塑膠PVCPVDCPSPVAPMMAPAN①PVC&PVDCA)PVC結構性質:熱敏性非晶聚合物.四大透明塑膠之一。

Tg800C,Td140oC,

1.4g﹒cm3（密度較大）.

硬質：含增塑劑﹤10%軟質：含增塑劑﹥30%

半硬質：含增塑劑10~30%PVC透明性：較好（非結晶性），透光率約達80%；熱性質：Tg：78~80oC（硬質品），隨增塑劑↑Tg↓；

Td：140oC，熱敏性，需加穩(wěn)定劑；衛(wèi)生性：工業(yè)和衛(wèi)生級，殘留