如何选择适合的沥青热灌用纸箱？

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：但是，到目前为止，国内还未出现内无塑料袋、直接用于热态沥青等黏度大、表面张力较低物质的包装纸箱，而在工业发达国家，这已呈常态化，从进口的高档沥青来看，采用瓦楞纸箱包装已是大概率的事情。②按照相关国家标准，测量涂布纸的吸水性、横向环压强度、耐折度等。图4-7-1沥青涂布纸样条c.将涂布后的样条放置在25℃±5℃的环境中冷却24h后，用镊子剥离，剥离过程中观察被剥离样条是否与沥青脱离。

沥青路面占美国铺装道路的90%以上。在我国已建成的和正在兴建的高速公路，几乎全部都是采用沥青混凝土路面。

《国家高速公路路网规划》显示，未来十几年国家高速公路规划网的投资为4.7万亿人民币。此外，我国建筑业、市政建设、机场建设、桥梁维护以及运动场地等的快速发展，必将带动高等级沥青消费的增长。

工业沥青的包装已成为影响沥青分销和使用的因素之一。

沥青包装的发展，主要分为以下几个阶段。

散装热运。特制罐装车将热态沥青运送到集中用户处，比如毛毡厂、沥青厂等。这种运输模式热量易散失，温度降低后，沥青流动性会下降，限制了运输距离，不方便，运输成本高。

桶装。主要为铁桶和钢桶，二次加热后，沥青脱桶使用。桶内壁会有10%～15%残留，造成浪费。加热过程中产生污染，作业时有潜在危险。

软包装。此方式是将可熔性耐热塑料袋放入钢罐等容器中，高温熔融状态的沥青灌入塑料袋中，冷却成型。使用时将沥青和塑料袋一块熔融。这种方式使散装沥青运输使用更加方便，但是存在操作复杂、塑料袋无法回收、成本高、沥青中含有塑料袋残渣等问题。

瓦楞纸箱具有轻质、环保、强度大、成本低等优势，在流通领域的应用越来越广泛。特别是近年来，随着设备的更新和技术的创新，防护型瓦楞纸箱不断涌现，例如，冷冻冷藏产品包装的防水纸箱、被服包装的防霉纸箱、金属精密器件包装的防锈纸箱等。

但是，到目前为止，国内还未出现内无塑料袋、直接用于热态沥青等黏度大、表面张力较低物质的包装纸箱，而在工业发达国家，这已呈常态化，从进口的高档沥青来看，采用瓦楞纸箱包装已是大概率的事情。

一方面，纸箱表面的牛皮纸主要由纤维材料构成，纤维之间存在缝隙，由于毛细管吸附的作用，高温熔融状沥青渗入原纸的缝隙和裂纹中，降温后固化，楔入原纸中，使用时无法剥离。

另一方面，沥青的表面张力较低，一般为35dyn/cm，而原纸的表面张力大于72dyn/cm（常温水的表面张力），熔融状沥青会尽力在纸张表面铺展来降低系统的表面能。

因此，要想制备沥青防粘纸箱，必须降低原纸表面的粗糙度，填充纤维间的微细孔，降低接触面的表面张力。

1.试验

（1）材料

MICHELMAN公司聚硅氧烷类防粘涂料、230g/m2牛卡纸、徐州德基建材有限公司道路沥青若干。

（2）仪器

Fluke 62迷你红外测温仪，MCR-1000涂布机，镊子、恒温恒湿室，accu达因笔，101A-1烘箱、DC-K Y3000A电脑测控压缩试验仪、DCP- MIT135A电脑测控耐折度仪、DCP-NPY5600电脑测控耐破度仪、HT-8383吸水度试验机。

（3）试验

采用大型涂布机在整卷原纸的表面定量涂上所需涂料，经过几组可调压力的滚轮挤压，170℃高温下瞬间烘干固化。涂料中的有效成分被纸张表面吸收，在浅表层形成新的物质层。

水基乳液型防粘涂料从美国MICHELMAN公司进口，主要成分为硅氧烷类低表面能物质，黏度为300～800cP·s，pH为3.0～6.0。使用时与固化剂搅拌均匀，高温固化交联。涂布后，涂料与原纸结合紧密，改变了原纸表面的物化性质，可根据包装产品的要求调整涂布量。

①通过涂布机，选择相应的涂布辊，试验制备涂布量分别为0g/m2、8g/m2、14g/m2 、18g/m2四种涂布防粘纸。

②按照相关国家标准，测量涂布纸的吸水性、横向环压强度、耐折度等。

③用达因笔检测不同涂布量纸条的表面张力。

④纸箱防粘性能相关的标准，国内还未制定，为检测沥青防粘涂布纸和纸箱的沥青剥离难度，参考了BB/T 0021—2001《环保型沥青软包装袋》的检测方法。

a.截取长110mm、宽50mm的涂布样条放入温度为23℃、相对湿度为50%的恒温恒湿环境中处理24h。

b.取出样条，将适量沥青熔融至180℃±2℃后，均匀涂布在四个不同涂布量的样条上，厚度约2mm，样条的一端留出10mm不涂布（见图4-7-1）。

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图4-7-1　沥青涂布纸样条

c.将涂布后的样条放置在25℃±5℃的环境中冷却24h后，用镊子剥离，剥离过程中观察被剥离样条是否与沥青脱离。

2.结果与讨论

（1）耐折度、环压强度、耐破强度和吸水性

本节还对防粘涂布对原纸横向环压强度、耐折度以及吸水性进行了研究，对比不同涂布量对原纸性能的改变。

为消除环境因素对实验结果的影响，将试样置于温度为23℃ 、相对湿度为50%的恒温恒湿室中预处理24h，并且保证试验环境稳定。

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图4-7-2　涂布量与原纸性能的关系

图4-7-2为涂布量与原纸性能的关系。涂布量为8g/m2时，横向环压强度和耐折度分别比未涂布原纸提高了5%和4%，这可能是由于毛细管作用，防粘涂料部分进入原纸的纤维间隙，提高了纸张的紧度和纤维之间的结合强度，也可能是由于涂料中的部分水分被原纸吸收，原纸的含水量增加，使得环压强度和耐折度都有增强。但是，随着涂布量的继续增加，含水率增加，受水分的影响，各强度指标开始下降。当涂料在原纸表面成膜后，继续增加涂布量，膜结构起到阻隔作用，各力学指标变化不大。

相对于其他机械性能指标，水分对耐破强度的影响要小得多。随着涂布量的增加，受涂料膜的增强作用影响，耐破强度呈增加趋势（见图4-7-3）。

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图4-7-3　涂布量与耐破强度关系

（2）吸水率

吸水率从另一方面说明了纸张表面情况的改变，涂布后，随着纸张内毛细管的堵塞，吸附效能降低。加之低表面能的涂料也阻止了水分的润湿作用，纸张的吸水量从35g/m2（2min）降低到12g/m2（2min）。

（3）表面张力

原纸纤维的缝隙、毛细孔等逐渐被涂料覆盖（图4-7-4），表面光滑度增加，表面张力降低。当纸张表面完全被覆盖时，测出的是涂料所形成膜的表面张力。此时若再增加涂布量，表面张力数据变化不大。当与液态物质接触时，接触角较大，不容易黏附（图4-7-5）。

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图4-7-4　扫描电镜图

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图4-7-5　涂布量与表面张力关系

（4）剥离难度

这是最关键的指标。从剥离难度以及剥离后的沥青残余量，可以直观地比较防粘能力。从图4-7-6、图4-7-7可以明显看出，沥青与未涂布纸条之间黏附力最大，难以剥离（图4-7-6c1）。剥离后接触面残余量较多（图4-7-7e1）。此时纸张的表面张力超出达因笔的最大可测范围60dyn/cm。增大涂布量到8g/m2时，可以剥离，但是所需的剥离力仍较大，涂布纸上的沥青残留量较多（图4-7-6c2与图4-7-7e2），此时达因笔测出的表面张力为32dyn/cm。当防粘涂料涂布量为14g/m2时，沥青较易剥离，涂布纸上的残留量较少（图4-7-6c3与图4-7-7e3）。继续增大涂布量到18g/m2，沥青很容易被剥离下来，并且在涂布纸上几乎无残留（图4-7-6c4和图4-7-7e4），此时涂布纸的表面张力为30dyn/cm，随着涂布量的增加，表面张力数值基本稳定。

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图4-7-6　沥青涂布纸剥离难度情况

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图4-7-7　沥青涂布纸剥离后的残余量

3.结论

涂布防粘涂料能够有效改变原纸表面的粗糙度，覆盖原纸的纤维孔隙，阻止毛细吸附作用。同时极大地降低接触面的表面张力，使内装物与原纸接触不会发生粘连现象。涂料的使用量影响原纸的机械性能，涂布量较低时，涂料的水分部分转移到原纸中，导致耐折度和环压强度先增加后减小。此后，由于毛细管作用的减弱以及涂料膜的形成，涂布纸的耐破强度是逐渐增加的，而吸水率先急剧减小然后趋于稳定。

由于高温下的沥青有很强的渗透性，所以普通的0201型结构的纸箱不宜使用，笔者设计的纸箱（如图4-7-8所示），此箱型由一片纸板模切加工而成，并且纸箱侧壁有外折边（图4-7-9），成型后与内装物接触部位无缝隙，保证了沥青类热态物质的灌装、储存等过程中不会渗漏、粘连纸箱。

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