1.本发明涉及瓦楞纸板技术领域，具体为一种轻量化高强度瓦楞纸板及其制备工艺。
背景技术：
2.近年来，线上购物的普及，推动了快递行业的发展。而快递行业中必不可少的物件之一为包装纸箱。随着国内包装也需求量的增多，一方面原材料之一的微型瓦楞包装纸的需求也日益增加，能源消耗增多；另一方面，快递纸箱废弃量增加，能源浪费增多，环境污染增加，与当今社会倡导节能减排里面相悖。因此，开发出能循环使用的纸箱具有重要意义。
3.现今，微型瓦楞包装是包装市场发展的方向，拥有巨大的市场潜力。微型瓦楞纸具有抗震性好、印刷性强、成本低等优点，在小家电、休闲食品、保健品等领域使用广泛。但是由于存在力学性能较低、抗冲击性低，在手机、数码等产品的应用受到了限制。现有技术中，微型瓦楞纸是由轻量化瓦楞原纸制备的，在生产时溶液出现脆化、碎裂、断裂、倒楞等问题。另一方面，国内废纸产生量较大，如何解决废纸污染，循环形成可循环性产品可以国内快递纸箱回收面临的另一个问题；而重复利用废纸板制备的瓦楞纸，存在可塑性低、环压指数低、耐破性差、耐折性差等缺点，降低了循环应用性。
4.综上，解决上述问题，制备一种轻量化高强度瓦楞纸板具有重要价值。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于提供一种轻量化高强度瓦楞纸板及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
7.一种轻量化瓦楞原纸的制备工艺，包括以下步骤：
8.步骤1：将废纸碎解、打浆、除杂、筛分、浓缩、盘磨，得到长纤维纸浆和短纤维纸浆；
9.步骤2：取短纤维纸浆、长纤维纸浆混合均匀，得到原纸纸浆；依次加入海藻酸钠增强剂、氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到轻量化瓦楞原纸。
10.进一步地，步骤1中，短纤维纸浆中，平均纤维长度为0.1～1mm，纤维浓度为4～6wt％；长纤维纸浆中，平均纤维长度为1～2mm，纤维浓度为4～6wt％。
11.进一步地，步骤2中，短纤维纸浆、长纤维纸浆的质量比为(60～70):(30～40)；海藻酸钠增强剂的加入量占原纸纸浆中纤维质量的6～8wt％；氯化钙的加入量占原纸纸浆中纤维质量的2～3wt％。
12.进一步地，海藻酸钠增强剂的制备工艺为：将质量比为1:(0.6～0.7)的海藻酸钠、聚丙烯酰胺依次加入至去离子水中，分散均匀，置于微波反应器中，设置功率为850～900w，反应2～4分钟，洗涤干燥，得到海藻酸钠增强剂。
13.进一步地，步骤2中，压榨脱水工艺过程：依次经过压线压力为105～110kn/m的真空压榨，压线压力为110～120kn/m的真空辊与中心辊的压榨，压线压力为1220～1280kn/m
的靴压；出压榨干度为52％。
14.进一步地，以轻量化瓦楞原纸作为芯纸用于制备轻量化高强度瓦楞纸板；包括以下步骤：
15.步骤1：将轻量化瓦楞原纸压楞，得到芯纸；
16.步骤2：取质量比为(80～85):(15～20)的短纤维纸浆、长纤维纸浆混合均匀，得到混合纸浆，依次加入海藻酸钠增强剂、氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到底纸和面纸；海藻酸钠增强剂的加入量占混合纸浆中纤维质量的6～8wt％；氯化钙的加入量占混合纸浆中纤维质量的2～3wt％；
17.步骤3：(1)将二乙烯三胺五乙酸溶解在ph＝11.8～12.2的氢氧化钠溶液中，加入次磷酸钠，设置温度为60～65℃，反应20～24小时；调节ph＝8.3～8.7，加入玉米淀粉，继续反应1～2小时，调节ph为中性，洗涤干燥，得到改性淀粉；(2)将改性淀粉磷酸化，加入海藻酸钠增强剂，搅拌均匀，得到阴离子淀粉胶液；(3)将改性淀粉季铵化，加入氯化钙，搅拌均匀，得到阳离子淀粉胶液；
18.步骤4：将芯纸表面依次涂覆阴离子胶液，阳离子胶液，得到施胶芯纸；将底纸、面纸表面涂覆阴离子胶液，复合在施胶芯纸的上下面，干燥，通风，得到高强度瓦楞纸板。
19.进一步地，改性淀粉的制备过程中，玉米淀粉与二乙烯三胺五乙酸的质量比为1:
20.(0.5～0.6)；次磷酸钠加入量占二乙烯三胺五乙酸质量的15～20wt％。
21.进一步地，所述阴离子淀粉胶液的制备工艺为：将改性淀粉加入至去离子水中，得到1～2wt％的分散液，设置温度为80～90℃，糊化30～40分钟，加入浓度为80％的磷酸溶液，搅拌30～35分钟，加入海藻酸钠增强剂，搅拌均匀，得到阴离子淀粉胶液；
22.其中，改性淀粉、磷酸溶液的质量比为1:(0.6～0.7)；海藻酸钠增强剂占改性淀粉质量的4～5wt％。
23.进一步地，所述阳离子淀粉胶液的制备工艺为：将改性淀粉、一氯三嗪-β-环糊精加入至异丙醇-水的混合溶剂中，搅拌均匀，加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，加入氢氧化钠调节ph＝11.8～12.2，设置温度为40～42℃反应6～8小时，加入醋酸中和，洗涤、丙酮沉淀、干燥，得到阳离子淀粉；将阳离子淀粉加入至去离子水中，得到8～9wt％的分散液，设置温度为80～90℃，糊化1.5～2小时，加入硅酸钠、氯化钙搅拌均匀，得到阳离子淀粉胶液；
24.其中，改性淀粉、一氯三嗪-β-环糊精、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的质量比为1:
25.(0.2～0.3):(0.1～0.15)；硅酸钠的加入量占阳离子淀粉质量的2～3wt％，氯化钙的加入量占阳离子淀粉质量的1.5～1.8wt％。
26.进一步地，步骤4中，干燥、通风过程为：设置温度为80～85℃干燥4～6分钟；升温至120～125℃干燥1～3分钟，静置通风24小时。
27.进一步地，步骤4中，施胶芯纸中，阴离子淀粉胶液的施胶量为2～3g/m2；阳离子淀粉胶液的施胶量为5～6g/m2；面纸和底纸的阴离子淀粉胶液的施胶量为2～4g/m2。
28.进一步地，一种轻量化高强度瓦楞纸板的制备工艺制备得到的高强度瓦楞纸板。
29.有益效果：
30.(1)方案中，以回收的废纸为基础，制成纸浆，并采用筛分技术形成短纤维纸浆和长纤维纸浆，在保证力学性能的基础上，提高了废纸的循环使用性。轻量化瓦楞原纸中，长纤维纸浆含量相对较高，具有更好的韧性。而压榨脱水过程中的复合压榨工艺，采用四辊三
压区的复合压榨，有利于提高纸的干度，节约干燥过程中蒸汽的消耗。以此，通过筛分过程保证了纤维长度和分丝帚化程度，优化纤维纸浆的配比联合复合压榨工艺，增加了纤维间结合力，提高轻量化瓦楞原纸的强度。抑制瓦楞加工过程中发生的破裂现象，从而提高瓦楞纸板质量，增强了瓦楞纸板的耐折、防震、耐压能力。
31.同时，加入了海藻酸钠增强剂、氯化钙进一步提高纸张强度。其中，海藻酸钠增强剂，是以聚丙烯酰胺微波接枝海藻酸钠制备得到的，聚丙烯酰胺是纸张增强常用的物质，可以提高纤维间的氢键结合力。而海藻酸钠主链，与氯化钙可以交联，在内部形成外装分子链，提高交联密度，从而提高了瓦楞原纸的力学性能和阻隔性能。
32.(2)方案中，以轻量化瓦楞原纸作为芯纸，制备得到高强度瓦楞纸板。
33.其一，面纸和底纸的制备方式以芯纸相同，只是长纤维纸浆含量较低，短纤维纸浆含量更高，目的是增加密实性，使得对内和对外具有更好的耐破性能；从而更好地与芯纸配合，得到力学性能好的瓦楞纸板。
34.其二，进一步施胶增强瓦楞纸的性能。其中，由于淀粉脆性较大，易脆化，使得纸板产生断裂等缺陷，因此为了解决该缺陷，并增强淀粉胶液对纸的渗透性；方案中，以改性淀粉为基础，制备了阴离子淀粉胶液和阳离子淀粉胶液。解决淀粉脆化问题的同时，利用阴离子淀粉胶液的增强对纸的渗透性，利用阴离子淀粉胶液与阳离子淀粉胶液的相似相容性、静电作用力，增强上胶性能，从而协同增强瓦楞纸板的环压指数，提高力学性能，
35.其中，改性淀粉，是预先使用二乙烯三胺五乙酸脱水生成制备得到的酸酐，再与玉米淀粉酯化接枝制备得到的。一方面，该接枝链段使得淀粉胶液具有良好的韧性，抑制了后面的脆化，提高了耐折性。另一方面，接枝链段渗透进纸中，可以提高纤维之间的交联和粘合面积的增加，从而提高瓦楞纸的力学性能。
36.其中，阴离子淀粉胶液，是以改性淀粉为基础，通过糊化和磷酸化改性过程，并引入海藻酸钠增强剂混合得到。其中，磷酸化过程提高了淀粉胶的渗透性和螯合性，而海藻酸钠增强剂对胶层具有增强性，可以与阳离子淀粉胶液中氯化钙交联。
37.其中，阳离子淀粉胶液，是以改性淀粉为基础，以氢氧化钠为催化剂，接枝一氯三嗪-β-环糊精，并与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵阳离子化，得到阳离子淀粉，再将其糊化，引入氯化钙混合得到。其中，一氯三嗪-β-环糊精增加了粘附性和淀粉韧性。3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵使得其具有良好的渗透性。同时，可以与阴离子淀粉液中产生静电组装，增强了交联性，增加了阻隔性。
38.以此，通过阴、阳离子淀粉胶液的配合，提高了轻量化瓦楞原纸的环压性能，并联合底纸和面值，增强了瓦楞纸板的质量指标。
具体实施方式
39.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.以下实施例中，
41.短纤维纸浆中，平均纤维长度为0.1～1mm；长纤维纸浆中，平均纤维长度为1～
2mm。
42.压榨脱水的过程中，依次经过压线压力为105kn/m的真空压榨，压线压力为115kn/m的真空辊与中心辊的压榨，压线压力为1250kn/m的靴压；出压榨干度为52％。
43.海藻酸钠增强剂的制备工艺为：按照质量份数计，将10份海藻酸钠、7份聚丙烯酰胺依次加入至80份去离子水中，分散均匀，置于微波反应器中，设置功率为900w，反应3分钟，洗涤干燥，得到海藻酸钠增强剂。
44.海藻酸钠、聚丙烯酰胺、二乙烯三胺五乙酸的厂家为西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；玉米淀粉的厂家为武汉兴众诚科技有限公司；一氯三嗪-β-环糊精的厂家为湖北信康医药化工有限公司。
45.实施例1：
46.步骤1：将废纸在去离子水中碎解、打浆、除杂、筛分、浓缩、盘磨，得到5wt％的短纤维纸浆、5wt％的长纤维纸浆；
47.步骤2：按照质量份数计，取65份短纤维纸浆、35份长纤维纸浆混合均匀，得到原纸纸浆；依次加入0.35份海藻酸钠增强剂、0.12份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到轻量化瓦楞原纸。
48.实施例2：
49.步骤1：将废纸在去离子水中碎解、打浆、除杂、筛分、浓缩、盘磨，得到5wt％的短纤维纸浆、5wt％的长纤维纸浆；
50.步骤2：按照质量份数计，取65份短纤维纸浆、35份长纤维纸浆混合均匀，得到原纸纸浆；依次加入0.35份海藻酸钠增强剂、0.12份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到轻量化瓦楞原纸；压楞，得到芯纸；
51.步骤3：按照质量份数计，取85份短纤维纸浆、15份长纤维纸浆混合均匀，得到混合纸浆，依次加入0.35份海藻酸钠增强剂、0.12份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到底纸和面纸；
52.步骤4：(1)按照质量份数计，将6份二乙烯三胺五乙酸溶解在ph＝12.1的氢氧化钠溶液中，加入1份次磷酸钠，设置温度为65℃，反应24小时；调节ph＝8.6，加入10份玉米淀粉，继续反应2小时，调节ph为中性，洗涤干燥，得到改性淀粉；
53.(2)按照质量份数计，将100份改性淀粉加入至去离子水中，得到1.5wt％的分散液，设置温度为85℃，糊化30分钟，加入浓度为65份浓度为80％的磷酸溶液，搅拌30分钟，加入5份海藻酸钠增强剂，搅拌均匀，得到阴离子淀粉胶液；
54.(3)按照质量份数计，将100份改性淀粉、25份一氯三嗪-β-环糊精加入至300份异丙醇-水的混合溶剂(体积比为3:2)中，搅拌均匀，加入12份3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，加入氢氧化钠调节ph＝12.1，设置温度为40℃反应6小时，加入醋酸中和，洗涤、丙酮沉淀、干燥，得到阳离子淀粉；将100份阳离子淀粉加入至去离子水中，得到8.5wt％的分散液，设置温度为85℃，糊化1.5小时，加入2.5份硅酸钠、1.8份氯化钙搅拌均匀，得到阳离子淀粉胶液；
55.步骤5：将芯纸表面依次涂覆阴离子胶液，阳离子胶液，阴离子淀粉胶液的施胶量为2.5g/m2；阳离子淀粉胶液的施胶量为5.5g/m2，得到施胶芯纸；将底纸、面纸表面涂覆阴离子胶液，阴离子淀粉胶液的施胶量为3g/m2，将两者复合在施胶芯纸的上下面，设置温度为
80℃干燥5分钟；升温至120℃干燥2分钟，静置通风24小时，得到高强度瓦楞纸板。
56.实施例3：
57.步骤1：将废纸在去离子水中碎解、打浆、除杂、筛分、浓缩、盘磨，得到5wt％的短纤维纸浆、5wt％的长纤维纸浆；
58.步骤2：按照质量份数计，取70份短纤维纸浆、30份长纤维纸浆混合均匀，得到原纸纸浆；依次加入0.3份海藻酸钠增强剂、0.1份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到轻量化瓦楞原纸；压楞，得到芯纸；
59.步骤3：按照质量份数计，取80份短纤维纸浆、20份长纤维纸浆混合均匀，得到混合纸浆，依次加入0.4份海藻酸钠增强剂、0.15份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到底纸和面纸；
60.步骤4：(1)按照质量份数计，将6份二乙烯三胺五乙酸溶解在ph＝12.1的氢氧化钠溶液中，加入1份次磷酸钠，设置温度为65℃，反应24小时；调节ph＝8.6，加入10份玉米淀粉，继续反应2小时，调节ph为中性，洗涤干燥，得到改性淀粉；
61.(2)按照质量份数计，将100份改性淀粉加入至去离子水中，得到1wt％的分散液，设置温度为85℃，糊化30分钟，加入浓度为60～70份浓度为80％的磷酸溶液，搅拌30分钟，加入4～5份海藻酸钠增强剂，搅拌均匀，得到阴离子淀粉胶液；
62.(3)按照质量份数计，将100份改性淀粉、20份一氯三嗪-β-环糊精加入至300份异丙醇-水的混合溶剂(体积比为3:2)中，搅拌均匀，加入15份3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，加入氢氧化钠调节ph＝12.0，设置温度为40℃反应6小时，加入醋酸中和，洗涤、丙酮沉淀、干燥，得到阳离子淀粉；将100份阳离子淀粉加入至去离子水中，得到9wt％的分散液，设置温度为85℃，糊化1.5小时，加入2份硅酸钠、1.5份氯化钙搅拌均匀，得到阳离子淀粉胶液；
63.步骤5：将芯纸表面依次涂覆阴离子胶液，阳离子胶液，阴离子淀粉胶液的施胶量为2.5g/m2；阳离子淀粉胶液的施胶量为5.5g/m2，得到施胶芯纸；将底纸、面纸表面涂覆阴离子胶液，阴离子淀粉胶液的施胶量为3g/m2，将两者复合在施胶芯纸的上下面，设置温度为80℃干燥5分钟；升温至120℃干燥2分钟，静置通风24小时，得到高强度瓦楞纸板。
64.实施例4：
65.步骤1：将废纸在去离子水中碎解、打浆、除杂、筛分、浓缩、盘磨，得到5wt％的短纤维纸浆、5wt％的长纤维纸浆；
66.步骤2：按照质量份数计，取60份短纤维纸浆、40份长纤维纸浆混合均匀，得到原纸纸浆；依次加入0.4份海藻酸钠增强剂、0.15份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到轻量化瓦楞原纸；压楞，得到芯纸；
67.步骤3：按照质量份数计，取85份短纤维纸浆、15份长纤维纸浆混合均匀，得到混合纸浆，依次加入0.3份海藻酸钠增强剂、0.1份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到底纸和面纸；
68.步骤4：(1)按照质量份数计，将6份二乙烯三胺五乙酸溶解在ph＝12.1的氢氧化钠溶液中，加入1份次磷酸钠，设置温度为65℃，反应24小时；调节ph＝8.6，加入10份玉米淀粉，继续反应2小时，调节ph为中性，洗涤干燥，得到改性淀粉；
69.(2)按照质量份数计，将100份改性淀粉加入至去离子水中，得到2wt％的分散液，设置温度为85℃，糊化30分钟，加入浓度为60～70份浓度为80％的磷酸溶液，搅拌30分钟，
加入4～5份海藻酸钠增强剂，搅拌均匀，得到阴离子淀粉胶液；
70.(3)按照质量份数计，将100份改性淀粉、30份一氯三嗪-β-环糊精加入至300份异丙醇-水的混合溶剂(体积比为3:2)中，搅拌均匀，加入10份3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，加入氢氧化钠调节ph＝11.8，设置温度为40℃反应6小时，加入醋酸中和，洗涤、丙酮沉淀、干燥，得到阳离子淀粉；将100份阳离子淀粉加入至去离子水中，得到8wt％的分散液，设置温度为85℃，糊化1.5小时，加入3份硅酸钠、1.8份氯化钙搅拌均匀，得到阳离子淀粉胶液；
71.步骤5：将芯纸表面依次涂覆阴离子胶液，阳离子胶液，阴离子淀粉胶液的施胶量为2.5g/m2；阳离子淀粉胶液的施胶量为5.5g/m2，得到施胶芯纸；将底纸、面纸表面涂覆阴离子胶液，阴离子淀粉胶液的施胶量为3g/m2，将两者复合在施胶芯纸的上下面，设置温度为80℃干燥5分钟；升温至120℃干燥2分钟，静置通风24小时，得到高强度瓦楞纸板。
72.对比例1：不使用阴离子淀粉胶液，单一使用阳离子淀粉胶液，其余与实施例2相同；具体：将芯纸表面涂覆阳离子胶液，阳离子淀粉胶液的施胶量为8g/m2，得到施胶芯纸；将底纸、面纸表面涂覆阴离子胶液，阳离子淀粉胶液的施胶量为3g/m2，将两者复合在施胶芯纸的上下面，设置温度为80℃干燥5分钟；升温至120℃干燥2分钟，静置通风24小时，得到高强度瓦楞纸板。
73.对比例2：将海藻酸钠增强剂更换为聚丙烯酰胺，其余与实施例2相同。
74.对比例3：不对淀粉进行改性，直接使用玉米淀粉制备阴离子淀粉胶液和阳离子淀粉胶液，其余与实施例2相同。
75.对比例4：面纸底纸与芯纸中的短纤维纸浆、长纤维纸浆互换，其余与实施例2相同；具体：按照质量份数计，取85份短纤维纸浆、15份长纤维纸浆混合均匀，得到原纸纸浆；依次加入0.35份海藻酸钠增强剂、0.12份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到轻量化瓦楞原纸；压楞，得到芯纸。
76.按照质量份数计，取65份短纤维纸浆、35份长纤维纸浆混合均匀，得到混合纸浆，依次加入0.35份海藻酸钠增强剂、0.12份氯化钙搅拌均匀，抄纸，压榨脱水，干燥，得到底纸和面纸。
77.实验1：将实施例1中制备得到的轻量化瓦楞原纸，参照gb/t451.2-2002《纸和纸板定量的测定》检测定量；参照gb/t12914-2018《纸和纸板抗张强度的测定恒速拉伸法20mm/min》检测纵向裂断长，gb/t2678.8-2016《纸和纸板环压强度的测定》检测纵向环压强度，并换算成纵向环压指数。
78.结果和结论：定量为69.0g/m2；纵向裂断长为4.6km；纵向环压指数为5.3n
.
m/g；上述结果表明，合理配比与压榨工艺的联合，使得轻量化瓦楞原纸具有良好的力学性能。
79.实验2：将实施例2～4和对比例1～4中制备得到的高强度瓦楞纸板作为样品；参照gb/t1539-2007《纸板耐破度测定》，使用型号为dcp-mit135的电脑测控耐折度仪检测耐破度，并换算成耐破指数；参照gb/t2679.8-2016《纸和纸板环压强度的测定》检测横向环压强度，并换算成横向环压指数；所得数据如下所示：
80.样品耐破指数(kpa
.
m2/g)横向环压指数(n
.
m/g)实施例24.5714.7实施例34.5014.4实施例44.5214.5
对比例13.8812.4对比例24.1013.2对比例33.9612.9对比例44.2713.8
81.结论：上表中的数据表明：所制备的瓦楞纸具有优异的耐破指数、耐折度、环向环压指数，具有高强度力学性能。将对比例1～4中的数据与实施例2的数据相比，表明：对比例1中，单一使用阳离子淀粉胶液，由于渗透性不强，使得增强性能和结合性下降。对比例2中，由于增强剂更换为聚丙烯酰胺，降低了力学性能。对比例3中，由于并未对淀粉改性，降低了韧性，使得性能下降。对比例4中，由于面纸、底纸中，芯纸中短纤维、长纤维的含量不同，使得性能下降。
82.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。