新型环保缓冲包装材料的加工工艺研究

I新型环保缓冲包装材料的加工工艺研究摘 要缓冲包装是一门综合性学科，与数学、力学、材料学和环境工程学等学科密切相关，主要是通过对产品破损的内因和外因进行研究和分析，合理地选择缓冲包装材料，设计科学的包装结构,从而缓和产品受到来自外力的冲击和振动。通过对缓冲包装材料加工工艺中的各因素的研究与探索 ,包括纤维原料处理、发泡剂、胶粘剂等 ,并对该领域内一些基础理论和方法进行了总结和分析，比如分析总结了利用废弃纤维、利用绿竹、利用废纸、利用禾草类制造缓冲包装材料的加工工艺，对工业生产具有很现实的意义，对原料进行某种加工，以改善其性能，从而满足更高的要求，就是缓冲包装材料的加工工艺研究的目的。开展该研究对保护环境、节约矿物资源、增加农民收入具有重要的意义，同时熟悉缓冲包装材料加工工艺过程同时也是缓冲包装设计人员以及加工工人必备素质之一。关键词：缓冲包装，材料，加工工艺，研究IINew Environment-friendly Packaging Materials Processing Technology of the BufferABSTRACTThe cushion packing is a comprehensive discipline, with disciplines and so on mathematics, mechanics, material study and environmental engineering science is closely related, is mainly through conducts the research and the analysis to the product breakage internal cause and the external factor, chooses the cushion packing material reasonably, the design science packing structure, thus relaxes the product to receive from the external force impact and the vibration.Through to the cushion packing material processing crafts various factors research and the exploration, including textile fiber raw material processing, the foaming agent, the adhesive and so on, and some basic theory and the method has carried on the summary and the analysis to this domain, For instance the analysis summarized the use to abandon the textile fiber, to use the green bamboo, the use scrap paper, the use graminaceous grass class manufacture cushion packing material processing craft, had the very realistic significance to the industrial production, carried on some kind of processing to raw material, improved its performance, thus satisfied a higher request, was the cushion packing material processing goal, carried out this research to protect the environment, the frugal mineral resources, to increase the farmers income to have the vital significance, simultaneously was familiar with the cushion packing material processing technological process simultaneously is also the cushion packing design personnel as well as processes one of worker necessary qualities.KEY WORDS: Cushioning，Material，Processing， ResearchIII目录前 言 .1第 1 章 绪论 .31.1 缓冲包装材料的发展现状 .31.2 缓冲包装材料的种类及其特性研究 .51.3 缓冲包装材料的发展方向 .7第 2 章 现代缓冲包装材料的生产工艺研究 .92.1 概述 .92.1.1 制浆方法 .92.1.2 制造缓冲包装的原料 .102.2 现代缓冲包装材料的制浆工艺 .112.2.1 利用废纸制浆工艺 .112.2.2 利用绿竹制浆工艺 .122.2.3 利用废弃纤维制造缓冲包装材料工艺 .132.2.4 利用禾草类纤维制浆工艺 .18第 3 章 缓冲包装材料的加工技术 .233.1 概述 .233.2 纸缓冲包装材料的涂布加工 .233.2.1 颜料分散性水性涂布 .243.2.2 水性清液涂布(非颜料型) .263.3 纸缓冲包装材料的浸渍加工 .263.3.1 浸渍加工的目的 .273.3.2 浸渍加工用纸原料 .273.4 纸缓冲包装材料的复合加工 .29第 4 章 瓦楞纸板缓冲包装材料的生产技术与工艺 .324.1 瓦楞纸板 .324.1.1 瓦楞纸板的种类 .324.1.2 生产瓦楞纸板的原料 .334.2 瓦楞纸板的连续式生产工艺 .34结 论 .36IV谢 辞 .38参考文献 .39外文资料翻译 .411前言基于目前面临的能源危机和环境保护问题 ,阐述了绿色包装的涵义及重要性 ,论述了生物降解塑料、植物纤维类缓冲材料、生物质复合塑料等新型绿色缓冲包装材料的研究发展及其在相关领域的应用现状 ,指出目前绿色包缓冲装材料发展过程中存在的诸多问题 ,可作为绿色包装材料的发展之借鉴。随着科技的迅速发展，缓冲材料在生活中的应用越来越广泛，许多的地方都离不开缓冲材料，缓冲材料能够在生产和运输中减少外力的作用，更好的保护产品。因为缓冲包装材料具有许多独特的优点，这些优点又常常是其他材料所不能代替的，因此在不久的将来，缓冲包装材料将继续扩大其在包装材料中的比例。正确认识缓冲包装材料的生产工艺和方式，根据商品的特点选择合适的包装工艺，对提高商品的促销和提高企业的经济效益，无疑具有较好的促进作用。作为缓冲包装材料，通过对缓冲包装材料加工工艺中的各因素的研究与探索 ,包括纤维原料处理、发泡剂、胶粘剂等 ,并对该领域内一些基础理论和方法进行了总结和分析，对工业生产具有很现实的意义，对原料进行某种加工，以改善其性能，从而满足更高的要求，就是缓冲包装材料的加工目的，熟悉缓冲包装材料加工工艺过程同时也是缓冲包装设计人员以及加工工人必备素质之一。目前研究较多的生物降解塑料是以淀粉与聚烯烃塑料相混的不完全生物降解型。这类塑料的降解机理是淀粉颗粒先被真菌和细菌侵袭、消耗，从而削弱了塑料的强度，同时塑料与土壤中存在的某些盐类接触，经自氧化作用而形成过氧化物，促使塑料中聚合物的分子链断裂，这些作用互相促进，相辅相成，细菌消耗淀粉，使塑料表面积增大而有利于自氧化降解。经反复作用高分子链逐渐断裂、缩短，使塑料强度降低，直至聚合物的分子量降低到能被微生物代谢的程度。近几年，在研究可降解和再生泡沫塑料的同时，发泡植物纤维的研究也是一个热点。发泡植物纤维是以植物纤维(废旧报纸、纸箱纸和其他植物纤维材料等)以及淀粉添加助剂材料为原料制作而成。国内外都在进行发泡植物纤维缓冲包装材料的制作及机理方面的研究，已取得了不同程度的阶段性成果。实验室制成的样品已显示出该产品的发展具有巨大市场潜力。目前，欧美及日本等发达国家为寻求无污染的新型环保包装材料，正在加紧进行植物纤维发泡技术的研究。国外植物纤维发泡制品所采用的工艺方法主要集2中在不添加化学发泡剂，即无须发泡剂产生发泡，原料是通过水蒸气的作用发泡，形成颗粒型发泡纸浆。该制品工艺比采用添加化学发泡剂的工艺方法难度大，但该植物纤维发泡制品的生产和使用有利于环保。国内也有几所院校及单位正进行这方面技术的研究和开发，并已取得了阶段性的成果。国内所研发的植物纤维发泡制品的工艺方法主要集中在使用添加化学发泡剂，即通过化学发泡剂的作用发泡，形成颗粒型发泡纸浆。使用发泡剂的工艺比不用发泡剂的工艺简单，但如果发泡剂选择不当，该类植物纤维发泡制品在生产过程和使用后处理时对环境有可能造成污染，故该项技术还有待于改进和提高。当前，无论国内还是国外，对植物纤维发泡包装制品的研究基本上还处在实验阶段，还未达到工业化生产的要求。同时，目前对植物纤维发泡包装制品性能特点的研究主要集中在单件和实验性，而对于多件或实际应用的性能参数还未获得验证。绿色包装材料是绿色包装设计的前提。尽管现在人们已开始意识到材料选择给环境带来的影响，但是从防止污染、保护环境的角度来讲，现在的选材都是治标治本的临时措施。目前广泛使用的材料，按照环境意识的要求，都存在这样或那样的问题。例如，缓冲包装用泡沫塑料进入河流、海洋造成污染并危及海洋生物，焚烧包装废弃物特别是塑料等对空气的污染及加剧温室效应等。只有选择绿色包装材料，才能从材料选择上根本解决产品与环境的协调性。无论是瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑、泡沫塑料还是植物纤维缓冲包装材料都存在优点和不足，因此现阶段多元化研发新的环保型包装材料，推广使用可降解材料，无疑是包装科技人员工作的重要内容。哪种包装材料能占领包装市场，主要取决于哪种包装材料更加环保、易得和使用方便。3第 1 章 绪 论1.1 缓冲包装材料的发展现状基于目前面临的能源危机和环境保护问题 ,阐述了绿色包装的涵义及重要性 ,论述了生物降解塑料、植物纤维类缓冲材料、生物质复合塑料等新型绿色缓冲包装材料的研究发展及其在相关领域的应用现状 ,指出目前绿色包缓冲装材料发展过程中存在的诸多问题 ,可作为绿色包装材料的发展之借鉴。随着科技的迅速发展，缓冲材料在生活中的应用越来越广泛，许多的地方都离不开缓冲材料，缓冲材料能够在生产和运输中减少外力的作用，更好的保护产品。因为缓冲包装材料具有许多独特的优点，这些优点又常常是其他材料所不能代替的，因此在不久的将来，缓冲包装材料将继续扩大其在包装材料中的比例。目前研究较多的生物降解塑料是以淀粉与聚烯烃塑料相混的不完全生物降解型。这类塑料的降解机理是淀粉颗粒先被真菌和细菌侵袭、消耗，从而削弱了塑料的强度，同时塑料与土壤中存在的某些盐类接触，经自氧化作用而形成过氧化物，促使塑料中聚合物的分子链断裂，这些作用互相促进，相辅相成，细菌消耗淀粉，使塑料表面积增大而有利于自氧化降解。经反复作用高分子链逐渐断裂、缩短，使塑料强度降低，直至聚合物的分子量降低到能被微生物代谢的程度。近几年，在研究可降解和再生泡沫塑料的同时，发泡植物纤维的研究也是一个热点。发泡植物纤维是以植物纤维(废旧报纸、纸箱纸和其他植物纤维材料等)以及淀粉添加助剂材料为原料制作而成。国内外都在进行发泡植物纤维缓冲包装材料的制作及机理方面的研究，已取得了不同程度的阶段性成果。实验室制成的样品已显示出该产品的发展具有巨大市场潜力。目前，欧美及日本等发达国家为寻求无污染的新型环保包装材料，正在加紧进行植物纤维发泡技术的研究。国外植物纤维发泡制品所采用的工艺方法主要集中在不添加化学发泡剂，即无须发泡剂产生发泡，原料是通过水蒸气的作用发泡，形成颗粒型发泡纸浆。该制品工艺比采用添加化学发泡剂的工艺方法难度大，但该植物纤维发泡制品的生产和使用有利于环保。国内也有几所院校及单位正进行这方面技术的研究和开发，并已取得了阶段性的成果。国内所研发的植物纤维4发泡制品的工艺方法主要集中在使用添加化学发泡剂，即通过化学发泡剂的作用发泡，形成颗粒型发泡纸浆。使用发泡剂的工艺比不用发泡剂的工艺简单，但如果发泡剂选择不当，该类植物纤维发泡制品在生产过程和使用后处理时对环境有可能造成污染，故该项技术还有待于改进和提高。当前，无沦国内还是国外，对植物纤维发泡包装制品的研究基本上还处在实验阶段，还未达到工业化生产的要求。同时，目前对植物纤维发泡包装制品性能特点的研究主要集中在单件和实验性，而对于多件或实际应用的性能参数还未获得验证。绿色包装材料是绿色包装设计的前提。尽管现在人们已开始意识到材料选择给环境带来的影响，但是从防止污染、保护环境的角度来讲，现在的选材都是治标治本的临时措施。目前广泛使用的材料，按照环境意识的要求，都存在这样或那样的问题。例如，缓冲包装用泡沫塑料进入河流、海洋造成污染并危及海洋生物，焚烧包装废弃物特别是塑料等对空气的污染及加剧温室效应等。只有选择绿色包装材料，才能从材料选择上根本解决产品与环境的协调性。无论是瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑、泡沫塑料还是植物纤维缓冲包装材料都存在优点和不足，因此现阶段多元化研发新的环保型包装材料，推广使用可降解材料，无疑是包装科技人员工作的重要内容。哪种包装材料能占领包装市场，主要取决于哪种包装材料更加环保、易得和使用方便。缓冲包装技术发展到今天，已研制出很多性能良好的缓冲材料，如发泡塑料。人们除研究其生产制造工艺外，还对其力学性能进行了广泛、深人的研究，并得出了一系列的结论。人们利用扫描电镜对聚合物泡沫塑料进行显微观察，认为真实低密度泡沫塑料的胞体结构基本上是五边十二面体结构形态，并提出了平行于发泡方向具有对称轴的伸长五边十二面体结构模型。在模型的基础上讨论了泡沫塑料的力学行为，得到拉伸、压缩、剪切强度和弹性模量等力学参数的计算结果，并以实验测量结果进行验证；探讨了应变率和温度对泡沫塑料力学性能的影响，以及泡沫塑料的缓冲特性、能量吸收和阻尼特性，同时提出了增强泡沫塑料力学性能的方法。新型的缓冲包装材料的开发一直是人们关注的热点。根据不同的缓冲要求，人们研制了不同的材料，而且那些符合现代绿色环保意识，又具有良好缓冲特性的材料，对缓冲包装的推动将是巨大的。以纸浆模塑产品为例 ，由于它废弃后无环境污染，可以生物降解，可以模制加工成型，满足不同用途的包装，得到了迅速的发展，被用于产品运输包装中的固定、缓冲、减震及产品的盛装和展示等，在很大范围上可替代泡沫翅料。然而纸浆模塑制品的防潮性及5防霉变性较差，还有待进一步的改进，同时它也仅能满足较轻型产品的缓冲包装的要求，对于一些重型的工业制品的缓冲包装则显得力不从心，因而有人提出从国情出发，利用一年两季的稻秆、麦秆以及甘蔗渣作为原料生产缓冲包装材料，这方面的试验正在进行之中。1.2 缓冲包装材料的种类及其特性研究在大量使用泡沫塑料做缓冲包装材料之前,人们主要将稻麦草、稻壳、刨花、纸屑、木丝和藤丝等用于包装容器内的空隙填充。目前 ,纸质缓冲包装材料按材质主要分为 类 ,即纤维状物质 纸、纸浆模塑材料等 、气泡结构类物质 废纸和植物纤维制包装用泡沫填料 、瓦楞纸和蜂窝纸等。目前具有开发应用前途的有以下几种。1. 纸浆模塑包装制品。纸浆模塑包装制品是以废旧报纸、纸箱纸等植物纤维为主要原料,经水力机械碎浆、模具吸附成型 ,再经干燥而成。其产品应用领域可涵盖电子 、机械零部件 、工业仪表 、电工工具 、玻璃、陶瓷制品、农产品等行业 ,还可用于一次性餐具。纸装模塑制品的主要优点是 可 以制成各种形状的立体成型的纸制品 ,可按用户要求加入各种助剂 ,使产品能够耐酸、耐碱、耐晒、防水、防油、不渗漏、不变形产品为整体结构 ,无粘接缝 ,无皱折 ,强度好 ,使用方便 ,具有良好的抗震性和缓冲性,利用悬吊方式产生绝佳吸附性能,能够有效保护产品免受搬运途中的损坏 ,因而可以取代 户 发泡塑料制作一次性餐具和缓冲衬垫 ,是防止 “白色污染”的有效途径之一。纸装模塑制品体积比发泡塑料小可重盛 ,运输方便。该产品在生产过程中无公容,不添加任何有害物质 ,生产用水能够反复利用不排放,其废弃物能循环复用 ,弃里后可迅速被生物降解,在产品整个生命周期中对人体及环境不会造成公容。目前,纸浆模塑制品在国内外已广泛应用于制作一次性纸模餐具。该产品在强度、抗油、抗水、耐热、消毒、无味等指标上完全达到或超过了有关标准要求 ,已被使用单位和消费者所接受 该产品原料广、无污染、可回收、易降解、能再生的优越性使其在几类塑料餐具替代品中脱颖而出 ,一跃成为取代 目前流行于国内市场各类塑料餐具的最佳产品。有人将当前使用的 种快餐具 包括发泡塑料型 、光降解塑料型、纸浆模塑型、植物纤维型、淀粉掺和型 ,按照原料性6能 生产工艺、生产成本、产品使用性能、生产环境影响、回收性能、降解性能 、市场接受程度、企业建设难易等指标作综合评价 ,证明纸浆模塑型名列第一 ,淀粉掺和型名列第二 ,可见其优越性。纸浆模塑制品作为缓冲包装材料的耐冲击性能主要是通过制品的几何结构来保证 ,将纸浆模塑材料的缓冲曲线与聚苯乙烯的相似曲线作比较 发现纸浆模塑在低应力和一次性冲击的情况下 ,比聚苯乙烯泡沫塑料具有更好的缓冲性能,在静态载荷为一定范围内时所起的保护作用最好。因为时下国内已拒绝发泡塑料包装物进口 ,迫使我国的内衬包装尽快走上 “以纸代塑”的道路。使用纸浆塑模材料做衬垫 ,同样具有可塑性好、缓冲力强的优点,其生产工艺简单,不污染环境 ,生产成本易于控制,适合大规模生产和应用。目前,纸浆模塑缓冲包装材料已广泛应用于食品、药品包装和电器衬垫、易碎产品隔垫、军火包装等领域。2. 瓦楞纸板瓦楞纸板具有优越的加工性能 ,生产成本低 ,使用温度范围比泡沫塑料宽,无包装公害等优点。按照瓦楞层数的多少可分为一层 、双层 、三层 、五层 、七层纸板即三重瓦楞纸板 。这些多层瓦楞纸板具有容积大 、体积小、质轻、强度高、缓冲性能好、适于折叠 、节省存储空间、搬运方便等特点 ,特别适合于机械、机电等重型产品的运输包装。但瓦楞纸板也存在一些缺陷,如耐潮湿性能差 ,强度受湿度影响大 ,复原性小 ,表面较硬 ,在包装高级商品时不能直接接触内装物的表面 , 容易使内装物与缓冲纸板之间出现相对移动 ,而损坏内装物表面等。针对瓦楞纸板表面较硬的缺点 ,近年又开发研制出一种新型缓冲包装结构瓦楞纸板与塑料薄膜相结合的瓦楞纸复合板 ,它不仅克服了瓦楞纸板表面较硬这个缺点 ,而且对各种形状的产品都可采用相同的包装形式 ,省去了加工特殊形状缓冲衬垫这道工序的费用和时间。该产品质量轻、强度高、不变形 、刚性好 、缓冲性能强 、隔声隔振效果好 ,经适当处理后可阻燃、防潮、防水。且其原材料来源比蜂窝纸板充足 ,可采用回收的废纸、黄纸板、旧瓦楞纸箱 ,使用后又可回收再生 ,符合资源循环再生的要求。瓦楞纸复合板在包装方面应用广泛 ,可以制成各种精密仪器 、机电设备、家用电器 、陶瓷制品的包装箱及衬垫 ,也可制成各种规格的托盘、缓冲衬垫、航空周转箱等。3. 蜂窝纸板针对瓦楞纸板的复原性小的缺点,专家提出将瓦楞纸板做成互相平行、垂直和7交错的多层结构 ,使其形状如蜂窝,这样就能大大提高其缓冲性能。蜂窝纸板是具有新型夹层结构的环保节能型包装材料,具有成本低、用料少、吸声隔热、抗冲击性好、缓冲性强、运输成本低、可回收再生利用、减少环境污染等优点 ,目前已广泛应用于电子、电器等物品的包装,尤其适合较重的家电、机电产品、机械琴件、陶瓷制品等工业产品的缓冲包装,具体可制作为蜂窝托盘、蜂窝包装箱及蜂窝包装内衬等形式。据悉 ,经过多年的潜心研究、开发和不断改进提高,目前我国蜂窝纸板生产技术日臻完善,已成功研制开发出第六代、第七代蜂窝纸板生产专用设备。目前我国蜂窝纸板生产工艺形式大致上有缠绕式蜂窝纸板生产工艺、盛层式蜂窝纸板生产工艺、从进纸到造出蜂窝纸板全自动连续生产工艺和连续全自动任意宽度蜂窝纸芯生产工艺等,其中部分技术填补了蜂窝纸板领域的国内外空白,达到了国际先进水平。作为包装行业中的一个新兴产业 蜂窝纸板制品的推广应用 ,对促进 “以纸代木” 、 “以纸代塑”将发挥重要的作用。1.3 缓冲包装材料的发展方向缓冲包装是包装工程中的重要组成部分。缓冲包装技术在包装流通环境、包装材料 ，以及包装设计理论三方面已有了最新的研究成果，缓冲包装技术将向以下三个方向发展：即缓冲包装设计的计算机化，新材料的不断研制和开发，环保意识的不断增强。1. 缓冲包装设计的计算机化 计算机模拟及信息技术迅速渗透到包装设计领域，使得缓冲包装设计计算机化成为可能。新加坡标准与生产力局设计了视窗环境下的物流运输包装软件 。软件从物流整个系统出发，用户每输入一种所需包装产品的尺寸、重量，软件就会给出合适的瓦楞纸箱的尺寸规格、产品在瓦楞纸板箱内的最佳排列组合、纸箱在托盘上的排列、托盘在集装箱内的排列组合以及瓦楞纸箱的堆垛层次。 美国正致力于开发一种组合式智能包装系统 ( H I P S )。该系统由人工神经网络、人工智能和数学程序结合而成，包括两个模块 ：智能操作模块和检测模块。智能操作模块又分为两部分：一是简单的信号模块，二是包装模块。信号模块采用了专家系统以及一些分配工作任务的准则，以适应各种不同的包装类型；包装模块执行包装命令并能作后续的调整；检测模块由数学程序构成，负责检测8包装类型，以确定最佳工作方案。计算机是一种新型便捷的工具，在缓冲包装领域中必将有更广阔的应用前景。2. 新材料的不断研制和开发在未来的包装工业发展中，人们对包装材料的认识已不再仅仅局限于对传统材料的利用，而是采用各种先进的方法和科学手段来创造出各种满足包装工业要求的具有各种优良缓冲性能的材料，可以预言，新型包装材料的开发和研制是未来缓冲包装工业发展的基础和前提。 3. 包装更具环保意识 随着人们环保意识的不断增强，对包装的环保要求越来越高，相应的，人们对包装的分析、认识也在进一步提高，提出了包装的寿命周期分析和环境分析的理论 ，亦即生命循环周期分析，用来评定某项包装材料是否对环境有益或有害。这种方法是考虑包装材料从原料获取、制成包装品过程，最终被废弃回收或处理，即整个“ 生到死”的过程中，到底消耗掉了多少能源、产生了多少种有害物质来总体评价这个包装制品的环保效果，而不是单纯以能否循环使用、再生产作为指标。L c A 法目前正处在发展中，我国也正在逐步推广使用。9第 2 章 现代缓冲包装材料的生产工艺研究2.1 概述纸张的发明对人类文明的继承、传播与发展起着非常重要的作用，尤其是在现代生活中，纸类和纸类产品对人类活动的各个方面更是有着深远的影响。它提供了记录、储存与传播信息的手段；承担了几乎所有书写与印刷的任务；它在各个工业领域也都起着重要作用，它不但承担重要的建筑材料，更是应用最广泛的包装材料。制浆是为制造缓冲包装材料提供纤维浆料，使用的纤维原料主要是植物纤维原料，在特殊情况下也使用动物、矿物和合成纤维原料。植物纤维原料制浆是将木材或其他植物纤维原料用化学的或机械的或者二者结合的方法离解成纤状物料，并将其净化漂白，这个生产过程就是制浆，其产品就是纸浆。2.1.1 制浆方法制浆方法大体上可以分为化学制浆法、机械制浆法与化学机械制浆法三类。化学制浆法包括各种碱法制浆和各种亚硫酸盐法。硫酸盐法是目前各国的主要制浆方法，也是包装纸和纸板生产的主要方法。机械制浆法主要是以木材为原料，将一定规格的去皮原木段在磨木机上磨制成浆，即磨木浆。如果先将原木削成木片再用盘磨机磨成浆，则称木片磨木浆。机械浆在纸包装材料中主要用于抄造部分纸板。化学机械制浆法，是先将纤维原料用化学药品进行处理，然后再用机械的方法磨解成浆。化学处理常用的化学药品有中性亚硫酸盐、烧碱或碱性亚硫酸盐等，所制得的制浆称为化学机械浆。如果纤维原料用化学药品处理的同时用蒸汽预热再磨制成浆，所得的浆料称为化学预热机械浆。根据化学处理使用的药品不同，也可以冠以化学药品名称来命名该浆种，如果用亚硝酸钠处理木片生产的纸浆，称为磺化机械浆；以烧碱和过氧化氢处理木片后磨成的纸浆，称为碱性过氧化氢机械浆等。10纸浆的种类很多，但没有统一的标准来分类。有用制浆方法来分类纸浆，有用纸浆得率的多少来分类，或用制浆所采用的化学药品结合原料品种分类，也有按纸浆的漂白程度和用途来分类等。2.1.2 制造缓冲包装的原料生产包装材料的原料并不需要使用专用的原料，几乎用作一般的纸张和纸板的浆料，在包装纸及纸板的抄造中都有应用，如生产黄纸板用的稻麦草浆，生产牛皮纸和牛皮纸板箱的硫酸盐叶木浆，生产瓦楞原纸用的机械木浆，生产灰纸板用的破布浆、废纸浆等。所不同的是包装纸及纸板用的纸浆，在质量指标、漂白程度等方面都有一定差异。植物的种类很多，作为制造缓冲包装材料原料必须具有抄纸的经济价值，也就是说纤维的含量高，提取加工容易。目前制造纸类缓冲包装材料的是根据原料的形态特征、来源和行业习惯来分类的。1. 木纤维原料 针叶原料 这类原料是以杉、松类数目为主，因其树叶多成针状，故名针叶材，又因其材质较松软，故称软木。阔叶材原料 因其叶子宽阔，故称阔叶材。其木质较坚硬，又称硬木。2. 非木材纤维原料非木材纤维原料品种繁多，主要是一年生的农业废料、自然生长或人工栽培的禾本科植物。禾本科纤维原料主要有竹子类、芦苇、甘蔗渣、稻草、麦草等。 韧皮纤维原料主要包括麻类纤维原料和树皮类。种毛纤维原料主要是棉花、棉短绒以及棉制破布等。叶部纤维原料主要是植物的叶部分，含有大量的纤维，在制造缓冲包装材料中具有很高价值。如龙须草、香蕉叶以及甘蔗叶等。3. 可降解缓冲包装材料ECOFoam 是一种继淀粉的新型泡沫类包装材料，是继美国天然淀粉及化学公司(NSC)开发成功该产品之后，日本王子制袋株式会社引进其专利技术并组织生产，是一种值得包装界关注的新材料。淀粉是葡萄糖的聚合物，广泛地存在于各种农作物与野生植物 中， 就其高11分子链的结构而论，淀粉有直链淀粉与胶支链淀粉二种结构，普通淀粉中直链淀粉有含量较低，性硬且脆，NSC 公司经过多年的研究，制得了直链淀粉含量高达 7 0 以上的改性淀粉，并以它为原料制得了只含淀粉而又含合成树脂的海绵状弹性体，其外观及手感与聚苯乙烯泡沫塑料相似，有良好的缓冲性能，同时保持有天然淀粉的可生物分解性。2.2 现代缓冲包装材料的制浆工艺2.2.1 利用废纸制浆工艺废纸主要分为三大类：旧瓦楞箱板纸,废旧报纸混合废纸和混合废纸。我国废纸脱墨技术起步较晚，但近几年来发展迅速，国内很多大型纸厂也开始大规模利用废纸制浆 。根据现代废纸品质的特点，废纸处理工艺流程及设备应尽量满足以下要求：（1）保持废纸中原有纤维的长度和打浆性能，除去废纸中的各类轻重杂质，保证成纸的外观质量和纸机的抄造性能；（2）简化制浆流程，提高成浆的质量，降低水电、气 、油品的消耗，杂质、废水易于处理。废纸制纸浆包括：废纸碎解、净化、筛选 、脱墨 、洗涤、复选、热分散、漂白等过程。浆体一般由水力剪切作用下被解离，对质量、体积大的杂质与纤维进行有效分离，杂质由渣口排出，粗浆通过筛板由浆泵抽出送入高浓除砂器除砂。不过多损伤纤维，有时浆料需要经过纤维分离机进一步的疏解来完成纤维后续碎解。由粗筛选和精筛选系统筛出残余的粘胶物及细小而较 重的杂质。之后浆料进入浮选或洗涤设备，使油墨与纤维分离。废纸制浆系统一般考虑安排分散系统，括冷分散和热分散系统，以进一步促进纤维与油墨分离和油墨的碎解。大多数废纸脱墨浆较原纸白度降低，还需要进行废纸浆的漂白。由于再生造纸废水产生高浓度的污水，所以很难用“化曝气法”进行处理而用“氧发酵法”处理再生造纸产生的废水则又出现其污染物浓度太低。因此 ，污水处理厂及沼气化工艺对造纸污水处理都存在难题。如将其污水“ 稀释”以降低浓度，则需消耗大量的淡水资源，也将增大处理成本。 欧洲一些国家采用厌氧处理技术 ，则是对高浓度的再生造纸污水先进行预处理 ，而后再同其他废水混合进行厌氧处理。而 在北欧和亚洲地区的一些国家，12较广泛采用的是生化处理方法，使处理再生造纸污水的水质达到排放要求。 我国开发的再生造纸处理技术为混凝沉淀法，它不仅可以有效的去除废水中 s和颜色 ，而且可大大降低废水中的含量。混凝沉淀法具有过程简单，操作方便，效率高，投资少的特点。其原理是：在混凝剂的作用下，通过“胶体物质”的絮凝、电中和等过程，将废水中的悬浮物和可絮凝的物质聚成“团”再经沉降设备将絮凝后的废水进行固液分离，絮团沉入沉降设备底部而成泥浆，顶部流出的则为色度和浊度较低的清水。利用废纸资源造纸在国内外造纸工业中占有越来越重要的地位，对缺少造纸原料的我国具有更深远的重要意义。我国应进一步加强废纸回收体系的建设，提高废纸回收利用率；优化废纸制浆造纸的工艺技术和装备；加强节能、降耗 、减排工作，降低资源和能源的消耗、保护环境，促进我国造纸工业可持续发展。2.2.2 利用绿竹制浆工艺碱性过氧化氢机械浆（）是世纪年代发展起来 的一种新型制浆方法，以为基础，汇集了、等制浆工艺及设备之优点而创立。 制浆得率高，成纸强度好、白度高；常温常压磨浆，流程简单；能耗低 ，降低了投资成本和操作费用；污染少，污水负荷低，不含硫化物 。所以的出现引起了人们普遍的关注和重视 ，被誉为 “世纪年代最具有发展潜力的制浆工艺”并成为当今世界最富有竞争力的制浆方法之一。绿竹是福建闽江两岸广泛种植的经济种竹，主要用于采笋，每年茎的部分经济价值不高 ， 目前主要用作锅炉燃料。绿竹是一种优良的制造缓冲包装原料， 用其可以促进绿竹的工业化生产，增加农民收入，有着较好的经济效益和社会 效益。1.工艺流程竹 片化学预处理 盘磨破碎 一段预浸渍常压磨浆漂 白 抄 片2.化学预处理化学预处理在空气浴蒸煮器中进行。每罐容积为 100绝对干燥原料,液比:。按照试验方案配制蒸煮药液。将竹片装入罐后，入药液，待蒸煮器升温至预定的温度，把罐放入蒸煮器。133.预浸渍和漂白处理预浸渍和漂白均按实验制定的工艺条件，将一定质量的原料盛装 于密闭塑料袋中，置于恒温热水浴锅进行。处理过程中每隔十分钟搓 揉一次，以使原料与药液能充分均匀反应。4.磨 浆原料经预浸渍后，带药液用国产 GNW300 型高浓磨浆机磨浆，盘间隙0.15mm，磨浆浓度 15。磨后的纸浆采用 PFI 法打 浆 ，PFI 磨 法 参 照 GBT1463-1992 控制打浆浓度约为 60SR。5. 工艺条件的选择在预浸渍前添加化学预处理工艺，通过化学药品对原料进行处理 ，可以实现纤维的软化，在机械分离纤维时能较多地分离出完整的纤维，使长纤维分级增加，提高纸浆的强度，并降低磨浆能耗，之后进行一段预浸渍，最后再增加一段漂白工艺。常用的制浆工艺经过改良后，有助于成浆强度和白度的提高可以使开发出的绿竹改良浆料的强度和白度缓冲包装用纸的要求。因此用绿竹作为生产缓冲包装材料也是一种清洁原料。2.2.3 利用废弃纤维制造缓冲包装材料工艺1、 发展现状 为缓解聚苯乙烯泡沫塑料 EPS 和聚乙烯泡沫塑料缓冲包装引起的环境污染问题 ,科研工作者和企业都在努力研制出形式各样的环保替代产品 可降解塑料、蜂窝纸板、纸浆模塑产品 ,并被广泛应用在各个领域。但这些产品在使用中又出现了各种各样的问题 ,如可降解塑料往往并不能真正完全降解 ,完全具有可降解性的塑料 ,生产成本高,价格昂贵 ,处理条件严格 ,推广应用受到限制 ;蜂窝纸板压缩回复性差 ,制作工艺复杂 ,生产自动化程度低 ,成本高;纸浆模塑产品致命的弱点是其结构强度与缓冲性能不及 EPS 发泡塑料 ,到目前为止仍只能使用在小型物品如手机等的内衬包装上,对于一些大型家电产品 如电视机、冰箱等 的包装仍需使用发泡塑料。近几年来 ,国内外研究者又将目光投向植物纤维发泡包装材料的研究上 ,已取得了初步的进展 。本研究从简单的实验方案入手 ,选用废纸为原料 ,采用发泡剂进行一步成型法成型工艺的探索 ,研究影响纸浆发泡效果的因素。14纸浆模塑制品原料基本上是废纸 ,它已成为回收纸张的一大消费行业。办公废纸的纤维较为均一 ,其废纸浆中的油墨和胶粘剂对制造发泡材料过程不会有影响 ,因此优先选择办公废纸为主要纤维原料。废纸原料的状态对制品的空隙率、密度有重大影响。从理论上讲,纸片越大、纤维越粗 ,制品的密度将会越小。具体到实际操作上 ,纸屑越大越多 ,纸屑因相互搭结而使成品密度降低 ,空隙率增加 ,但这种搭结是一种松散的结构 ,其形成的空间不一定是密闭的 ,会造成发泡生成的气体逃逸 ,使结构松散 ,压缩强度降低。废纸破碎成细小纤维 ,与粘合剂混合时形成封闭空间 ,减少发泡气体的逃逸 ,使发泡效果提高 ,空隙率提高 ,能获得较均匀的发泡体。 湿 纸 浆2-干 纸 毛 图 51 使用湿纸浆和干纸毛的样品的 曲线15湿 纸 浆2-干 纸 毛 图 52 使用湿纸浆和干纸毛样品的 曲线C我们分别用打浆机和干粉机将废纸处理成湿纸浆和干纸毛 ,干纸毛里混有少量纸屑 ,用这两种材料来实验 ,发现其发泡情况和样品密度没多少区别。图 1 为两者的静态压缩性能曲线 ,所用胶粘剂为 PVA,发泡剂为 NaHCO3 ,从图上可看出两种处理方式对其缓冲性能没有太大影响。2、发泡剂的选择在植物纤维发泡的研究上 ,现使用较多的是碳酸氢铵、碳酸按、碳酸氢钠、柠檬酸。当物料填充进模具后 ,随着温度上升至一起泡点 ,发泡剂开始分解发气 ,温度继续上升发气量逐步加大, 同时浆料中的粘合剂及其它助剂也开始发生作用,有效保住气泡并形成均匀稳定的泡体 ,这是目前所知的发泡成型机理 。因此 ,发泡剂要与粘合剂匹配。资料表明:如果在粘合剂产生作用之前产气 ,则气体就会逃逸;如果在完全粘合后产气 ,则不能形成气泡 。因此发气、粘合、形成气泡是复杂的过程,在发泡剂选型、确定相应组分用量进行复配时必须充分考虑这一点。本研究曾试验过用碳酸氢铵发泡剂 ,加热后体系迅速膨胀 ,温度降低后又迅速回缩。使用碳酸氢钠发泡剂 ,也很难观察到体积膨胀现象 ,特别是当使用淀粉类胶粘剂时 ,很难观察到泡孔 ,可能是纤维间结合力较大 ,碳酸氢钠分解产生的气体不足以16在纤维间形成气泡。经一系列试验后 ,我们发现碳酸氢钠与柠檬酸的复合发泡剂能取得较好的发泡效果 ,柠檬酸在常温下就能与碳酸氢钠剧烈反应 ,产生的气体迅速冲开纤维 ,使结构疏松。当碳酸氢钠相对于柠檬酸过量时 ,在常温下进行一次发泡 ,当温度升高时,过量的碳酸氢钠分,进行二次发泡。图 53 使用不同发泡剂的样品的 曲线图 54 使用不同发泡剂的样品的 曲线C17图 53 和 54 是以 CMC/NR 为胶粘剂使用不同发泡剂制备的样品的静态压缩性能曲线。由 - 曲线可看出 ,制备出的缓冲包装材料应力随应变的增加而逐渐增加 ,与 EPS 泡沫塑料的应力 应变曲线相似 ,当施加相同的应力时 ,添加柠檬酸的样品产生的应变更大 ,对包装物的缓冲作用更强。缓冲系数是包装设计中极为重要的一个参数,缓冲系数 C 越小 ,缓冲效率就越大 ,单位体积吸收的冲击能量就越多 ,缓冲性能越好 ,刚性越差。由 曲线可看出 ,在相同的应力条件下 ,添加柠檬酸的样品缓冲系数较小 ,则缓冲性能较好。3、胶粘剂的选择与含量胶粘剂起着保住气泡的作用 ,在纤维中形成泡孔,达到发泡的效果,同时又起着粘合的作用 ,使制品成型 ,具有一定的强度。因此 ,胶粘剂一方面要能满足工艺成型的要求 ,要具有良好的成膜性 ,能保住气泡 ,形成分布均匀的、稳定的泡体结构 ,另一方面又要保证制品的强度和缓冲性能要求 。胶粘剂的种类和性能直接影响发泡效果、缓冲性能。试验过分别选用纯淀粉、PVA 为单一胶粘剂,发现效果均不理想。淀粉类胶粘剂制得的样品较硬 ,几乎没有弹性 ,且干燥过程中易收缩 ,表面易塌陷。PVA 粘性强 ,使用量少 ,发泡效果优于淀粉类胶粘剂 ,制品外观和缓冲性能大大改善 ,但与 EPS 发泡塑料相比在缓冲性能方面还有一定的差距。于是在淀粉、PVA 的基础上尝试加入天然胶乳 NR 以改善其弹性。实验发现 ,天然胶乳对弹性有一定的改善 ,缓冲性能得到提高 ,且随着天然胶乳加入量的提高,缓冲性能不断改善。以氧化淀粉为例，加入与淀粉同等量的天然胶乳后 ,样品的缓冲系数减小, 曲线形状与 EPS 发泡塑料相似 ,缓冲系数在 5. 0 左右 ,而 EPS 的C缓冲系数在 3. 0 左右。这与天然橡胶自身的性能有关 ,天然胶乳成膜性好 ,能有效保住气泡 ,而天然橡胶本身就具有弹性 ,是制作许多弹性体的原料 ,如床垫、沙发垫和汽车靠垫等 。天然橡胶容易自然降解 ,制成的制品具有理想的降解性 ,符合环保的要求。但是天然胶乳价格昂贵 ,将会导致成本提高 ,同时其本身的粘性有限 ,对纤维粘接不够 ,为得到理想的样品 ,应控制其用量。为了使纤维能够均匀分散 ,加入少量 CMC 作为纤维分散剂 ,同时也发现 CMC 能够有效增加粘性, 而且使样品的缓冲性能有所改善 。CMC 不宜用作主要胶粘剂 ,加入量不宜太大 ,因为 CMC 本身分子链较长 ,容易断链使分子量降低 ,粘性降低 ,加上后续的加热发泡和烘干过程 ,降解过程加剧。同时其含水量高 ,浓18度为 4%的水溶液就具有很大的粘度 ,致使体系中水分含量太高 ,干燥困难。一般CMC 的加入量为主胶粘剂量的 10%左右为宜。选择 PVA/CMC、 PVA/NR、CMC/NR 、PVA/NR/CMC 组合胶粘剂,通过控制用量比例,也都能得到性能较好的缓冲包装材料。但这些配方工艺各有优缺点,比如使用 PVA/CMC 胶粘剂 ,胶粘剂使用量少,但由于 PVA 与 CMC 均为保水性较大的胶粘剂,使得制品干燥困难; PVA/NR 会导致纤维分散不好; CMC/NR 会导致 NR 使用量偏高,成本上升; PVA/NR/CMC 组合综合性能较好,但工艺会较复