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植物纤维发泡 缓冲 包装 材料 的成型技术植物纤维发泡缓冲包装材料的成型技术2011-03-1408:55摘要绿色环保产品-植物纤维发泡包装材料制品是EPS发泡塑料包装材料的理想替代品，目前该项技术在国内外还基本处于实验室阶段。植物纤维发泡制品的发泡方法主要有两种:采用化学发泡剂发泡及利用水蒸气发泡，应重点发展对环境无影响的发泡技术。制品的制作方法主要有两种:一步法成型和两步法成型。文章对该产品的制作、工艺及设备特点以及国内外发展的状况进行了介绍。植物纤维发泡制品发泡方法成型技术在缓冲包装领域中，最早使用的缓冲材料是瓦楞纸衬垫、隔板以及废纸条等。在装箱过程中需要大量的手工劳动，缓冲性能并不理想，取而代之的是EPS发泡塑料。我国作为蒙特利尔协议的签约国，正在加大力度，限制和淘汰一批对环境有严重污染的产品。为此，我国于?xml:namespaceprefix=st1ns=urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags/?xml:namespaceprefix=st1/1996年4月1日颁布了固定废弃物环境保护法，法规中规定了三化原则，即对固体废弃物提倡资源化、减量化和无害化。EPS泡沫塑料制品是污染环境的主要产品之一，面临淘汰势在必行。然而，EPS泡沫塑料制品作为包装材料-防震内衬的首选产品，其优越的包装性能以及低廉价格，至今还没有寻找到理想的替代物。目前主要的替代产品是纸浆模塑防震内衬包装制品，是以废旧报纸、纸箱纸等植物纤维为主要原材料经水力机械碎浆、模具真空吸附成型，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、家电、电脑、玻璃、陶瓷和泡沫塑料制品、农产品等行业。但由于其制品过于致密，抗震耐冲击性能大大低于EPS材料，该产品制品的抗震耐冲击性能主要是通过制品的几何结构来保证，由于受到模具结构及加工的影响，制品的发展受到很大的制约，只能制作小型包装衬垫，而制作大型家电产品的包装衬垫及填充仍然采用EPS发泡塑料制品，这一技术难题至今未能得到有效解决。同时，由于纸浆模塑成本比EPS泡沫制品的成本要高，因而也极大地限制了纸浆模塑制品的发展。近几年，一种新型的包装制品材料-植物纤维发泡包装制品及其成型技术正在研究开发中，该制品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制作而成，该新型包装制品材料具有不污染环境、制作工艺简单、成本低廉、原料来源广、防震隔震性能优于纸浆模塑制品等优点，不仅可以制作防震内衬，也可替代EPS制作填充颗粒物体，其效果与23!的制品基本相当。国内外在进行发泡型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的成果。其实验室制成的样品，足以显示出该产品的发展具有巨大的市场潜力。然而，目前该技术离实现工业化大规模的生产还有一定的距离。一、植物纤维发泡制品的性能特点1.植物纤维发泡包装制品的主要原料是废纸蔗渣、麦秸、稻草等以及工业淀粉，不会对环境和回收造成障碍，有利于生产商的产品出口。2.植物纤维发泡包装制品适用范围广泛。随着植物纤维发泡技术的进步，现在使用EPS泡沫做内衬及填充包装的产品都可以被替代。3.综合成本低。植物纤维发泡产品与纸浆模塑产品相比，工艺简单，无须形状复杂的成型模及热压模，生产时间及周期短，能耗和原料成本低。4.防静电、防腐蚀性能优于EPS发泡材料，防震隔震性能则优于纸浆模塑产品，与发泡塑料制品的缓冲性性能基本相当，而无须象纸模制品通过其复杂的几何形状构成的力学结构形成的缓冲性，降低了制品的制作难度。5.在力值检测中吸震和抗震均优于纸浆模塑产品，并可按不同被包装产品的要求加入施强剂、柔性剂、防水剂、防油剂、阻燃剂等多种辅助添加剂，实现多种功能。6.可制作大型家电产品及电子产品的包装衬垫及填充，可填补纸浆模塑产品至今还无法制作该类包装产品的空缺。二、制作工艺及设备特点植物纤维发泡与发泡塑料相比，具有生产工艺比较简单，无须多次发泡和冷却的特点。植物纤维发泡制品的发泡工艺主要有两种:使用化学发泡剂及不用化学发泡剂。不用发泡剂植物纤维发泡制品是采用旧书废报纸或其他纤维和淀粉作原料。该发泡制品不需要化学发泡剂，而是通过水蒸气的作用发泡。发泡纤维制品生产和使用都具有对环境有益的特性，可以和普通垃圾一样处理，用过的纤维制品还可以回收，重新加工。从经济效益来看，生产同样数量的包装材料，纤维产品比泡沫塑料要便宜，纤维制品具有很大的应用前景。使用发泡剂的植物纤维发泡制品的制作工艺与不用发泡剂植物纤维制品基本相同，只是生产发泡的媒介不是利用水蒸气，而是采用各种发泡剂的作用发泡。该方法对于发泡的控制相对要容易些，目前的发泡剂主要有:碳酸氢钠、尿素、4，4-氧代双苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酰肼等，其中有些发泡剂对环境有不利的影响，因而如果选用不当，在生产过程中以及在用后的处理过程中会对环境造成一定的影响。植物纤维发泡制品的制作方法主要有两种:一步法成型和两步法成型。一步法成型的工艺特点是:采用的是整体浇注发泡成型，其工艺流程主要为:物料混合制浆浇注发泡成型熟化脱模成品。两步法成型的工艺特点是:将回收的旧书报纸或其他植物经粉碎碾成纤维状，使其和淀粉按一定的比例混合，与淀粉混合制成直径13毫米的粒子，混合后的纸浆粒子送入挤压机制成圆柱颗粒，在挤压过程中，原料受水蒸气作用发泡，形成颗粒型发泡纸浆，再用发泡纸浆颗粒作原料，将发泡纸浆颗粒送入专用的金属模具中，在金属模具中进行加压加热，根据需要生产制作精度和壁厚与金属模相应的、不同形状的包装制品材料。生产植物纤维发泡制品的生产线主要有下列设备组成:粉碎机、混炼机、反应釜、颗粒膨化机、气力输送机、制品成型机以及控制系统、液压系统、空气系统、动力系统、加热系统和其他辅助设备。三、国外研制情况目前，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，期望该新型包装材料能够替代目前还在广泛使用的EPS发泡材料。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对环境无不利影响。目前发达国家在该项技术上已取得较为显著成绩的有以下几家:德国不莱梅PSP公司采用旧书、废报纸和面粉作原料开发出发泡纸生产工艺，它的生产工序是先将回收的旧书报纸切成碎条，再碾成纤维状纸浆，使其和面粉以21的比例混合，混合后的纸浆注入挤压机压成圆柱颗粒;在挤压过程中，原料受水蒸气作用发泡，形成发泡纸，用发泡纸颗粒作原料，可以根据需要生产不同形状的包装材料，发泡纸相对泡沫塑料而言，其生产工艺比较简单，可以一次成型，免去多次发泡和冷却的工艺。该发泡纸的发泡不需要化学添加剂，只需水蒸气，它可以和普通垃圾一样处理，用过的泡沫纸还可以回收，重新加工，它的生产和使用对环境都不会产生不利的影响。从经济效益来看，生产同样数量的包装材料，泡沫纸比泡沫塑料要便宜10%。这种泡沫纸具有很大的应用前景，它不仅可以作为包装材料，还可以开发成绝缘材料和建筑材料。日本帝人公司开发出以纸浆做原料的新型环保型发泡材料，该发泡材料以天然纸浆为原料，加工成粒状或条状，加热后很容易塑成各种形状，材料的发泡率较高，膨胀后和传统的发泡材料保丽龙一样轻，有相同的吸收冲击性能，完全可以作理想的包装材料。目前这种材料的最大不足是造价较高，该公司现在还未批量生产，正在设法降低成本。日本工业技术研究所开发了用废纸作原料干式纸浆发泡法技术，这种废纸无须用水溶化。该制作包装材料的技术与以前的湿式纸浆模法相比，所制出的产品具有更好的生物分解性，不会造成二次公害。该项技术是将废纸粉碎到5mm2以下，与淀粉浆糊混合制成直径13毫米的粒子，将粒子吹入处于开启状态的金属模后，再关闭金属模进行加压加热，浆糊中含有的水分在加热过程中从通气孔排出，可制作精度和壁厚与金属模相应的包装制品。在制作发泡状包装材料时，可预先将废纸和淀粉浆糊的小粒发泡，该发泡体涂上淀粉浆糊吹入金属模，或者对小粒子加入发泡材料在金属模内使之发泡。由于该项技术不需用大量的水，因而无需象湿式纸浆模产品需要干燥流水线和废水处理设备。四、国内研制现状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。可以认为，这项技术走出实验室已有可能。国内所开发研究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，即采用发泡剂产生发泡，原料是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较为简单，但如发泡剂选择不当，该类植物纤维发泡的方法及制品在生产过程和使用后的处理对环境有可能造成一些不利的影响，故该项技术还有待于改进和提高，目前已有下列几家单位在该项技术的开发研究中取得了一些进展:广东工业大学对纸浆吸浆制品的发展技术进行了研究，提出了使纸制品低温发泡一般不应超过150的方法，发泡可以在模腔外进行，也可以在制品的烘干过程中进行。并对发泡纸托的性能和结构特点进行了初步研究。研究认为，制品的拉伸断裂强度因水随发泡剂混入量的增加而降低，达到某一临界值时，断裂强度开始急剧下降。在发泡度不太大时，随发泡度的增加，跌落最大高度增加，但当发泡度达到某一临界值时，随发泡度的增加，跌落最大高度减小。大连轻工业学院进行了干法纸浆模铸制备轻体包装材料技术的研究，其主要的工艺为:废纸的粉碎、淀粉糊的制备、小粒子的膨化和模铸成型等，其中淀粉的制备与小粒子的膨化是整个生产过程中的技术关键。与湿法成型的纸浆模铸包装材料相比，其干法模铸的工艺使生产过程需蒸发的水分量大为减少，大大降低了生产过程中能量的消耗。南通工学院研究了利用天然植物纤维材料，采用了无机发泡剂，以NaHCO3NH4HCO3为主，并添加胶粘剂及其他添加剂，经发泡制成降解型泡沫包装材料的工艺技术。该技术采用的是整体浇注一步法发泡成型，对模具的要求比较高。现已对产品抗震缓冲性能、压缩强度、泡体泡孔结构、发泡倍数与密度作了初步的研究和测试。武汉远东绿世界公司研制的双发泡植物纤维包装新材料，可用于家电生产企业替代泡沫塑料包装。该材料是用改性淀粉和高纤维填充物为原料，在高效复合发泡剂的作用下，经低温发泡造粒、高温发泡成型技术生产而成。它具有防潮、抗震、抗压、强度好、重量轻、价格低等特点。该材料降解率可达到78.4%，是一种新型环保包装材料。五、发展及对策1.重点发展对环境无影响的植物纤维发泡技术在国内，现有研究开发植物纤维发泡包装制品的发泡方法，主要是采用添加化学发泡剂来进行。但是，有不少化学发泡剂对环境会造成不利的影响，因而应象发达国家所采用的植物纤维发泡技术那样，大力开发研究利用水蒸气的技术，实现植物纤维的发泡，以彻底避免对环境的不利影响。2、加强植物纤维发泡制品的生产型技术及设备的研制当前，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，还未达到实现工业化大规模连续化生产的要求。为实现这一