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植物纤维发泡制品研究

2022-10-25 08:20:27
植物纤维发泡制品,目前用于工业品防震内衬的主要替代产品是纸浆模塑包装制品。它以废旧报纸、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、再经过干燥而成。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、陶瓷和塑料制品、农产品等行业。但其制品过于致密、抗震耐冲击性能大大低于EPS材料。该包装制品的抗震耐冲击性能主要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。目前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需采用EPS发泡塑料制品。因此,这一技术难题至今未能得到有效解决。同时,由于纸浆模塑制品的成本比EPS泡沫塑料制品的加工要高,因而也极大地限制了纸浆模塑制品的发展。
近几年来,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、纸箱纤维及其它植物纤维材料等)以及淀粉添加剂材料制作而成、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。该材料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EPS的制品相当。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。但目前该技术离实现工业化大规模生产还有一定的距离。
一、植物纤维发泡制品的性能和特点
  植物纤维发泡制品的性能特点有如下几点:
  1. 植物纤维发泡包装制品的主要原料是废纸、蔗渣、麦秸、稻草等纤维材料、以及工业淀粉、对环境和回收不造成障碍、有利于产品出口。
  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、该制品可用于替代现在使用的EPS泡沫内衬及填充包装。
  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、防震性能优于纸浆模塑产品。与发泡塑料制品的缓冲性能基本相当、而无须象纸模制品那样须通过复杂的几何形状构成力学结构来增大缓冲性能,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要求加入增强剂、柔软剂、防水剂、防油剂、防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料、可填补纸浆模塑产品至今还无法制作该类包装产品的空白。
二、制作工艺及设备特点
  植物纤维发泡材料与发泡塑料相比,具有生产工艺比较简单、无须多次发泡和冷却工艺的特点。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。
  不用发泡剂的植物纤维发泡制品,采用旧书、报纸或其它纤维材料和淀粉作原料。该发泡制品不需要化学发泡剂,而是通过水蒸汽的作用发泡。其制品生产和使用不会损害环境。用过的制品可以和普通垃圾一样处理、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、纤维发泡制品比泡沫塑料还要便宜、具有广阔的应用前景。
  使用发泡剂的植物纤维发泡制品的制作工艺方法与不用发泡剂植物纤维发泡制品基本相同、只是发泡的媒介不是利用蒸汽、而是采用各种发泡剂。该方法对于发泡的控制比较容易。目前的发泡剂主要有:碳酸氢钠、尿素、4-4一氧代双苯磺酰肼、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使用和回收处理过程中,对环境会造成一定的影响。
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→熟化→脱膜→成品。
  两步法成型的工艺特点是:将回收的旧书报或其它植物经粉碎成纤维状,使其和淀粉按一定的比例混合,在挤压机中制成直径1-3MM的圆柱颗粒。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进行加压加热、制作成相应形状的包装制品。
  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、颗粒彭化机、气力输送机、制品成型机及控制系统、液压系统、空气系统、动力系统、加热系统及其他辅助设备。
三、国内研制现状
  近年来,我国有几所院校正在进行这方面的技术研究开发、并已取得了阶段性的成果。因此,这项技术走出实验室已成为可能。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方面,由于在生产使用后的处理中对环境有可能制造一些不利的影响、故该技术还有待于改进和提高。目前武汉远东绿世界公司和通山科学技术研究所共同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,在高效复合发泡的作用下,经低温发泡选粒、高温发泡成型技术生产而成。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,是塑料泡沫包装材料的极佳替代品。与塑料泡沫包装材料相比,易降解、露天放置24h后能完全消失,比国家标准规定的降解时间高出15%以上。
四、目前存在的问题及对策
  1、重点发展对环境无影响的植物纤维发泡技术。近年我国现有研究开发的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的。由于化学发泡剂对环境会造成不利影响,因而应像发达国家那样,大力开发研究利用水蒸气实现植物纤维的发泡,以彻底避免对环境造成的不利影响。
2、加强植物纤维发泡制品的工业生产技术和设备的研制。近年,无论国内还是国外,对植物纤维发泡制品的研究基本上还处在实验室阶段,还未达到工业化大规模连续生产的要求。为实现这一目标,应在产品的配方、工艺参数的选择、专用设备的研制、专用模具的设计等方面加大研究的力度,尤其是在实现满足连续化,自动化生产的要求方面要有新的突破。
3、对植物纤维发泡包装制品特性进行全面、系统的研究,目前对植物纤维发泡包装制品的性能特点的研究主要集中在单件和实验性方面,而对多件或实际应用的性能参数还未获得验证。因而在这方面应加大研究力度、获得植物纤维发泡包装制品在各种实际使用状态下的性能参数,以便进行有针对性的改进、提高植物纤维发泡包装制品的综合使用性能。

五、国外研究情况
  最近笔者从有关渠道获悉,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替代目前还在广泛使用的EPS发泡材料所制作的工业品防震内衬及衬垫,国外植物纤维发泡制品所采用的方法主要集中在不添加化学发泡剂的工艺方面、原料是通过水蒸气的作用发泡、形成颗粒型发泡纸浆。该制作工艺比采用添加化学发泡剂的工艺方法难度大,但生产和使用对环境无不利影响。目前德国不莱梅PSP公司采用废旧书报纸和面粉作原料、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2∶1的比例混合,混合后的纸浆米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,再用发泡纸颗粒作原料,根据需要生产不同形状的包装制品。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,只用水蒸气,它可以和普通垃圾一样处理。

用过的泡沫纸还可回收,重新加工,它的生产和使用对环境都不会产生不利的影响,从经济效益看,生产同样数量的包装材料,泡沫纸比泡沫塑料便宜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,也可开发成绝缘材料和建筑材料。日本帝人公司开发出了以纸浆做原料的新型环保型发泡材料,该新型发泡材料以天然纸浆为原料,加工成粒状或条状,然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,完全可以用作理想的包装材料。目前这种材料的最大不足是造价较高相当于保丽龙的两倍,该公司现在正在研究新的方法、降低成本。

 

 

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