植物纖維發(fā)泡制品,目前用于工業(yè)品防震內(nèi)襯的主要替代產(chǎn)品是紙漿模塑包裝制品。它以廢舊報(bào)紙、紙箱紙等植物纖維為主要原材料，經(jīng)水力機(jī)械碎漿、模具真空吸附成型、再經(jīng)過干燥而成。其產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域可涵蓋電子、機(jī)械零部件、工業(yè)儀表、電工工具、家電、電腦、玻璃、陶瓷和塑料制品、農(nóng)產(chǎn)品等行業(yè)。但其制品過于致密、抗震耐沖擊性能大大低于EPＳ材料。該包裝制品的抗震耐沖擊性能主要通過制品的幾何結(jié)構(gòu)來保證，由于受到模具結(jié)構(gòu)及加工的影響、制品的發(fā)展受到很大的制約。目前只能制作小型包裝襯墊、而制作大型家電產(chǎn)品的包裝襯墊及填充仍需采用EPＳ發(fā)泡塑料制品。因此，這一技術(shù)難題至今未能得到有效解決。同時(shí)，由于紙漿模塑制品的成本比EPＳ泡沫塑料制品的加工要高，因而也極大地限制了紙漿模塑制品的發(fā)展。
近幾年來，一種新型的包裝制品材料——植物纖維發(fā)泡包裝制品及其成型技術(shù)正在研究開發(fā)中。該制品是以植物纖維（廢舊報(bào)紙、紙箱纖維及其它植物纖維材料等）以及淀粉添加劑材料制作而成、具有不污染環(huán)境、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、原料來源廣、防震隔震性能優(yōu)于紙漿模塑制品。該材料不僅可以制作防震內(nèi)襯、也可替代EPＳ制作填充顆粒物體，其效果與EPＳ的制品相當(dāng)。國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行發(fā)泡型植物纖維緩沖包裝材料的制作及機(jī)理方面的研究、已取得了不同程度的階段性成果。其實(shí)驗(yàn)室制成的樣品、足以顯示出該產(chǎn)品的發(fā)展具有巨大的市場(chǎng)潛力。但目前該技術(shù)離實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)還有一定的距離。
一、植物纖維發(fā)泡制品的性能和特點(diǎn)
植物纖維發(fā)泡制品的性能特點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：
1. 植物纖維發(fā)泡包裝制品的主要原料是廢紙、蔗渣、麥秸、稻草等纖維材料、以及工業(yè)淀粉、對(duì)環(huán)境和回收不造成障礙、有利于產(chǎn)品出口。
2.植物纖維發(fā)泡包裝制品適用范圍廣泛。隨著植物纖維發(fā)泡技術(shù)的進(jìn)步、該制品可用于替代現(xiàn)在使用的EPS泡沫內(nèi)襯及填充包裝。
3.綜合成本低。植物纖維發(fā)泡產(chǎn)品與紙漿模塑產(chǎn)品相比、工藝簡(jiǎn)單、無(wú)須形狀復(fù)雜的成型模及熱壓模、生產(chǎn)時(shí)間及周期短、能耗和原料成本低。
4.防靜電、防腐蝕性能優(yōu)于EPＳ發(fā)泡材料、防震性能優(yōu)于紙漿模塑產(chǎn)品。與發(fā)泡塑料制品的緩沖性能基本相當(dāng)、而無(wú)須象紙模制品那樣須通過復(fù)雜的幾何形狀構(gòu)成力學(xué)結(jié)構(gòu)來增大緩沖性能，降低了制品的制作難度。
5.在力值檢測(cè)中、吸震和抗震均優(yōu)于紙漿模塑產(chǎn)品、并可按不同被包裝產(chǎn)品要求加入增強(qiáng)劑、柔軟劑、防水劑、防油劑、防燃劑等多種輔助添加劑，實(shí)現(xiàn)多種功能。
6.可制作大型家電產(chǎn)品及電子產(chǎn)品的包裝襯墊及填充料、可填補(bǔ)紙漿模塑產(chǎn)品至今還無(wú)法制作該類包裝產(chǎn)品的空白。
二、制作工藝及設(shè)備特點(diǎn)
植物纖維發(fā)泡材料與發(fā)泡塑料相比，具有生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單、無(wú)須多次發(fā)泡和冷卻工藝的特點(diǎn)。植物纖維發(fā)泡制品的發(fā)泡工藝主要有兩種：使用化學(xué)發(fā)泡劑及不用化學(xué)發(fā)泡劑。
不用發(fā)泡劑的植物纖維發(fā)泡制品，采用舊書、報(bào)紙或其它纖維材料和淀粉作原料。該發(fā)泡制品不需要化學(xué)發(fā)泡劑，而是通過水蒸汽的作用發(fā)泡。其制品生產(chǎn)和使用不會(huì)損害環(huán)境。用過的制品可以和普通垃圾一樣處理、還可以回收、重新加工。從經(jīng)濟(jì)效益來看、生產(chǎn)同樣數(shù)量的包裝材料、纖維發(fā)泡制品比泡沫塑料還要便宜、具有廣闊的應(yīng)用前景。
使用發(fā)泡劑的植物纖維發(fā)泡制品的制作工藝方法與不用發(fā)泡劑植物纖維發(fā)泡制品基本相同、只是發(fā)泡的媒介不是利用蒸汽、而是采用各種發(fā)泡劑。該方法對(duì)于發(fā)泡的控制比較容易。目前的發(fā)泡劑主要有：碳酸氫鈉、尿素、4-4一氧代雙苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酰肼等。其中有些發(fā)泡劑對(duì)環(huán)境有不利的影響、因而如果選用不當(dāng)，在生產(chǎn)過程中以及在使用和回收處理過程中，對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定的影響。
植物纖維發(fā)泡制品的制作方法主要有兩種：一步法成型和兩步法成型。
一步法成型的工藝特點(diǎn)是：采用整體澆注發(fā)泡成型。其工藝流程主要為：物料→混合→制漿→澆注→發(fā)泡→熟化→脫膜→成品。
兩步法成型的工藝特點(diǎn)是：將回收的舊書報(bào)或其它植物經(jīng)粉碎成纖維狀，使其和淀粉按一定的比例混合，在擠壓機(jī)中制成直徑1-3MM的圓柱顆粒。在擠壓過程中，原料受水蒸氣作用發(fā)泡、形成顆粒型發(fā)泡紙漿。再用發(fā)泡紙漿顆粒作原料，將發(fā)泡紙漿顆粒送入專用的金屬模具中進(jìn)行加壓加熱、制作成相應(yīng)形狀的包裝制品。
植物纖維發(fā)泡制品的生產(chǎn)線主要有下列設(shè)備組成：粉碎機(jī)、混煉機(jī)、反應(yīng)釜、顆粒彭化機(jī)、氣力輸送機(jī)、制品成型機(jī)及控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)及其他輔助設(shè)備。
三、國(guó)內(nèi)研制現(xiàn)狀
近年來，我國(guó)有幾所院校正在進(jìn)行這方面的技術(shù)研究開發(fā)、并已取得了階段性的成果。因此，這項(xiàng)技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室已成為可能。國(guó)內(nèi)所開發(fā)研究的植物纖維發(fā)泡制品的工藝方法、主要集中在使用添加化學(xué)發(fā)泡劑，即采用發(fā)泡劑產(chǎn)生發(fā)泡方面，由于在生產(chǎn)使用后的處理中對(duì)環(huán)境有可能制造一些不利的影響、故該技術(shù)還有待于改進(jìn)和提高。目前武漢遠(yuǎn)東綠世界公司和通山科學(xué)技術(shù)研究所共同研制的雙發(fā)泡植物纖維包裝新材料，可用于家電生產(chǎn)企業(yè)替代泡沫塑料包裝。該材料是用改性淀粉和高纖維填充物為原料，在高效復(fù)合發(fā)泡的作用下，經(jīng)低溫發(fā)泡選粒、高溫發(fā)泡成型技術(shù)生產(chǎn)而成。具有防潮、抗震、抗壓、強(qiáng)度好、重量輕、價(jià)格低等特點(diǎn)，該材料降解率可達(dá)到78.4%，是一種新型環(huán)保包裝材料，是塑料泡沫包裝材料的極佳替代品。與塑料泡沫包裝材料相比，易降解、露天放置24ｈ后能完全消失，比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的降解時(shí)間高出15%以上。
四、目前存在的問題及對(duì)策
1、重點(diǎn)發(fā)展對(duì)環(huán)境無(wú)影響的植物纖維發(fā)泡技術(shù)。近年我國(guó)現(xiàn)有研究開發(fā)的植物纖維發(fā)泡包裝制品的發(fā)泡方法主要是采用添加化學(xué)發(fā)泡劑來進(jìn)行的。由于化學(xué)發(fā)泡劑對(duì)環(huán)境會(huì)造成不利影響，因而應(yīng)像發(fā)達(dá)國(guó)家那樣，大力開發(fā)研究利用水蒸氣實(shí)現(xiàn)植物纖維的發(fā)泡，以徹底避免對(duì)環(huán)境造成的不利影響。
2、加強(qiáng)植物纖維發(fā)泡制品的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的研制。近年，無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，對(duì)植物纖維發(fā)泡制品的研究基本上還處在實(shí)驗(yàn)室階段，還未達(dá)到工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)在產(chǎn)品的配方、工藝參數(shù)的選擇、專用設(shè)備的研制、專用模具的設(shè)計(jì)等方面加大研究的力度，尤其是在實(shí)現(xiàn)滿足連續(xù)化，自動(dòng)化生產(chǎn)的要求方面要有新的突破。
3、對(duì)植物纖維發(fā)泡包裝制品特性進(jìn)行全面、系統(tǒng)的研究，目前對(duì)植物纖維發(fā)泡包裝制品的性能特點(diǎn)的研究主要集中在單件和實(shí)驗(yàn)性方面，而對(duì)多件或?qū)嶋H應(yīng)用的性能參數(shù)還未獲得驗(yàn)證。因而在這方面應(yīng)加大研究力度、獲得植物纖維發(fā)泡包裝制品在各種實(shí)際使用狀態(tài)下的性能參數(shù)，以便進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)、提高植物纖維發(fā)泡包裝制品的綜合使用性能。
五、國(guó)外研究情況
最近筆者從有關(guān)渠道獲悉，歐美及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家為尋求無(wú)污染的新型環(huán)保包裝材料，正在加緊進(jìn)行植物纖維發(fā)泡技術(shù)的研究，期望該新型包裝材料能替代目前還在廣泛使用的EPS發(fā)泡材料所制作的工業(yè)品防震內(nèi)襯及襯墊，國(guó)外植物纖維發(fā)泡制品所采用的方法主要集中在不添加化學(xué)發(fā)泡劑的工藝方面、原料是通過水蒸氣的作用發(fā)泡、形成顆粒型發(fā)泡紙漿。該制作工藝比采用添加化學(xué)發(fā)泡劑的工藝方法難度大，但生產(chǎn)和使用對(duì)環(huán)境無(wú)不利影響。目前德國(guó)不萊梅PSP公司采用廢舊書報(bào)紙和面粉作原料、開發(fā)出發(fā)泡紙生產(chǎn)工藝。它的生產(chǎn)工序是先將回收的舊書報(bào)紙切成碎條，再碾成纖維狀紙漿，使其和面粉以2∶1的比例混合，混合后的紙漿米注入擠壓機(jī)壓成圓柱顆粒，在擠壓過程中，原料受水蒸氣作用發(fā)泡、形成發(fā)泡紙，再用發(fā)泡紙顆粒作原料，根據(jù)需要生產(chǎn)不同形狀的包裝制品。發(fā)泡紙相對(duì)泡沫塑料而言，其生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，可以一次成型，免去多次發(fā)泡和冷卻的工藝，該發(fā)泡紙的發(fā)泡不需要化學(xué)添加劑，只用水蒸氣，它可以和普通垃圾一樣處理。
用過的泡沫紙還可回收，重新加工，它的生產(chǎn)和使用對(duì)環(huán)境都不會(huì)產(chǎn)生不利的影響，從經(jīng)濟(jì)效益看，生產(chǎn)同樣數(shù)量的包裝材料，泡沫紙比泡沫塑料便宜10%。這種泡沫紙具有很大的應(yīng)用前景，它不僅可以作為包裝材料，也可開發(fā)成絕緣材料和建筑材料。日本帝人公司開發(fā)出了以紙漿做原料的新型環(huán)保型發(fā)泡材料，該新型發(fā)泡材料以天然紙漿為原料，加工成粒狀或條狀，然后很容易塑成各種形狀。材料的發(fā)泡率較高，膨脹后和傳統(tǒng)的發(fā)泡材料保麗龍一樣輕、有相同的吸收沖擊性能，完全可以用作理想的包裝材料。目前這種材料的最大不足是造價(jià)較高相當(dāng)于保麗龍的兩倍，該公司現(xiàn)在正在研究新的方法、降低成本。
上海國(guó)際植物纖維模塑產(chǎn)業(yè)展(南京)
2022.12.27-29
上海國(guó)際植物纖維模塑產(chǎn)業(yè)展（IPFM Shanghai）是包裝部落和美獅傳媒集團(tuán)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，共同打造的植物纖維模塑產(chǎn)業(yè)專屬的商貿(mào)交流盛會(huì)。聚焦植物纖維模塑智能精益制造、原輔材料革新和制品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和應(yīng)用，彰顯植物纖維模塑綠色力量的無(wú)限潛力。在全球禁塑和中國(guó)雙碳政策下，賦能產(chǎn)業(yè)高效拓展全球無(wú)限應(yīng)用商機(jī)。
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