第一章 前 言
1.1 課題來源
緩沖包裝的內襯件,一般均采用泡沫塑料。塑料制品進入日常生活領域曾經給人們帶來了不少方便,然而一些塑料制品,特別是EPS造成的白色污染也是觸目驚心的,廢棄塑料包裝物進入環(huán)境后,由于很難降解,造成長期的、深層次的生態(tài)環(huán)境問題:首先,廢棄塑料包裝物混在土壤中,影響農作物吸收養(yǎng)分和水分,從而導致農作物減產;第二,拋棄在陸地或水體中的廢舊塑料包裝物,被動物當作食品吞入,導致動物死亡(在動物園、牧區(qū)和海洋中,此類情況已屢見不鮮);第三,混入生活垃圾中的廢舊塑料包裝物很難處理:填埋處理將會長期占用土地,混有塑料的生活垃圾不適合用堆肥處理,分揀出來的廢塑料也因無法保證質量而很難回收利用。
泡沫塑料EPS,因發(fā)泡劑采用氟氯烴系列(F11,F12等),對臭氧層有較大的破壞性,國際上已經禁止使用EPS及F11,F12等發(fā)泡劑。2003年初,歐盟公布了《報廢電子電氣設備指令》和《關于在電子電氣設備中禁止使用某些有害物質指令》兩項法令,對電子電器產品制造提出了更高的環(huán)保要求。業(yè)內人士認為,歐盟的這兩項法令主要針對電子產品的原材料及配件和包裝物[1]。這更加迫切地要求我們尋找一種新型可降解的緩沖發(fā)泡材料。
與EPS相比,由于紙漿模塑制品具有原料來源豐富,成本低,透氣性、柔軟性、剛性和強度好,可對商品具有一定的保護性能和防震緩沖性能、能起到定位、抗壓的作用,且具有通風散熱的特點,因此它主要應用于新鮮水果、食品、家具和其它產品的緩沖襯墊包裝上,同時也可用于非包裝用途的器皿,如植物花盆等。不過,現今的紙漿模塑制品的致命弱點是其結構強度與緩沖性能不及EPS發(fā)泡塑料。紙漿模塑制品雖然已用于產品的緩沖包裝,但由于緩沖效果不佳,目前只適用于雞蛋托,手機等的內襯緩沖材料,生產廠家很難制作出大平面、高深度的紙漿模制品,從而無法滿足大量家電產品如電視機、背投、電腦、顯像管等電子產品包裝的需求。因此,就需要改善紙漿模塑紙品的強度與緩沖性能。
紙漿模塑制品應用于工業(yè)包裝的優(yōu)點,許多文獻都有敘述;國外對紙漿模塑制品進行了實驗研究,認為在一定條件下紙漿模塑制品的緩沖性能優(yōu)于EPS[2]。 圖1.1-1
紙漿模塑制品與EPS發(fā)泡制品性能對照表[3]
項 目
紙漿模塑制品
EPS發(fā)泡制品
環(huán)境保護
可完全回收,再生利用
材料體積龐大,不會分解,是白色污染源
緩沖性
有一定的緩沖性
有很好的緩沖性
比 重
較大
小
單 價
略高于EPS
便宜
產 量
可連續(xù)生產
大量生產
倉 儲
堆置空間較小
堆置空間龐大
危險性
不具自燃性
易燃
項 目
紙漿模塑制品
EPS發(fā)泡制品
防 震
較好
好
毒 性
燃燒完全無毒
有毒
防潮性能
可吸收部分水分
不具防潮性
資源回收
100%資源回收
不可回收
資源再生
可再生
不可再生
市場前景
受價格制約
面臨淘汰
原料來源
再生紙制品、廢紙漿
來源無法掌握,單價偏高
如何來提高紙漿模塑制品的緩沖性能呢?本課題擬采用紙漿模塑制品發(fā)泡技術。但是,在紙漿模塑發(fā)泡方面,目前國內外尚無完整的或成熟的可參考的資料和技術,因此,需要通過試驗研究,尋找到一種方法,使紙漿模塑能夠發(fā)泡,進而達到提高它的緩沖性能的目的。$分頁符$
1.2 本課題國內外研究狀況及發(fā)展趨勢
紙漿模塑制品的環(huán)保性能已經無可否認,但如何采用發(fā)泡技術來提高它的緩沖性能呢?雖然目前市場上尚無理想的紙漿模塑發(fā)泡制品,但是國內外的一些研究機構已經取得了一定的成果。
1. 廣東工業(yè)大學對紙漿真空成形制品的發(fā)泡技術進行了研究,提出了紙制品低溫發(fā)泡(一般不應超過150℃)的方法。發(fā)泡可以在模腔外進行,也可在制品的烘干過程中進行。該大學還對發(fā)泡紙托的性能和結構特點進行了初步研究。
2. 大連輕工業(yè)學院進行了干法紙漿模鑄制備輕體包裝材料技術的研究。
3. 南通工學院研究了利用天然植物纖維材料,采用無機發(fā)泡劑(以NaHCO3、NH4HCO3為主)和膠粘劑及其他添加劑,通過整體澆注,一步法發(fā)泡成型。
在EPS替代品方面,一些發(fā)達國家也已取得了顯著的成績:
1. 德國不萊梅PSP公司采用廢舊書報紙和面粉作原料,開發(fā)出發(fā)泡紙生產工藝。
2. 日本工業(yè)技術研究所開發(fā)了用廢紙作原料的干式紙漿發(fā)泡技術。
3. 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,加熱后很容易塑成各種形狀[4]。
這些資料雖已顯示紙漿發(fā)泡可以實現,但仍屬于實驗室研究范圍,沒有具體的發(fā)泡配方與發(fā)泡工藝用以借鑒和參考。而且,目前市場上也尚未出現紙漿模塑發(fā)泡制品,因此需要查詢塑料或食品發(fā)泡的相關資料,通過不斷的試驗,研究出一種能夠使紙漿模塑制品發(fā)泡的工藝方法。
1.3 主要研究內容
該課題主要以實驗為主,通過兩種工藝對紙漿進行發(fā)泡,即使用化學發(fā)泡劑法(碳酸氫鈉,碳酸氫銨,尿素等)和不使用化學發(fā)泡劑法(水蒸氣),由于第二種方法對制作的設備和費用的要求較高,對發(fā)泡工藝的控制較難[5],實驗室難以實現,因此,本研究采用第一種發(fā)泡方法進行試驗。分析發(fā)泡劑及助劑的作用,確定試驗方案。
目前,紙漿模塑制造工藝雖已成熟,也有相關資料顯示可以通過發(fā)泡工藝提高紙漿模塑制品的緩沖性能,但紙漿模塑制品發(fā)泡領域仍處于初步探索階段,目前尚無具體的發(fā)泡方法可供查閱,因此,我們需要根據相關的資料,根據已有試驗結果的分析和成品性能的測試數據確定紙漿用量,粘合劑用量,干燥溫度以及干燥時間等,查閱相關資料提出幾個實驗方案,做出成品,然后通過大量的試驗優(yōu)化試驗配方,得出最佳實驗制訂試驗方案,通過大量的實驗,不斷摸索,不斷改進,制定出合理的配方,實現制漿模塑制品的發(fā)泡。
1.4 研究本課題的意義
目前,無污染、無公害、可回收利用的“綠色包裝”正在全世界悄然興起。紙箱、紙袋、紙桶、紙漿模塑制品已成為現代包裝工業(yè)的重要組成部分,紙制品由于具有質輕、易加工、成本低、廢棄物易回收處理等特性,廣泛用于運輸包裝和系統(tǒng)包裝。
目前,國外紙漿模塑技術在工業(yè)包裝中應用非常廣泛。在美國,紙漿模塑制品用紙基本上是廢紙,每年用紙大約為450000噸,從1997年開始每年以40%的速度增長,2000年已經增長到810000噸。從1989年開始,美國約有600家工廠生產紙漿、紙和紙板以及相關制品,其中有200家基本上全是利用廢紙作為原料,另外300家在生產過程中50%采用廢紙。紙漿模塑包裝的巨大需求量,已使它成為回收紙張的第三大消費行業(yè)。
紙漿模塑發(fā)泡制品替代泡沫塑料,將有利于保護環(huán)境;有利于資源綜合利用;紙漿模塑制品包裝適用廣泛,現使用泡沫作為內襯的產品基本上都可以用紙漿模塑制品來代替;塑料制品包裝食品水分不易揮發(fā),易發(fā)霉腐爛,而紙制品有透水透氣性能,從而達到防腐效果[6]。
隨著我國加入WTO 和經濟全球化的發(fā)展,對外貿易快速增長,企業(yè)將面臨新的機遇和挑戰(zhàn),產品包裝與國際市場接軌日顯重要。尤其是目前歐盟對中國家用電器的進口配額解凍,歐盟正成為我國家用電器出口的重要市場。但歐盟各國對木質和EPS塑料等包裝材料及其包裝廢棄物都有嚴格的限制和規(guī)定。歐盟1991年頒布的歐盟包裝與環(huán)境法規(guī)明確規(guī)定:“在運輸包裝和銷售包裝中避免使用聚苯乙烯(PS)泡沫,用紙漿模塑制品代替。”為降低廢棄物回收再生費用,避免“綠色”貿易壁壘,保護生態(tài)環(huán)境,研究、開發(fā)、生產、推廣及應用蜂窩紙板、紙漿模塑等綠色包裝材料已勢在必行[7]。
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