第三章 紙漿模塑制品發(fā)泡原理及工藝
3.1紙漿模塑制品的發(fā)泡原理
塑料發(fā)泡是將烴類發(fā)泡劑和成核劑混溶在塑料顆?；蛑榱Ｖ?，塑料熔化到粘流態(tài)，這時(shí)發(fā)泡劑氣化產(chǎn)生氣泡，在塑料中形成泡孔，冷卻后發(fā)泡制品成型。成核劑的用量控制泡孔的大小和數(shù)量，發(fā)泡劑的用量是決定制品密度的主要原因。
食品發(fā)泡是在面粉、淀粉等原料中加入熱水，這樣原料就會具有一定的粘性，當(dāng)水溫為75℃時(shí)，它的粘性達(dá)到最大值。在加熱過程中，發(fā)泡劑會產(chǎn)生的氣體，而面粉或淀粉中的面筋成分就會形成網(wǎng)絡(luò)將氣體包住，使面團(tuán)膨脹形成海綿狀結(jié)構(gòu)。因面粉和淀粉本身具有粘性，所以，生成的氣體不會因?yàn)椴荒鼙３侄莩?，?dǎo)致面團(tuán)塌架。
紙漿發(fā)泡,在紙板厚度增加使紙托強(qiáng)度提高的情況下,使紙托仍有較好的柔性和較大的壓縮變形能力,因而可對被包裝物品提供可靠的保護(hù)。但是，紙漿模塑制品發(fā)泡不同于塑料發(fā)泡和食品發(fā)泡，紙漿在任何情況下都沒有粘性，而且，紙漿纖維短，氣泡不可能在紙漿中保持，即使形成氣泡，也會因?yàn)椴荒茉诩垵{中保持而逸出，這就造成了紙漿模塑制品的發(fā)泡困難。
紙漿模塑制品發(fā)泡，可在紙漿中加入適量的粘結(jié)劑[11]、增塑劑、防腐劑等助劑。發(fā)泡劑與紙漿直接吸附的量不足以達(dá)到較好的發(fā)泡效果，為了在紙漿中均勻地混入足夠的發(fā)泡劑,將發(fā)泡劑先與干燥的紙漿混合,讓發(fā)泡劑被吸附在紙漿上,再加入水?dāng)嚢枋蛊浠旌暇鶆?。這樣就可獲得好的效果。
在紙漿中加入一定量的粘結(jié)劑，與紙漿混合，這樣就會使紙漿具有足夠的粘性，發(fā)泡劑產(chǎn)生氣泡后，氣泡會保持在紙漿中而不逸出，從而在紙漿內(nèi)部形成氣孔，達(dá)到發(fā)泡效果。為了適當(dāng)減少紙漿模塑發(fā)泡制品干燥后的硬度，使其不易過脆，需要在紙漿中在加入一定量的增塑劑?？紤]到紙漿模塑制品的干燥時(shí)間相對較長，在干燥期間，紙漿內(nèi)部會出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象，可在紙漿中加入一定量的酸作為防腐劑，這樣，既可以達(dá)到防霉腐的作用，同時(shí)，在酸與發(fā)泡劑混合后可以產(chǎn)生一定量的氣體，這在一定程度上也起到發(fā)泡的作用。
3.2 發(fā)泡工藝
紙漿發(fā)泡一般有兩種工藝：使用化學(xué)發(fā)泡劑法和不使用化學(xué)發(fā)泡劑法。不使用化學(xué)發(fā)泡劑的發(fā)泡工藝，系通過水蒸氣的作用發(fā)泡，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家如歐美、日本等均采用不添加化學(xué)發(fā)泡劑法，而通過水蒸氣的作用發(fā)泡,形成顆粒型發(fā)泡紙漿的制作工藝，這種方法制作發(fā)泡制品不污染環(huán)境，是最佳的發(fā)泡方法，但制作的設(shè)備和費(fèi)用較使用化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡高，對發(fā)泡工藝的控制也要難一些。而國內(nèi)目前對植物纖維制品發(fā)泡主要是通過化學(xué)發(fā)泡劑的作用發(fā)泡,形成顆粒型發(fā)泡紙漿的制作工藝。制作體積尺寸大、質(zhì)量重的緩沖包裝制品應(yīng)采用兩步法成型；而制作體積尺寸小，質(zhì)量輕的緩沖包裝制品,則可采用整體工藝難度較小的一步法成型工藝。
發(fā)泡工藝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:采用的是整體澆注發(fā)泡成型,其工藝流程為：
物料-混合-制漿-澆注-發(fā)泡成型-熟化-脫模-成品
兩步法成型的工藝特點(diǎn)是:將回收的舊書、報(bào)紙或其他植物纖維經(jīng)粉碎碾成纖維狀,與淀粉按一定的比例混合,制成直徑1～3mm的粒子,混合后的紙漿粒子送入擠壓機(jī)制成圓柱顆粒,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)泡紙漿顆粒做原料,將發(fā)泡紙漿顆粒送入專用的金屬模具中,在金屬模具中進(jìn)行加壓加熱,根據(jù)需要生產(chǎn)制作精度和壁厚與金屬模相應(yīng)的不同形狀的包裝制品。
本試驗(yàn)采用使用化學(xué)發(fā)泡劑的方法。擬采用的發(fā)泡工藝是：將紙漿與發(fā)泡劑、粘合以及助劑充分混合，待靜置一段時(shí)間后，再加入另一助劑，混合均勻，然后對其進(jìn)行烘烤，待冷卻后，脫模成型。紙漿與粘合劑、助劑混合后，在靜置的過程中，紙漿會進(jìn)行第一次發(fā)泡，加入助劑二后，混合物會進(jìn)行第二次發(fā)泡，在烘烤過程中，只將會進(jìn)行第三次發(fā)泡，這次發(fā)泡時(shí)最明顯的。
3.3 影響發(fā)泡的因素
在制造工藝條件確定，粘結(jié)劑及發(fā)泡用各種助劑的配方已確定的條件下,影響發(fā)泡體質(zhì)量的因素主要是發(fā)泡體的原料配比和制造工藝條件,即粘合劑的種類、紙漿和粘結(jié)劑的質(zhì)量比、輔助發(fā)泡劑的種類與用量、發(fā)泡的溫度、以及發(fā)泡的時(shí)間等。
有資料顯示，各個(gè)因素對發(fā)泡的影響，最大的因素是發(fā)泡溫度,其次是紙漿與粘合劑的質(zhì)量比和輔助發(fā)泡劑的用量,影響最小的是發(fā)泡時(shí)間。
各個(gè)因素對發(fā)泡體緩沖性能的影響顯著程度以紙漿和粘結(jié)劑質(zhì)量比為最大,其次是發(fā)泡溫度,發(fā)泡時(shí)間的影響相對較小；由于防腐劑可以與發(fā)泡劑起反應(yīng)，發(fā)泡溫度越高,發(fā)泡劑與防腐劑的反應(yīng)速度越激烈,發(fā)泡效果越好,因此表觀密度也隨之降低,這在滿足強(qiáng)度要求的情況下,有利于提高緩沖材料的使用效果和經(jīng)濟(jì)性。因此發(fā)泡溫度應(yīng)選為130-200℃。在此溫度范圍，發(fā)泡體具有最好的緩沖性能。
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