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环保型缓冲衬垫的研发及应用分析(下)

3纸浆模塑制品

纸浆模塑起始于20世纪60年代,具有制造成本低,不污染环境,可回收利用等优点,成为替代EPS等泡沫塑料的环保型缓冲材料。

文献[12

]在研究纸浆模塑制品缓冲性能、结构和所受的载荷的基础上,提出了纸浆模塑的缓冲机理,并利用有限元方法模拟载荷下的响应,研究表明纸浆模塑制品的结构对缓冲性能起主要作用。文献[

13

]将废纸箱预处理制得的纸浆中加入淀粉胶粘剂,模压成型后采用物理成孔方法制成新型纸浆模塑缓冲衬垫。并通过静态压缩试验得到新型材料的弹性状态方程、静态应力-

应变曲线、缓冲系数-

应力曲线,实验表明这种采用物理发泡方法制成的纸浆模塑缓冲衬垫节约材料、成本低、透气性好,具有一般纸浆模塑材料的优点又独具特色。文献[

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]用试验测试方法,分析了肋状结构单元的静态压缩曲线、缓冲结构单元发生弹性变形的极限载荷和最大载荷比值、缓冲结构单元数与承受最大载荷之间的关系,并根据纸浆模塑缓冲结构单元的静态压缩曲线,研究了纸浆模塑缓冲包装结构设计的原理。文献对纸浆模制品结构缓冲性能进行了研究,得出纸浆模制品结构(如壁厚、高度、侧壁斜度、承载边长和过渡圆角半径抗敏用品)对其缓冲性能影响很大的结论。

在人们研究纸浆模塑制品缓冲性能、特点、缓冲机理的同时,也在不断地开发新型结构的纸浆模塑制品,如封闭和半封闭式型腔纸浆模塑制品。目前纸浆模塑制品都是在单一的凸或凹的模表面上形成,所以制品只能是开放式单层型腔,开放式单层型腔无论如何变化,受力时型腔容易变形,承载能力小,刚性较差。而这种封闭和半封闭式型腔制品的获得方法是:第一步是组合模具合模,形成一个组合模腔,这种组合模腔必须有一个以上的进浆口;第二步是组合模具进入浆池,组合模具上设计的真空机构开始工作,在组合模具模腔内壁上形成湿纸坯;第三步是组合模具升出浆池,真空机构继续起作用,完成吸湿过程;第四步是组合模具开模,使湿纸坯留在其中一个模具上,湿纸坯再从该模具上转移,完成湿纸坯成型过程。封闭和半封闭式型制品的出现,使纸浆模塑制品完全可以替代发泡塑料应用在工业品内包装上,弥补了原有纸浆模塑制品应用的局限性。

纸浆模塑制品以代替EPS等泡沫塑料作为“九五”和“十五”期间包装改进的重点。但目前纸浆模塑制品应用只占全部电子产品包装材料的2%左右,纸浆模塑制品代替EPS等材料的研究应用进展缓慢。纸浆模塑制品作为环保型缓冲衬垫的积极作用正被人们认识和接受,可挖掘的潜力很大。同时,电子信息产业的迅速发展为中国包装工业迎来了新的发展机遇。通过开展与纸浆模塑缓冲制品性能有关的各种影响因素的理论研究和测试验证,以及对制品的设计结构形式分类与组合优化,以提高纸浆模塑制品结构强度和缓冲性能是今后纸浆模塑发展的一个重点。

目前,中国纸浆模塑行业结构正在发生变化,从小型企业向大中型企业转变;设备的更新、工艺的进步、高新技术的运用提高了纸浆模塑行业的地位;纸模制品应用领域的拓宽丰富了环保产业的内容,为防治白色污染增添了新的制品。研究纸浆模塑缓冲衬垫结构设计方法,制备缓冲衬垫并测试衬垫的动态特性和缓冲性能,为缓冲包装设计提供理论根据,达到简化包装设计,降低包装成本的目的。纸浆模塑制品对产品的保护作用主要是依靠结构单元实现,所以结构设计是制品缓冲包装设计的要点。到目前为止,制品的结构设计还采用经验设计法,缺乏成熟理论与设计规面板线范,因此,应重点研究纸浆模塑制品的缓冲理论和设计规范。

4可降解泡沫塑料

近几十年来,泡沫塑料工业发展迅速,应用面越来越广。特别在包装、建筑和运输等部门,泡沫塑料已占有不可取代的地位。但是,这些体大质轻的泡沫塑料制品丢弃后成为严重的“白色污染”。降解,特别是生物降解,是解决白色污染的重要途径之一。目前国内对降解塑料研究的较多,但对降解泡沫塑料缓冲材料研究的并不多。

目前国内对降解泡沫塑料的研究主要集中在化学合成生物降解泡沫塑料。对合成生物降解泡沫塑研究最多的是可降解聚氨酯泡沫塑料,研究单位主要有中科院广州化学研究所、长春应用化学研究所、浙江大学、望角瓦中山大学理工学院等。江苏金龙绿色化学有限公司利用中科院广州化学研究所专利技术生产出了可降解聚氨酯泡沫塑料,

并通过了国家环保总局组织鉴定。该技术以二氧化碳为原料,生产出脂肪族聚碳酸亚乙酯树脂,经过发泡生产出降解型聚氨酯泡沫塑料,据了解该泡沫塑料降解性方面达到了国际先进水平。

经过近20多年的努力,国内对降解泡沫塑料的研究已取得了很大成绩,降解泡沫塑料也被普遍接受和认可,但是目前对可降解泡沫塑料的研究还很薄弱,提高降解泡沫的降解性和机械性能,降低价格将是未来研究的重点。$分页符$

5淀粉基泡沫材料

淀粉是地球上含量第二的生物量,资源丰富且价格低廉,并具有完美的生物降解性,其链上还存在着许多潜在的官能团,淀粉基泡沫材料已成为近几年国内研究的一个热点。目前制备淀粉基泡沫主要有以下几种方法:

1)

淀粉与天然聚合物,如:改性、未改性的纤维共混,然后用烘焙法、模压或注塑进行发泡。纤维与淀粉有较好的粘结性,能起到增强作用。纯淀粉制备的泡沫材料具有较小的断裂挠曲力和较小的断裂伸长,加入植物纤维可以降低制品的密度,断裂挠曲力显著提高,添加5%

～10%的纤维就能制备较高强度的淀粉泡沫衬垫。当温度降低时,淀粉变脆,纤维起到桥的作用,连接断裂面,当温度较高时,无定形的淀粉泡沫变软,纤维络结构使制品强度增大。据报道,荷兰Paper

Foam公司利用淀粉(土豆、玉米)70%,纤维(木浆、竹浆、草浆)15%

,发泡剂15%和颜料添加剂,通过一次注塑发泡成型生产出了类似纸浆模塑的淀粉植物纤维发泡衬垫,获世界包装大会颁发的“包装之星”大奖。据了解目前国内有3家企业引进荷兰paper

foam公司的专利生产这种泡沫材料,北京金鹰包装制作有限公司就是其中一家。据日本塑料报导,德国一家公司成功开发一种名为“MACKROPAK

2000”的缓冲材料,它由回收废报纸与淀粉基生物降解塑料混合物为原料,在水蒸气与发泡剂的作用下发泡成型,经切割可获得各种尺寸的产品,也可用模具生产块状发泡缓冲材料,可作为聚苯乙烯发泡材料的替代产品,用于箱用缓冲材料,不仅具有优良的保护性能和优越的缓冲性能,而且具有较好的生物降解性能。

2)

淀粉与聚合物共混,如PVA、EVOH等共混,然后用挤出、模压或烘焙法进行发泡。纯淀粉制备的泡沫材料虽然可以完全降解,但是有很多明显缺陷,如耐水性差、易碎、强度低等,加入聚合物可以明显改善纯淀粉泡沫制品的不足。研究表明这种泡体中,膨胀的淀粉颗粒是镶嵌在聚合物中,淀粉在挤出、模压或烘焙过程中发生凝胶,聚合物向更高程度的结晶转变。天津科技大学通过选用适当的增塑剂、适当牌号的PVA和合适的增塑工艺,实现了淀粉/PVA共混体系的热塑性加工,讨论了增塑剂、PVA、水分和己内酰胺等对淀粉/PVA体系的物理机械性能、热性能和生物降解性能的影响。采用柠檬酸/碳酸钠、OBSH和AC发泡剂对淀粉、纤维增强淀粉和淀粉/PVA共混体系进行了挤出发泡研究,并就体系的发泡鲨鱼养殖倍在中国便可减少6400万吨以上CO2和SO2的排放率和泡孔结构进行了研究。

3)

利用淀粉链上,在一定条件下都可以成为反应的活性点官能团,通过缩聚反应使淀粉成为聚合体的一部分。目前,报道较多的是淀粉基的聚氨酯泡沫。在这里主要是淀粉来充当聚氨酯泡沫中的多元醇。这种泡沫的玻璃化温度随淀粉量的增大而升高,泡沫多为开孔结构,而且随着淀粉加入量的增大,其络结构逐渐变得复杂。淀粉量的增加,会使泡沫的硬度加大,加入聚乙二醇却可以降低材料的模量,增加其弹性。目前关于淀粉泡沫材料的缓冲性能研究不多,大部分主要集中在淀粉泡沫的制备上,目前试验室产品的发泡倍率为3～4倍。制品的用途大多集中在松散填充泡沫,泡沫多为开孔,很易吸湿。淀粉泡沫制品具有极好的生物降解性,在进一步改善性能后,一定可成为新一代环境友好性材料。

6植物纤维缓冲材料

植物纤维缓冲材料是近十几年国内研究开发较多的一种新型环保制品。该制品是以植物纤维(废旧报纸、纸箱纸和其普立万(PolyOne)于日前宣布他植物纤维材料)以及淀粉添加助剂材料制作而成。具有不污染环境、制作工艺简单、成本低廉、原料丰富等优点。植物纤维发泡制品的制作方法主要有一步法和两步法。一步法成型的工艺特点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。两步法成型的工艺特点是将回收的旧书报纸或其它植物经粉碎碾成纤维状,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,原料受水蒸汽作用发泡,形成颗粒型发泡纸浆。再用发泡纸浆颗粒作原料,将其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。

研究了以农作物秸秆粉碎物和适当的粘合剂作为原料研制新型缓冲材料,分析了粘合剂、预处理和粒径大小对衬垫静态压缩曲线的影响,并与泡沫因此塑料衬垫的缓冲性能进行了比较,研究表明玉米秸秆缓冲材料,随着应力的增大缓冲系数不断减小,在低应力条件下,玉米秸秆缓冲材料的缓冲效果优于EPS泡沫塑料。在大应力条件下,玉米秸秆缓冲材料的缓冲效果不如EPS泡沫塑料。文献研究了利用天然植物纤维,经发泡制备缓冲衬垫的工艺技术,并对制得的衬垫进行了初步的测试分析,制得衬垫密度为0.

2～0.3(-3),发泡倍数2～3

倍。此外,中国专利CNA、CNA、CNA、CNY、CNA采用不同的方法制备出了植物纤维缓冲衬垫。

国内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

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