EPS植物纤维发泡制品及成型技术

EPS 植物纤维发泡制品及成型技术2007-2-6 来源： 中国制药机械设备网摘要：对EPS发泡塑料包装制品的新兴替代品事物纤维发泡制品的制作、工艺及 设备特点,化学发炮几水蒸汽发泡技术，以及国内外该项技术的发展状况进行了 介绍。关 健 词：植物纤维；发泡制品；发泡方法；成型技术1前言 随着科学技术的迅速发展，人类社会对环境保护日益重视，我国作为“蒙特利尔协议”的签 约国，正在加大力度，限制和淘汰一批对环境有严重污染的产品。对此，我国于1996年4 月1 日颁布了固定废弃物环境保护法，法规中规定了“三化”原则，即对固体废弃物提 倡资源化、减量化和无害化。EPS泡沫塑料制品是污染环境的主要产品之一，面临淘汰势在 必行。然而，EPS泡沫塑料制品作为包装材料一防震内村的首选产品，其优越的包装性能以 及低廉的价格，至今尚无更为理想的产品所能替代。 目前主要的替代产品是纸浆模塑工业品防震内衬包装制品。它是以废旧报纸、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，再经干燥而成。其产品应用领域 可涵盖电子、机械零部件、工业表、电工工具、家电、电脑、玻璃、陶瓷和泡沫塑料制品， 农产品等行业。但由于其制品过于致密，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是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，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FPs泡沫朔料制品的加下要高，因而也极大的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一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、纸箱纸、其他植物纤维材料等）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，也可替代EPS $J作填充颗粒物体，其效果 与EPS的制品基本相当。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。然而，目前该技术术离实现工业化大规模的生产还有一定的距离。2 植物纤维发泡制品的性能特点 植物纤维发泡制品的性能特点如下： 0）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，不会对环境和回收造成障碍，有利于生产商的产品出口。（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，该制品可用以 替代现在使用的EpS泡沫内衬及填充包装。一（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发炮材料，防震隔震性能优于纸浆塑膜产品的缓冲性性能 基本相同，无须象纸膜制品需要经过复杂的几何形状构成力学结构来增大缓冲性能，降低了 制品的只国难度.（5）在力值检测中吸震和抗震均优于纸浆模塑产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,阻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缺。各类包装制品的性能对比见表1。3 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，无需多次发泡和冷却的工 艺，植物纤维发泡制品的发泡工艺主要有两种：使用化学发泡剂及区用化学发泡剂。 不用发泡剂的植物纤维发泡制品是采用旧书废；纸或其他纤维和淀粉作原料。该发泡制品不 需要化厂发泡剂，而是通过水蒸气的作用发泡，其制品生产目使用都不会损害环境，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，任产同样数量的 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， 只是发电的媒介不是利用水蒸汽，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 氧代双苯磺酞济、偶氮二甲验胺、甲苯磺酞 饼等。其中有些发泡剂对环境有不利为影响，因而如果选用不当，在生产过程中以及在使用 和回收处理过程中会对环境造成一定的影响。 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：采用的是整体浇注发泡成型，其工艺流程主要为：物料混合一 制浆一浇注一发泡成型一熟化一脱模一成品。两步法成型的工艺特点是：将回收的旧书报纸或其他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13 mm 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、颗粒膨化机、 气力输送机、制品成型机以及控制系统、液压系统、空气系统、动力系统、加热系统及其他 辅助设备。4 国外研制增况目前，欧美及日本等发达国家为寻求无污染的新防水剂、防油剂、阻燃剂等多种辅助添 加剂，实现多种功能。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 型包装材料能够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。 目前发达国家在该项技术上已取得较为显著成绩的有以下几家：(1) 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。用过的泡沫纸还可以回收， 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，泡沫纸比泡沫塑料要便宜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，还可以开发成绝缘材料和建筑材料。(2) 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，加热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2倍，该公司现在还未批量生产，正 在设法降低成本。(3) 日本工业技术研究所开发了用废纸作原料的干式纸浆发泡技术。这种废纸无需用水溶 化，该制作包装材料的技术与以前的湿式纸浆模法相比，所制出的产品具有更好的生物分 解性，不会造成二次公害。该项技术是将废纸粉碎到5 mm'以下，与淀粉浆糊混合制成直 径13 mm的粒子。将粒子吹入处于开启状态的金属模后再关闭金属模进行加压加热，浆 糊中含有的水分在加热过程中从通气孔排出，可制作成精度和壁厚与金属模相应的包装制 品。在制作发泡包装材料时，可预先将废纸和淀粉浆糊的小粒发泡，该发泡体涂上淀粉浆糊 吹入金属模，或者对小粒子加入发泡材料在金属模内使之发泡。由于该项技术不需用大量的 水，因而不需要象湿式纸浆模产品那样配备干燥流水线和废水处理设备。5国内研制现状 国内也有几所院校及单位正在进行这方面技术的研究和开发，并已取得了阶段性的成果。可 以认为，这项技术走出实验室已有可能。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，原料是通过化学发泡剂的作用发泡， 形成颗粒型发泡纸浆。使用发泡剂的工艺比不用发泡剂的工艺较为简单，但如发泡剂选择不 当，该类植物纤维发泡的方法及制品在生产过程和使用后的处理中对环境有可能造成一些不 利的影响，故该项技术还有待于改进和提高。目前已有下列几家单位在该项技术的开发研究 上取得了一些进展：(1) 广东工业大学对纸浆真空成形制品的发泡技术进行了研究，提出了纸制品低温发泡(一 般不应超过150°C )的方法，发泡可以在模腔外进行，也可在制品的烘干过程中进行。该大 学还对成发泡纸托的性能 和结构特点进行了初步研究。研究认为：制品的拉伸断裂强度随发泡剂混入量的增加而降低， 并在达到某 一临界值时，断裂强度开始急剧下降。在发泡度不太大时，随发泡度的增加，跌落最大高度 增加，但当发泡度达到某一临界值时，随发泡度的增加，跌落最大高度开始减小。(2) 大连轻工业学院进行了干法纸浆模铸制备轻体包装材料技术的研究。其主要的工艺为： 废纸的粉碎、淀粉糊的制备、小粒子的膨化和模铸成型等。其中淀粉糊的制备与小粒子的膨 化是整个生产过程中的关键技术。与湿法成型的纸浆模铸包装材料相比，其干法模铸的工 艺使生产过程需蒸发的水量大为减少，大大降低了生产过程中的能量消耗。(3) 南通工学院研究了利用天然植物纤维材料，采用无机发泡剂(以NaHCOs、NH。HCO。 为主)和胶粘剂及其他添加剂，通过整体浇注，一步法发泡成型。 该方法对模具的要求比较高。已对 产品抗震缓冲性能、压缩强度、泡体泡孔结构、发泡倍数与密度作了初(4) 武汉远东绿世界公司研制的双发泡植物纤维材料，可用于家电生产企业替代泡沫塑料 包E材料是用改性淀粉和高纤维填充物为原料，在发泡剂的作用下，经低温发泡造粒、高温 发 l 技术生产而成。它具有防潮、抗震、抗压、强度量轻、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。这种材料是塑料 装材料的极佳替代品。与塑料泡沫包装材料相解，露天放置24 小时后能完全消失，比国家 定的降解时间高出15以上。6 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 国内，现有研究开发的植物纤维发泡包装制品方法主要是采用添加化学发泡剂来进行的。由 发泡剂对环境会造成不利的影响，因而应象发那样，大力开发研究利用水蒸气实现植物纤维(2) 加强植物纤维发泡制品的工业生产技术及设备的研制 当前无论国内还是国外，对植物纤维发泡制品的研究基本上还处在实验室阶段，还未达到实 现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，而对于多件 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的力度，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。