废纸包装材料的研究现状及发展趋势

摘要：介绍了废纸包装材料的研究、应用和进展，分析了现有废纸材料应用上的优势及不足，提出了废纸包装材料的发展趋势。
关键词：废纸利用；生物降解；包装材料
中图分类号：X799文献标志码：A文章编号：1674-0912（2010）05-0037-04
作者简介：胡英华（1980-），女，陕西人，天津科技大学在读硕士研究生，主攻废纸纤维基包装材料。
目前我国许多电子产品、家用电器、机电产品大量使用聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）及聚乙烯（EPE）作为缓冲衬垫材料，由于其难以降解，回收利用困难，并且回收成本较高，因此国内外都加大了对塑料包装的限制力度。国外制定了《新包装规则》、《两指令》、《蒙特利尔议定书》一系列政策，我国也是《蒙特利尔议定书》缔约国之一，为了减少EPS对人类及环境的危害，我国也相应地出台了《中华人民共和国固体废弃物污染防治法》、《臭氧层保护国际公约》及［2007］72号“禁白令”。于是人们将目光转向了森林资源，“以木代塑”成了研究焦点。然而我国的森林覆盖率仅为16%，远低于国际28%的平均水平，并且随着经济的加速发展，我国对木材的消耗量飞速增加，国内森林资源十分匮乏。虽然木材是可再生资源，但成长的周期比较长，速生材最快也要5～6年[1]。为了解决木材供需矛盾，可采取3种有效途径：（1）扩大木材利用范围，如利用枝杈和木材加工过程中剩余材料；（2）寻找木材代替材料，如一些植物纤维：麦杆、稻草、棉杆、蔗渣、稻壳等，其来源丰富，生长周期短；（3）对木材资源重复和分级利用，据统计，造纸厂每回收1t废纸，相当于节省木材3m3，废纸材料做成的植物纤维材料如纸浆模、纸基发泡材料则属于对木材资源的循环利用，是现代包装发展的趋势。从以上3点来看，对于废纸的重复利用成为一种首选的补充资源。
1废纸包装材料的研究和应用状况
在废纸包装材料的利用上，我国目前应用比较成熟的主要是纸浆模制品、瓦楞纸、蜂窝纸板等；仍处于实验室研究阶级的是废纸纤维发泡材料。
1.1纸浆模制品
纸浆模塑制品是以纸浆为主要原料，通过打浆，将浓度为0.5％的纸浆由成型模具中经过，使脱水后的纤维覆于模具中网的表面，再热压定型后制成纸制品。通常纸浆模塑制品的生产工艺包括纸浆制备、成型、压实、干燥、校形、切边，最后是制品的消毒和包装。我国对纸浆模的研究主要集中在材料性能、结构变化对缓冲性能的影响，在工艺和机械加工方面研究较少。
纸浆模塑生产的主要设备有：水力碎浆机、配浆池、成型机、烘干机和定型机，其中最关键是成型设备。依据成型机的结构可分为往复升降式和转鼓式成型机；按浆料成型工艺方式可分为注浆成型法和吸浆成型法；根据脱水方式又可分为真空减压成型法、压力成型法、压缩空气成型法。真空成型法是利用真空技术在模型内部形成真空，在负压的作用下，废纸纤维均匀地吸附于网模表面，真空吸浆成型法是纸塑制品最普及的一种方法；压力成型法利用液压技术，适合变化不大、定型的标准产品；压缩空气成型法利用气体动力学原理，主要用于外型结构呈口部小于其他部位的中空纸浆模塑制品，如瓶、罐等。
纸浆模制品材料性能研究内容主要有：材料拉伸时弹性模量、泊松比、剪切模量、屈服强度的变化对其缓冲性能的影响，并用数字相关测量法[19]和有限元分析法[2]进行测试和分析。在纸浆模制品的结构和缓冲机理方面主要研究了材料缓冲特性曲线[3]、缓冲机理[4]、静载荷下缓冲变形曲线、结构单元与承载能力间的关系[5]、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）对缓冲性能的影响[6]，并结合计算机分析软件（如ANSYS软件（Pro/ENGINEER）对材料进行分析[7]，对包装容器的结构进行合理的设计[8]。
由于纸浆模制品抗跌、抗压、防震、防静电、无毒无害、可循环使用，并且具有良好的透气性、保鲜性、环保性、吸附性、缓冲性和优良定位作用，其制品被广泛地用于快餐器具、医用器具、禽蛋托盘、鲜果托盘、工业托盘、农用托盘、室内装潢、玻璃、陶瓷等易碎品包装、军品专用包装、汽车行业零部件的包装以及生活消费品和装饰品。
虽然纸浆模有诸多的优点，但是由于纸浆模工艺及其材料本身的特点，在实际的生产和应用中还有许多不完善。首先，纸浆模塑制品就其结构强度与缓冲性能还不及EPS等材料的1/10[9]，且承载能力小；其次，目前国内设备自动化程度不高，产品合格率在85%~95%[10]，模具的开发技术要求高、投入大、周期长，并且以实验设计的成分多；最后，纸浆模塑制品在干燥过程中的能耗大，干燥成本所占比例在整个制品生产要素中排在首位，约占1/3左右[11]。
1.2废纸纤维/淀粉发泡材料
利用废纸纤维、淀粉及水的混合物进行发泡的工艺制作方法主要有两种，即一步法成型和两步法成型。一步法成型的工艺特点是采用整体浇注发泡成型，其工艺流程为：物料—混合—制浆—浇注—发泡成型—熟化—脱模—成品[12]；两步法成型工艺是第一步先将废纸纤维与淀粉及水按一定的比例混合发泡形成发泡颗粒，第二步置发泡颗粒于金属模具中，通过加压加热形成最终的发泡模体材料。