废纸包装材料的研究现状及发展趋势

根据是否使用发泡，又可将发泡工艺分为两种，即使用化学发泡剂法和不使用化学发泡剂法。不使用化学发泡剂的发泡工艺，是废纸纤维与淀粉及水的混合物在挤压过程中受水蒸气作用而发泡。
目前，国内外对废纸纤维/淀粉的发泡材料均有研究。在国内，广东工业大学[13]研究了纸浆真空成形制品发泡技术，提出了纸制品低温发泡（一般不应超过150℃）的方法；大连轻工业学院[14]研究了以废纸为原料的缓冲包装材料工艺，其主要的工艺步骤有废纸的粉碎、淀粉糊的制备、小粒子的膨化和模铸成型，并利用碳酸钠与柠檬酸的反应使之发泡。国际上，德国不莱梅PSP公司[15]采用废旧书、报纸和面粉作为原料，通过一步法或二步法开发出发泡纸生产工艺。一步法是将纸浆和面粉混合后，一次性进行发泡成型，免去多次发泡和冷却的工艺，过程中需要化学添加剂，只用水蒸气；二步法是先将碾成纤维状的纸浆与面粉以2:1混合，混合均匀后将其注入挤压机压制成圆柱颗粒，在挤压过程中，原料受水蒸气作用，形成发泡颗粒，再用发泡颗粒作为原料在模具中根据需要生产不同形状的包装制品。日本工业技术研究所[16]开发了用废纸作为原料的干式纸浆发泡技术，其工艺是采用二步法将废纸粉碎到5mm以下，与淀粉浆糊混合制成直径为1~3mm的粒子，然后在金属模具中进行加压加热，其中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。
在废纸发泡材料发泡方法的研究方面，我国主要是采用添加化学发泡剂来进行的，但是化学发泡剂对环境会造成不利影响，目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，还未达到工业化大规模连续生产的要求。
1.3蜂窝纸板包装制品
蜂窝纸板是利用仿生原理将芯纸制成蜂窝状结构的纸芯后，再与面纸复合而成的板状材料。蜂窝纸板的制造过程分为蜂窝纸芯制作和蜂窝纸板制作两大部分，其中，蜂窝纸芯制作部分又可分为供纸、涂胶、分切、粘合、烘干以及拉伸等环节，蜂窝纸板复合制成部分可分为面纸供给、面纸涂胶、面纸与蜂窝纸芯粘合、成品烘干以及成品分切等环节。
现阶段研究的蜂窝纸板主要以正六角形纸蜂窝芯制蜂窝纸板为主。郭彦峰等[17]通过实验研究了不同厚度的蜂窝纸板动态压缩曲线和振动传递率曲线；郝巍等[18]研究了Nomex纸厚度与蜂窝力学性能的关系，得出增加纸厚不是提高蜂窝综合力学性能的最佳途径；杨嫣红[19]对蜂窝纸板进行力学建模并求出了蜂窝纸板的屈曲临界载荷等；李厚民[20]利用有限元程序对蜂窝纸板的压缩进行了模拟，得出在不同压缩量下蜂窝纸板的应力分布规律与变形情况，Timoshenko[21]对蜂窝的屈曲变形进行了测试和分析，ShafizadehJ.E.andSeferisJ.C.[22]对蜂窝材料的压缩屈服应力进行了实验和分析。
蜂窝纸板具有强度高、承载能力大、缓冲性能好、不易变形、符合环保等优点，可以用作托盘、包装箱、角撑、护棱等包装材料，适用于易碎品包装，特别是体积大或较为沉重的易碎品包装。
蜂窝纸板虽然平压强度高，但是其侧压强度低，并且耐破性能、耐折性能、耐戳穿性能等较差，这就限制了其应用范围；加工性能较差，不能像瓦楞纸板那样很容易制成箱型等包装容器，即使能够制作，生产时自动化程度较低；蜂窝纸板用于包装运输主要是作为缓冲衬垫、角撑等，如护棱，起着定位缓冲的作用，还需要外包装的保护，虽然蜂窝纸板也可加工成纸箱，但由于蜂窝纸板较厚，且弯曲后其强度影响较大，势必影响蜂窝纸板箱的强度[23]。
1.4瓦楞纸板包装制品
瓦楞原纸是用于制造瓦楞纸板原材料之一，通过瓦楞辊加工，使瓦楞原纸变成波形的瓦楞纸，再将瓦楞纸与箱板纸相黏合制成瓦楞纸板。瓦楞纸板作为一种夹层材料，由瓦楞芯纸的波纹形状和高度、瓦楞纸板层数、瓦楞组合方式可形成多种结构形式的瓦楞纸板，并且这些纸板的缓冲性能存在差异。
国内对瓦楞纸板的结构形式与缓冲性能研究主要有:对不同结构组合形式的瓦楞纸板与力学性能的比较[24]，瓦楞纸板承压与瓦楞结构的关系研究[25]，不同结构形式的瓦楞纸板衬垫的缓冲性能研究[26]。国外相关研究有：KimdoWook（Kr），KimKiJeong（Kr）[27]在瓦楞纸板的基础上开发了double-ply加强型瓦楞纸板，将原来三层瓦楞纸板中的夹层变为两层波纹状的瓦楞层，RousserieE[28]对瓦楞纸板夹芯结构进行了试验研究，并建立了夹芯结构的模型；Johnson.M.W.[29]对具有各向异性的瓦楞纸板的不同方向承压的理论进行实验研究；BiancoliniM.E.[30]基于试验用有限元理论模型的方式分析了瓦楞纸板的力学特性和瓦楞纸箱的屈曲载荷，并研究了瓦楞纸板的屈曲特性与瓦楞纸箱的屈曲行为，得出瓦楞纸板的屈曲临界载荷不足以评估瓦楞纸箱的压溃行为。