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        中低端紙漿模塑包裝的發(fā)展探究

        2021-06-19 10:31:16上海出版印刷高等??茖W(xué)校崔慶斌
        上海包裝 2021年5期
        關(guān)鍵詞:模塑紙漿廢紙

        ■ 文/上海出版印刷高等??茖W(xué)校 崔慶斌

        0 引 言

        談及紙制品包裝材料,大部分的普通民眾可能立馬能想到紙板箱、紙盒、紙袋等,但提及紙漿模塑的話,有了解的就所剩無幾了。在向普通民眾說明時,經(jīng)常會用“雞蛋容積用的紙托包裝”、“購買電子產(chǎn)品、家電產(chǎn)品時所用的紙制緩沖材料”進行相關(guān)解釋。對于此,筆者針對紙漿模塑材料及發(fā)展動態(tài)進行闡述。

        1960年左右,紙漿模塑開始大量生產(chǎn),除了雞蛋以外,還有蘋果、番茄、甜瓜等開始使用該包裝材料。從1980年代開始滲透到工業(yè)品包裝領(lǐng)域。紙漿模塑包裝具有非常好的環(huán)保特性,可重復(fù)再造的紙漿??梢越鉀Q大量的包裝一次性廢棄物浪費問題。

        1 紙漿模塑的優(yōu)勢

        紙漿模塑所用的原料主要以廢紙為原料制成的紙漿水溶液,在具有目標產(chǎn)品形狀的模具中進行制造、造型后干燥而成,其特點是立體成型是單一的、無縫隙的容器結(jié)構(gòu),如圖所示1。

        圖1 紙漿模塑所制的包裝產(chǎn)品

        紙漿模塑的特征主要包含以下幾點。

        1.1 以廢紙為原料的再生品

        作為再生品的紙漿模塑可以100%的廢紙作為原料制造產(chǎn)品。使用后因為有立體的形狀,與報紙、廣告宣傳物等一般廢舊報紙區(qū)別開來。

        1.2 可以以一定比例作為廢紙再利用

        作為循環(huán)利用的一個案例,以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為理念的生活協(xié)同,作為其生產(chǎn)循環(huán)的一環(huán)節(jié)進行了較好的再利用,雞蛋托紙漿制品大多在使用后回收,并以一定比例作為原料進行再利用,再次進行紙漿模塑產(chǎn)品的再生。將不同紙張類型進行比較,性能基本相同(見表1)。

        表1 紙漿模塑所使用的紙漿材料機械性能比較(廢報紙、廢瓦楞紙板、新瓦楞紙板)

        紙漿模塑在制造過程中不適用任何粘合劑,只是將紙溶解在水里成型、干燥后完成制造工序,因此紙的性質(zhì)會更穩(wěn)定。紙漿模型是以廢紙為原料的包裝材料,同時也是能夠再次作為廢紙利用的、降低環(huán)境負荷的再利用產(chǎn)品。

        1.3 具備良好的緩沖性和保護性

        紙漿模塑目前主要在雞蛋、水果、工業(yè)品等領(lǐng)域作為包裝材料使用,特別是在一般工業(yè)品領(lǐng)域,利用材料自身的緩沖性和保護性進行包裝設(shè)計,被廣泛用作保護商品的緩沖材料(如圖2、3、4所示)。同樣,作為緩沖性能的包裝材料還可以考慮(A-PET非結(jié)晶性聚對苯二甲酸乙二醇酯)和(EPS發(fā)泡聚苯乙烯)、(EPE發(fā)泡聚乙烯)等化工和成品、紙板結(jié)構(gòu)包裝材料。

        另外,當紙箱作為主要包裝材料使用時,在作業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常會察覺,從平面的瓦楞紙板做成所需形狀的組裝作業(yè),而紙漿模塑緩沖材料不需要在包裝作業(yè)時組裝作業(yè)。通過縮短包裝作業(yè)的節(jié)拍時間,可以提升包裝作業(yè)人員效率,顯著降低總成本支出。另一方面,與EPS緩沖材料相比,兩者都是成型品這一點是相同的,但紙漿模型可以堆疊,因此運輸時和庫存空間的削減有明顯優(yōu)勢。而且,如果是化學(xué)制品的話,在廢棄的時候,會被當作工業(yè)廢棄物來處理,而紙漿模塑可以作為廢紙進行再利用,從而實現(xiàn)環(huán)保價值。

        圖2 紙漿模塑材料的最大加速度靜態(tài)應(yīng)力對比

        圖3 錐體高度變化引起的壓縮強度比較

        圖4 基于漿料種類的壓縮強度比較

        1.4 氣體流通性、吸濕性能良好

        由于紙漿模塑使用的是以紙漿為原料的緩沖材料,相比于化學(xué)合成制品具有顯著的吸濕性能。特別是在蔬果行業(yè),冷鏈會使得溫度變化較大,包裝內(nèi)側(cè)易產(chǎn)生水滴,如使用A-PET材料,容易在供應(yīng)鏈中產(chǎn)生霉菌,導(dǎo)致終端客戶面臨消費風險,而紙漿模塑具有適量的水分吸收性以及透氣性,因而能夠更好地確保供應(yīng)鏈過程中蔬果的新鮮度。

        2 紙漿模型的全球動態(tài)

        近年來,全球至少有800萬t/a的廢塑料流入大海,造成了嚴重的海洋污染。為了改變現(xiàn)狀,歐盟提出了在2030年之前禁止使用一次性塑料的方針;2019年6月在加拿大召開的G7首腦會議上也作為議題被廣泛討論。對于這一趨勢,2020年1月,國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《關(guān)于進一步加強塑料污染治理的意見》,被稱為我國“禁塑令”。為保證禁塑令中2020年目標如期完成,同年6月,國家發(fā)展改革委等9部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于扎實推進塑料污染治理工作的通知》,以推進禁塑令的順利實施。這一意見稿的產(chǎn)生極大地利好了紙漿模塑的市場應(yīng)用空間的拓展。

        3 原料廢紙采購

        紙漿模型的原料,根據(jù)用途使用紙箱舊紙、報紙舊紙、雜志舊紙以及紙漿模塑的回收品。近年來,隨著手機及電子刊物的進一步發(fā)展,紙質(zhì)報紙、紙質(zhì)雜志等逐年減少,但國內(nèi)包裝用紙量顯著增加,2019年我國廢紙回收量為5 244萬t,預(yù)計2020年將進一步提升;同時隨著環(huán)保政策的進一步落實,廢紙回收比率將逐年提升,相比于2010年43%回收率已增長到2019年的49.9%。未來,為進一步提高廢紙的利用率,提升分揀篩選系統(tǒng)以及異物去除的能力是至關(guān)重要的。

        4 生產(chǎn)工序解析

        4.1 紙漿模塑制品的基本生產(chǎn)過程

        紙漿模塑產(chǎn)品的基料、助劑與紙相同,工藝也很接近,只不過紙漿模塑制品是在網(wǎng)模上成型的。當紙漿通過網(wǎng)模時,纖維被網(wǎng)模截留,水被濾掉,按網(wǎng)模形狀成型,紙漿纖維靠纖維間氫鍵結(jié)合形成濕紙坯。濕紙坯再經(jīng)過烘干或熱定型,最后成為紙漿模塑制品。這就是紙漿模塑制品成型的基本過程。

        4.2 紙漿模塑模具特征

        紙漿模塑是利用模具在紙漿狀態(tài)塑造紙制品,因此,模具是紙漿模塑技術(shù)的關(guān)鍵(見圖5)。利用紙漿模塑生產(chǎn)一次性快餐具,由于制品只有盒、碗和盤子,形狀比較簡單,有一定的通用性。紙漿模塑用在工業(yè)內(nèi)包裝上和其他方面時,制品都比較大,形狀非常復(fù)雜,而且一款一式都是“對號入座”,沒有通用性,模具設(shè)計制造就要伴隨始終。

        圖5 紙漿模塑所使用的模具

        紙漿模塑制品成型時與在模腔內(nèi)成型的橡膠和塑料制品大不相同。紙漿模塑制品成型時使用的漿料是一種只含10%左右纖維的水溶液,必須保證大部分的水流掉,所以紙漿模塑制品成型模具必須是網(wǎng)模。

        紙漿模塑制品成型是將漿料中大量的水排掉的連續(xù)過程,紙制品在網(wǎng)模上形成一定厚度有個沉積過程,這樣制品成形必須是在單一的凸或凹的網(wǎng)模的表面上成型;紙漿模塑制品成型過程同時也是一個過濾過程,隨著厚度增加而過濾性能降低,厚度形成,速度降低,所以制品形成時各處壁厚是同步進行的。不管制品形狀如何復(fù)雜,其各處壁厚都是一致的。紙漿模塑制品成型后是個含水量在70%~75%的濕紙坯,因為使?jié){料推向網(wǎng)模濾過時的動力是真空度,最大的力量不超過一個大氣壓。

        初成型的濕紙坯吸附在網(wǎng)模上,濕強度很低,必須靠另外一個與之對應(yīng)的凸或凹模合模之后,使?jié)窦埮髦糜诤夏:蟮哪G粌?nèi),用氣壓使之轉(zhuǎn)移,紙漿模塑制品是在單一的凸或凹模上成型,又在合模后的模腔內(nèi)轉(zhuǎn)移。由于紙漿模塑成型的這些特殊性,增大了制品設(shè)計和模具設(shè)計的難度。

        4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

        紙漿模塑制品除了有紙制品的強度和韌性之外,還可以根據(jù)使用功能要求制成各種復(fù)雜的形狀。用作一次性快餐具時,形狀比較簡單,強度要求也不算高。用作工業(yè)內(nèi)包裝時,其形狀就很復(fù)雜,必須滿足工業(yè)內(nèi)包裝的三大要求。一是定位要求:包裝制品必須能保證被包裝物品在包裝箱內(nèi)有固定位置,要求包裝制品與被包裝物品之間形狀同步,接觸貼切,尺寸準確。二是緩沖要求:制品整體要有一定的韌性和柔性,表面還應(yīng)該有些松軟,與被包裝物品接觸摩擦時不能損傷被包裝物品表面光澤,能消除包裝物品在搬運中受到碰撞、振動時產(chǎn)生的沖擊。三是承載:要求制品有一定的強度和剛性來支撐被包裝物和承受外界壓力。為了滿足制品功能的要求,除了選擇適當?shù)脑牧稀⒅鷦┖蜕a(chǎn)工藝之外,更重要的是結(jié)構(gòu)設(shè)計。

        4.3.1 功能性結(jié)構(gòu)

        紙漿模塑制品成型工藝特點決定了同一個制品只能有一個厚度。為了適應(yīng)功能要求,在調(diào)整強度和緩沖性時可利用型腔和立筋,型腔可以增加制品整體的彈性和柔性,立筋可增加制品強度和剛性。當比較大的平面、承載能力要求高時,可以將此處設(shè)計成瓦楞形或蜂窩形。

        4.3.2 工藝性結(jié)構(gòu)

        由于紙漿模塑制品成型初期是個濕紙坯,在生產(chǎn)過程中,水要逐步析出,制品形狀、位置和尺寸都會發(fā)生較大變化,在制品的同一個平面、同一個方向的不同位置,制品的收縮總量不同,這時制品就要發(fā)生翹曲或扭轉(zhuǎn)變形。為了調(diào)整這種變形,只有采取結(jié)構(gòu)形狀進行平衡。這種用來調(diào)整收縮變形的結(jié)構(gòu)形狀被稱作為制品的工藝性結(jié)構(gòu)。

        5 結(jié) 語

        紙漿模塑技術(shù)是古老的造紙業(yè)的新生兒,而紙漿模塑模具恰是這個新生兒的靈魂,包裝高度成長期是從紙換成塑料的時代,未來塑料的一部分產(chǎn)能會回歸紙基時代。紙質(zhì)產(chǎn)品中具有特殊性質(zhì)的紙漿模型,發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

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