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紙漿模塑創(chuàng )新技術(shù)與發(fā)展趨勢展望

2021-1-22

2020年1月,我國新版“限塑令”出臺,紙質(zhì)包裝憑借諸多優(yōu)點(diǎn)成為了替代塑料的選擇,造紙行業(yè)將成為減塑、代塑行動(dòng)的重要參與者。中國造紙雜志社旗下《造紙信息》制作了“減塑代塑”系列專(zhuān)題,邀請到大連工業(yè)大學(xué)輕工與化學(xué)工程學(xué)院包裝工程系主任黃俊彥教授,分享紙漿模塑的環(huán)保特點(diǎn)和創(chuàng )新空間,并對未來(lái)紙漿模塑創(chuàng )新技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

紙漿模塑這一環(huán)保型的產(chǎn)品在我國規?;a(chǎn)已有30 多年的歷史。近年來(lái),隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的健康快速發(fā)展,紙漿模塑行業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化,生產(chǎn)規模不斷擴大,技術(shù)水平不斷提高。從早期的干壓生產(chǎn)工藝為主發(fā)展為干壓、濕壓工藝并舉發(fā)展,更加環(huán)保節能的直壓工藝技術(shù)已成為紙漿模塑技術(shù)研發(fā)的新方向。生產(chǎn)設備從簡(jiǎn)單的單機單工位和雙工位生產(chǎn),發(fā)展為連續化、自動(dòng)化的濕壓工藝生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紙漿模塑制品,更有無(wú)人化、智能化生產(chǎn)設備已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)。紙漿模塑產(chǎn)品的應用范圍也從要求不高的農副產(chǎn)品托盤(pán)、食品藥品包裝、工業(yè)制品內包裝,發(fā)展到高精儀器儀表、電子產(chǎn)品的防護包裝和高精一次性餐具等。紙漿模塑相關(guān)的研究工作重心也從如何降低生產(chǎn)成本和拓展產(chǎn)品應用范圍,轉變到更深層次的結構創(chuàng )新、助劑研發(fā)、紙漿模塑制品的物理、化學(xué)性能測量以及高精紙模產(chǎn)品的加工工藝設計等。

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(jìn)一步加強塑料污染治理的意見(jiàn)》,其中主要目標是到2020 年底,率先在部分地區和領(lǐng)域禁限生產(chǎn)、銷(xiāo)售和使用部分塑料制品,到2022 年,一次性塑料制品消費量明顯減少,其替代產(chǎn)品得到推廣使用,到2025年,代塑產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應用水平進(jìn)一步提升,塑料產(chǎn)生的污染得到有效控制。在廣泛實(shí)施禁塑限塑的新形勢下,紙漿模塑制品由于其優(yōu)異的環(huán)保和可降解性能,將成為“限塑令”后的主要替代品,可以預測,在今后幾年內,紙漿模塑行業(yè)將迎來(lái)快速發(fā)展的大好時(shí)期。
1 紙漿模塑的環(huán)保特點(diǎn)和創(chuàng )新
1.1 紙漿模塑的環(huán)保特點(diǎn)
(1)紙漿模塑制品原料來(lái)源廣泛,主要原料大多采用草本植物纖維,如蘆葦、麥草、稻草、蔗渣、竹子等。目前國內以蘆葦、蔗渣、竹子、麥草等草類(lèi)纖維為主導原料的制漿廠(chǎng)都有自己的治污系統,在原料上紙模制品完全走出了一條“集中制漿,分散生產(chǎn)”的道路模式,不僅自身沒(méi)有環(huán)境污染問(wèn)題,并且還能獲得較為可靠的原料保證。而采用廢紙原料的紙漿模塑制品生產(chǎn)企業(yè)一般不存在制漿產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題。
(2)紙漿模塑制品生產(chǎn)工藝技術(shù)簡(jiǎn)練,生產(chǎn)過(guò)程中基本無(wú)污染源出現,符合環(huán)保生產(chǎn)要求。另外紙漿模塑生產(chǎn)各工序中除自控系統管理對操作人員素質(zhì)要求較高外,其余均為熟練技術(shù)崗位,經(jīng)過(guò)短期培訓便能掌握操作技能,再加上紙漿模塑生產(chǎn)設備國產(chǎn)化程度很高,十分有利于項目推廣和應用。

(3)紙漿模塑制品應用領(lǐng)域廣,市場(chǎng)容量大,可挖掘的潛力很豐富,其制品能廣泛用于電器包裝、種植育苗、醫用器皿、餐飲用具和易碎品襯墊等領(lǐng)域,一條兼容性的紙漿模塑生產(chǎn)線(xiàn)只要在模具上加以改進(jìn)和更換就能生產(chǎn)出各種不同用途的產(chǎn)品,其多元化的功能和可循環(huán)再利用的特點(diǎn)令其他同類(lèi)產(chǎn)品望塵莫及。作為全球第二大經(jīng)濟體,我國紙漿模塑制品大規模開(kāi)發(fā)和應用的前景非??春?,發(fā)展前途廣闊。
(4)目前世界各國正面臨著(zhù)環(huán)境污染帶來(lái)的諸多問(wèn)題,其中各種塑料制品廢棄物處理問(wèn)題突出。紙漿模塑制品可回收利用的特點(diǎn)能調動(dòng)相當一部分人的回收積極性,使環(huán)保環(huán)衛等部門(mén)的工作壓力大大緩解,同時(shí)它具有的經(jīng)濟效益也必然會(huì )發(fā)揮積極作用。紙漿模塑制品大量進(jìn)入人們生活領(lǐng)域后,必定會(huì )受到社會(huì )的廣泛接納和人們的普遍歡迎。

 (5)紙漿模塑餐具是紙漿模塑制品中一個(gè)重要的分支產(chǎn)品,它容易回收,能再生利用,可自行降解,源于自然又歸于自然,是典型的無(wú)污染可降解綠色環(huán)保產(chǎn)品,十分符合當今時(shí)代的要求和市場(chǎng)的需求。


1.2 紙漿模塑的創(chuàng )新空間


紙漿模塑在我國是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展的行業(yè),它涉及機械設備、模具設計與制造、制品設計與制造、紙漿原料選用與處理、功能性助劑的選用與添加、印刷油墨與印刷方式、紙漿模塑緩沖包裝制品、紙漿模塑餐具與食品藥品包裝制品、精品工業(yè)包裝制品等多個(gè)領(lǐng)域與行業(yè),其應用范圍也涉及餐具、蛋托果托、食品藥品包裝、電器襯墊、農用器具、醫用器具、軍品包裝、兒童玩具、器具道具、工藝品、人體模特、家具、紙模(機械)零部件等多個(gè)領(lǐng)域。因此,紙漿模塑在每個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都有著(zhù)無(wú)限的創(chuàng )新和發(fā)展空間。近年來(lái),我國紙漿模塑行業(yè)已從多方面進(jìn)行了紙漿模塑創(chuàng )新技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā),取得了可喜的成果,在紙漿模塑生產(chǎn)智能設備設計與制造、精品工業(yè)包裝制品的設計與制造、模具設計與研發(fā)等方面已經(jīng)成為全球紙漿模塑行業(yè)的領(lǐng)軍集團。


2 紙漿模塑創(chuàng )新技術(shù)的研究現狀


2.1 采用雙吸法成型和二次吸濾成型工藝制作有特殊要求的紙漿模塑制品


傳統的紙漿模塑成型一般采用單吸成型方法,它在制作一些有特殊要求的紙漿模塑制品時(shí)顯得力不從心,采用上下雙吸成型方法可制作出緩沖性能更好、承載能力更大的紙漿模塑制品,例如采用雙吸法成型可制作重型承載紙漿模塑托盤(pán),綜合承載能力可達到3 t。雙層紙漿模塑制品的生產(chǎn)采用二次吸濾成型工藝,先向成型模具中注入一定量的面層漿料,進(jìn)行真空吸濾成型;當面層紙漿已經(jīng)基本成型后,再繼續注入一定量的底層漿料,并進(jìn)行二次真空吸濾成型,從而制成雙層紙漿模塑制品濕坯,再進(jìn)行干燥和熱壓整型。


2.2 利用稻麥草發(fā)泡技術(shù)制作紙漿模塑制品


我國大片區域的稻麥草資源豐富,也可作為紙漿模塑的原料,根據紙漿模塑產(chǎn)品使用場(chǎng)景的需要,將稻麥草發(fā)泡技術(shù)與紙漿模塑生產(chǎn)技術(shù)相結合,可以制作出結構疏松的紙漿模塑制品,可用于加熱榻榻米、水稻育秧板和草坪育苗移植板材等材料。

2.3 采用濕法擠壓復合法制作雙層雙色紙漿模塑制品
雙層雙色紙漿模塑制品可以采用內外層二次成型干燥后再復合的結構,而采用分別成型再擠壓復合法制作雙層雙色紙模制品工藝,則大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝過(guò)程,制品內外層牢牢地結合成為一體,提高了雙層雙色紙漿模塑制品的強度和耐用性。
2.4 管狀紙漿模塑制品開(kāi)發(fā)與應用
采用一種創(chuàng )新的紙漿模塑生產(chǎn)工藝可以制造在鑄造作業(yè)中使用的紙質(zhì)澆道管,代替傳統的陶瓷澆道管。紙質(zhì)澆道管具有特殊的耐高溫、抗壓等性能,原料采用不需脫墨的廢紙,加入一定量的無(wú)機黏結劑、有機黏結劑、增強劑等助劑,通過(guò)特制的模具成型,再經(jīng)過(guò)干燥、整形等工序制成紙質(zhì)澆道管。紙質(zhì)澆道管的模塑生產(chǎn)不僅實(shí)現了廢紙資源再利用,而且在使用過(guò)程中其對生產(chǎn)的鑄件無(wú)影響,是典型的環(huán)??稍倮卯a(chǎn)品,使用后的廢棄物能自然降解。


也有連續生產(chǎn)的紙漿模塑制管機,可利用特定模具生產(chǎn)連續狀的紙漿模塑管狀制品,在紙漿模塑管狀制品成型脫水的同時(shí)進(jìn)行轉移,濕紙管坯在移動(dòng)的同時(shí)利用專(zhuān)用的烘干設備進(jìn)行烘干,然后按要求規格進(jìn)行切斷和捆包,形成紙漿模塑管狀制品,產(chǎn)品在食品、工業(yè)產(chǎn)品、農用器具等方面用途廣泛。
2.5 內部緩沖和紙盒襟片結構一體化紙模設計
傳統紙漿模塑工業(yè)包裝制品一般是用來(lái)作為緩沖襯墊材料使用的,某些新款的紙漿模塑制品將內部緩沖襯墊和紙盒襟片結構設計成一體,在某些應用場(chǎng)合可以代替折疊紙盒紙箱,這種設計將內部緩沖襯墊和外部包裝盒設計成一體,減少了外包紙箱紙盒的使用,可大幅降低包裝成本。
2.6 紙漿模塑制品精美印刷技術(shù)逐步應用
通常的紙漿模塑制品表面比較粗糙,難于獲得較好的印刷效果,在表面印刷過(guò)程中,其印刷適性與通常的平面紙質(zhì)承印材料有明顯的不同,而且紙漿模塑制品結構繁雜,凸凹不平,印刷幅面較小,采用傳統的印刷工藝往往難以滿(mǎn)足要求。因此,常采用比較靈活的印刷方式,如移印、絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、凸版膠印、UV 打印等方式,能夠對紙漿模塑制品的凹凸表面進(jìn)行多色精美印刷。

 當前在紙模行業(yè)推廣的UV 打印是一種高科技免制版的全彩色數碼印刷技術(shù),它可以在各種材質(zhì)表面進(jìn)行彩色照片級印刷。無(wú)需印前制版,一次完成多色印刷,色彩靚麗,印墨耐磨損,防紫外線(xiàn),操作簡(jiǎn)單,方便小批量印刷,印刷速度快,印品完全符合工業(yè)印刷標準。目前已有廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)出適合紙漿模塑制品快速印刷的高速UV 彩印機,應用于各種紙漿模塑制品的表面印刷。


3 紙漿模塑創(chuàng )新技術(shù)的發(fā)展趨勢展望


3.1 智能化無(wú)人化生產(chǎn)線(xiàn)逐步開(kāi)發(fā)和應用


瑞典PalPac 公司視頻資料顯示,采用先進(jìn)的直壓工藝,利用卷筒紙或漿板作原料,經(jīng)過(guò)分散纖維和纖維成型、紙幅預壓、噴淋及復合紙幅、成品擠壓和定型等過(guò)程,基本實(shí)現智能化無(wú)人化操作。


隨著(zhù)智能化、無(wú)人化在包裝制品生產(chǎn)過(guò)程中的逐步應用,如在紙箱行業(yè)、包裝印刷行業(yè)的應用,國產(chǎn)智能化、無(wú)人化紙漿模塑生產(chǎn)線(xiàn)也在逐步開(kāi)發(fā)和應用。


3.2 高精紙漿模塑制品逐步推廣應用


隨著(zhù)紙漿模塑包裝在電子產(chǎn)品、禮品等領(lǐng)域的應用,對產(chǎn)品外觀(guān)和尺寸的要求也在朝著(zhù)高精方向發(fā)展,即紙漿模塑制品,其特點(diǎn)主要表現為如下五點(diǎn)。


(1)表面光潔度顯著(zhù)提高,接近或達到注塑產(chǎn)品的表觀(guān)水平。


(2)通過(guò)在供漿環(huán)節安裝電腦自動(dòng)調漿系統,增加多道除雜器降低漿料雜質(zhì)等方式,減少產(chǎn)品臟污點(diǎn)。增加分光光譜儀動(dòng)態(tài)監測產(chǎn)品色差,可以將色差控制在ΔE ≤ 1 以?xún)取?/p>


(3)傳統紙漿模塑的拔模角度為3° ~ 5°, 紙漿模塑的拔模角度現在可達到2° 以下,技術(shù)上可以達到0°。在工藝上多采用多次模壓工藝,一些廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)出相應的模具,可采用一次模壓成型工藝,大大減少了成本,提高了效益。


(4)紙漿模塑制品的直線(xiàn)度公差可以達到≤ 0.5 mm,表面粗糙度≤ 3 μm,邊緣R 角可以達到R0.2。


(5)盒型紙模產(chǎn)品厚度由0.7 mm ~ 0.8 mm 增加至1.5 mm 以上,其強度可以與工業(yè)紙板相媲美,極大的擴大了盒型紙漿模塑產(chǎn)品的應用范圍,能夠部分代替紙盒包裝化妝品、禮品等中小型紙盒。


3.3 功能性紙漿模塑制品的研究


(1)具有保鮮功能的紙漿模塑制品,在漿料中添加抑菌、殺菌劑,可以延長(cháng)內包裝果蔬的保鮮期,可以使柑橘保鮮3 個(gè)月,荔枝保鮮30 天。


(2)可食用的紙漿模塑制品是利用果蔬為基材,添加適當的增塑劑、增稠劑、抗水劑等,保留果蔬原有天然色澤制成漿料,利用紙漿模塑生產(chǎn)工藝制成內包裝制品,這種包裝制品,既保證包裝功能,又可以食用,減少污染,一舉多得。


(3)高精紙漿模塑制品的生產(chǎn)技術(shù)也為進(jìn)一步研發(fā)紙漿模塑制成的機械產(chǎn)品配件提供了可能,如利用紙漿模塑可以制作機械行業(yè)的離合器和制動(dòng)用的摩擦片、潤滑油過(guò)濾器、緩沖配件等。


(4)利用高精紙漿模塑制品的生產(chǎn)技術(shù)還可以制作房屋裝飾材料,工藝品、文創(chuàng )產(chǎn)品等。

 3.4 紙漿模塑復合材料的研究


紙漿模塑復合材料的研發(fā)也是業(yè)內人士關(guān)注的熱點(diǎn),隨著(zhù)紙漿模塑制品市場(chǎng)對產(chǎn)品功能和質(zhì)量的要求不斷復雜化,單純通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝和添加助劑的方法已經(jīng)不足以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。而通過(guò)添加其他材料來(lái)改變紙模產(chǎn)品的原料配方和產(chǎn)品性能,例如將納米材料或高強度的纖維材料添加到原料當中,從而生產(chǎn)出具有特殊性能的紙漿模塑包裝材料,也是未來(lái)紙漿模塑的一個(gè)重要研究方向。


3.5 利用計算機技術(shù)測試分析產(chǎn)品的性能和參數


利用計算機技術(shù)測定紙漿模塑產(chǎn)品的性能和參數以實(shí)現工藝參數設計的量化計算,是提高紙漿模塑產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力的關(guān)鍵,而計算機技術(shù)則是利用這些參數進(jìn)行具體的產(chǎn)品與工藝設計的基礎。依據量化的參數并利用專(zhuān)業(yè)軟件建模,通過(guò)對紙漿模塑產(chǎn)品進(jìn)行模擬分析、計算產(chǎn)品工藝與使用性能和各項參數之間的關(guān)系,可以完成紙漿模塑制品及其生產(chǎn)工藝的優(yōu)化設計。


3.6 直壓式生產(chǎn)工藝與設備的研發(fā)


傳統的紙漿模塑濕法成型工藝是把紙漿纖維分散到水中,再用成形網(wǎng)模過(guò)濾形成濕紙模坯;而直壓式生產(chǎn)工藝則是將原料漿板在開(kāi)松機中進(jìn)行離解疏松,在輸送過(guò)程中噴涂乳膠樹(shù)脂,在成形網(wǎng)上形成疏松的纖維網(wǎng)后,再通過(guò)熱壓模切設備加工成紙模制品。直壓式生產(chǎn)工藝采用連續模壓成型的方式生產(chǎn)紙漿模塑制品,它是紙漿模塑生產(chǎn)方法的一個(gè)重大變革,紙漿模塑直壓式生產(chǎn)工藝與傳統濕法成型方法相比,大大減少了傳統工藝中紙漿板再濕和碎解、成型、干燥過(guò)程中的大量能源消耗。


紙漿模塑直壓式生產(chǎn)工藝節能、環(huán)保,已受到業(yè)內人士的廣泛關(guān)注,一些廠(chǎng)家已致力于研發(fā)紙漿模塑直壓式生產(chǎn)工藝與設備。


4 結語(yǔ)


隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟健康快速發(fā)展,與世界各國的經(jīng)濟往來(lái)也日益頻繁和緊密,并且隨著(zhù)“限塑令”的實(shí)施,紙漿模塑這一新興的綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)必將顯示出強大的生命力和廣闊的市場(chǎng)前景,經(jīng)過(guò)業(yè)內人士的不懈努力和不斷創(chuàng )新,紙漿模塑的新工藝、新設備和高精新產(chǎn)品也將不斷地開(kāi)發(fā)和研制出來(lái),未來(lái)幾年,我國紙漿模塑行業(yè)將迎來(lái)一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。

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