1 前言

    隨著工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)包裝材料的需求量越來(lái)越大，尤其是具有緩沖性能的包裝材料泡沫聚苯乙烯(EPS)。家用電器、電子儀器、玻璃器皿等產(chǎn)品的包裝一直采用EPS，然而由于塑料發(fā)泡材料的廢棄物在自然界中長(zhǎng)期不能生物降解，給環(huán)境造成嚴(yán)重的“白色污染”，已經(jīng)被許多國(guó)家禁止使用，我國(guó)也將逐步禁止使用。目前EPS 的替代產(chǎn)品是紙漿模塑防震內(nèi)襯制品,是以廢舊報(bào)紙、紙箱紙等植物纖維為主要原料，經(jīng)水力機(jī)械碎漿、模具真空吸附成型，再經(jīng)干燥而成。此類(lèi)產(chǎn)品的抗震耐沖擊性能主要是通過(guò)制品的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)保證，由于受到模具結(jié)構(gòu)及加工的影響，制品受到很大的制約，只能制作小型家電產(chǎn)品的包裝襯墊，而制作大型家電產(chǎn)品的包裝襯墊及填充仍然采用EPS 發(fā)泡制品，同時(shí)由于紙漿模塑成本比EPS 泡沫制品的成本要高，因而也極大地限制了紙漿模塑制品的發(fā)展。這幾年，一種新型的包裝材料———植物纖維發(fā)泡包裝制品及其成型技術(shù)正在研究開(kāi)發(fā)中，該制品以植物纖維通過(guò)發(fā)泡，添加淀粉粘合劑助劑等材料制作而成。由于主要原料是蔗渣、麥秸、稻草等纖維材料以及工業(yè)淀粉，不會(huì)對(duì)環(huán)境和回收造成障礙，能重復(fù)使用、循環(huán)再生和自然降解。綠色緩沖包裝材料的研制與應(yīng)用已經(jīng)成為21 世紀(jì)的必然趨勢(shì)，因此開(kāi)展利用新型的綠色包裝材料代替泡沫塑料緩沖材料的研究具有非常重要的意義。

    當(dāng)前無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，對(duì)植物纖維緩沖包裝材料的研究基本上還是處在實(shí)驗(yàn)室階段，還沒(méi)達(dá)到實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求。蔗渣在廣西來(lái)源集中，產(chǎn)量大，是取之不盡，用之不竭的再生性資源。因此開(kāi)展以蔗渣為原料，經(jīng)粉碎、發(fā)泡、成型等多種工藝研制緩沖包裝材料的研究，為蔗渣的合理利用開(kāi)辟了更廣闊的前景。

    2 蔗渣纖維緩沖包裝材料的性能特點(diǎn)

    利用蔗渣作緩沖包裝材料是一種新型環(huán)保包裝材料，是塑料泡沫包裝材料的極佳替代品。該新型包裝制品材料和其它植物纖維發(fā)泡包裝制品一樣具有以下性能特點(diǎn): ( 1) 植物纖維發(fā)泡包裝制品的主要原料是廢紙( 蔗渣、麥秸、稻草等) 以及工業(yè)淀粉，不會(huì)對(duì)環(huán)境和回收造成障礙，有利于生產(chǎn)商的產(chǎn)品出口。( 2) 植物纖維發(fā)泡包裝制品適用范圍廣泛。隨著植物纖維發(fā)泡技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在使用EPS 泡沫做內(nèi)襯及填充包裝的產(chǎn)品都可以被替代。( 3) 綜合成本低。植物纖維發(fā)泡產(chǎn)品與紙漿模塑產(chǎn)品相比，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)須形狀復(fù)雜的成型模及熱壓模，生產(chǎn)時(shí)間及周期短，能耗和原料成本低。( 4) 防靜電、防腐蝕性能優(yōu)于EPS 發(fā)泡材料，防震隔震性能則優(yōu)于紙漿模塑產(chǎn)品，與發(fā)泡塑料制品的緩沖性能基本相當(dāng)，而無(wú)須象紙模制品通過(guò)其復(fù)雜的幾何形狀構(gòu)成的力學(xué)結(jié)構(gòu)形成的緩沖性，降低了制品的制作難度。( 5) 在力值檢測(cè)中吸震和抗震均優(yōu)于紙漿模塑產(chǎn)品,并可按不同被包裝產(chǎn)品的要求加入施強(qiáng)劑、柔性劑、防水劑、防油劑、阻燃劑等多種輔助添加劑，實(shí)現(xiàn)多種功能。( 6) 可制作大型家電產(chǎn)品及電子產(chǎn)品的包裝襯墊及填充，可填補(bǔ)紙漿模塑產(chǎn)品至今還無(wú)法制作該類(lèi)包裝產(chǎn)品空缺[1]。

    3 蔗渣纖維緩沖包裝材料研制的理論基礎(chǔ)

    蔗渣主要化學(xué)成份與木材相近，由纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等部分構(gòu)成，纖維素的實(shí)驗(yàn)式為C6H10O5，其大分子的2，3，6 位置上有3 個(gè)游離羥基- OH，一根微纖絲由300~500 個(gè)葡萄糖基組成，纖維束含有大量微纖絲，纖維束尾端的活性羥基基團(tuán)可以通過(guò)“帚化”使其更多地顯露出來(lái)[2]。不同纖維上活性基團(tuán)之間次價(jià)鍵力( 氫鍵力、范德華力) 的相互作用，具有使纖維相互聯(lián)結(jié)架橋的作用。理想的植物纖維泡沫材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度取決于纖維束自身的強(qiáng)度和纖維束之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。為保證這一結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)使離散狀態(tài)的纖維在一定介質(zhì)的作用下架成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并使纖維間相互聯(lián)結(jié)，當(dāng)介質(zhì)除去后形成人們所期待的植物纖維泡沫材料。蔗渣纖維發(fā)泡制品的發(fā)泡技術(shù)是該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件，發(fā)泡工藝主要有兩種: 使用化學(xué)發(fā)泡劑和不使用化學(xué)發(fā)泡劑。目前，歐美及日本等國(guó)家所采用的方法主要集中在不添加化學(xué)發(fā)泡劑的工藝，原料是通過(guò)水蒸汽的作用發(fā)泡,形成顆粒型發(fā)泡紙漿，該制作比采用添加化學(xué)發(fā)泡劑的工藝方法難度大，但生產(chǎn)和使用對(duì)環(huán)境無(wú)污染。國(guó)內(nèi)也有幾所院校及單位正進(jìn)行這方面技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，所研究開(kāi)發(fā)的植物纖維發(fā)泡制品的工藝方法主要集中在使用添加化學(xué)發(fā)泡劑，原料通過(guò)化學(xué)發(fā)泡劑的作用發(fā)泡，形成顆粒型發(fā)泡紙漿。使用發(fā)泡劑的工藝比不用發(fā)泡劑的工藝較為簡(jiǎn)單，但如發(fā)泡劑選擇不該類(lèi)植物纖維發(fā)泡的方法及制品在生產(chǎn)過(guò)程和使用后處理對(duì)環(huán)境有可能造成一些不利影響，故該技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。在綜合了目前國(guó)內(nèi)外研究植物纖維發(fā)泡技術(shù)的單一性的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械和化學(xué)兩種方法相互結(jié)合的二次發(fā)泡以促進(jìn)并控制氣泡的形成，在蔗渣纖維中加入一定量的水形成高濃度的纖維漿料，并在機(jī)械攪拌的同時(shí)，通入少量氣體形成溶于漿料中的小氣核，隨后加入化學(xué)發(fā)泡劑、粘合劑和泡沫穩(wěn)定劑，由于在第一次發(fā)泡過(guò)程中形成的微小氣泡成為第二次發(fā)泡的泡核，促進(jìn)了氣泡的迅速生成，同時(shí)增加了氣泡的細(xì)度。當(dāng)發(fā)泡過(guò)程穩(wěn)定、攪拌結(jié)束后，纖維在氣泡的頂托力和次價(jià)鍵力的作用下，構(gòu)成了“立體網(wǎng)”[3]。二次發(fā)泡能更好地促進(jìn)并控制氣泡的形成,以提高材料的穩(wěn)定性。將發(fā)泡好的漿料送入專用的金屬模具中，在金屬模具中進(jìn)行加壓加熱，根據(jù)需要生產(chǎn)制作精度和壁厚與金屬模相應(yīng)的、不同形狀的包裝制品材料。

    4 蔗渣纖維緩沖包裝材料的發(fā)展前景

    蔗渣在廣西的來(lái)源非常豐富，年產(chǎn)量達(dá)上億噸，除了用來(lái)造紙外，還有很多沒(méi)有得到充分利用，目前以蔗渣為原料的快餐飯盒已經(jīng)問(wèn)世，可代替一次性泡沫塑料快餐盒，但作為家用電器、電子儀器、玻璃器皿等產(chǎn)品的包裝材料一直采用泡沫塑料，尤其以泡沫PS 用量最大，這些材料是白色大污染源之一。隨著家用電器市場(chǎng)的快速發(fā)展，由包裝材料造成白色污染日趨嚴(yán)重，要真正消除白色污染，除禁止一次性泡沫塑料快餐盒外,還必須盡快淘汰泡沫塑料內(nèi)包裝材料，用可降解的綠色緩沖包裝材料取以代之。開(kāi)發(fā)以蔗渣為原料的綠色包裝材料，對(duì)改進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品包裝，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境具有十分深遠(yuǎn)意義，對(duì)機(jī)電產(chǎn)品與國(guó)際接軌，進(jìn)一步擴(kuò)大機(jī)電產(chǎn)品具有重要意義，符合國(guó)際包裝發(fā)展趨勢(shì)。因此蔗渣綠色緩沖包裝材料的使用不僅可以降低成本，保護(hù)環(huán)境緩解自然資源，而且對(duì)增加出口競(jìng)爭(zhēng)力都具有重大貢獻(xiàn)。