植物纖維發(fā)泡材料的發(fā)泡機(jī)理與成型工藝探討

陳杰

摘 要 與傳統(tǒng)聚合物發(fā)泡材料相比植物纖維發(fā)泡材料的成型機(jī)理具有差異性與特殊性，基于此，本文對植物纖維發(fā)泡材料的成型機(jī)理進(jìn)行了分析，并對植物纖維發(fā)泡材料的發(fā)泡技術(shù)和常用成型工藝進(jìn)行了相關(guān)的探究，進(jìn)而對相關(guān)的成型工藝進(jìn)行詳細(xì)闡述，預(yù)測了植物纖維發(fā)泡材料未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 植物纖維;發(fā)泡材料;發(fā)泡機(jī)理;成型工藝

前言

近幾年，人們在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，更加注重新能源的開發(fā)和對環(huán)境的保護(hù)，傳統(tǒng)的發(fā)泡塑料垃圾很難降解，容易引發(fā)白色污染問題。目前，我國已將堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展作為我國一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略，在追求低碳經(jīng)濟(jì)、低碳生活的同時(shí)也在研制和使用更為環(huán)保的包裝材料。基于此背景下，廢紙纖維、農(nóng)作物秸稈等植物纖維類可以降解的發(fā)泡材料逐漸成為環(huán)保型緩沖包裝材料出現(xiàn)在人們的視線。該類包裝材料主要以淀粉和植物纖維以及添加劑通過發(fā)泡工藝制作而成，且原料來源廣、價(jià)格低、制作工藝簡單進(jìn)而成為這幾點(diǎn)包裝行業(yè)研究和開發(fā)的重點(diǎn)。

1植物纖維類發(fā)泡材料的機(jī)理特點(diǎn)

與一般的塑料聚合物分子結(jié)構(gòu)相比，植物纖維類都是大分子結(jié)構(gòu)，因此，兩者在發(fā)泡過程和發(fā)泡機(jī)理等方面也存在著一定的差異。

1.1 植物纖維類發(fā)泡材料特點(diǎn)

首先，植物纖維類發(fā)泡材料在發(fā)泡過程中不利于氣體的保存，植物纖維類的原料大多都是通過植物纖維表面的氫鍵連接進(jìn)而形成內(nèi)部交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，但是植物纖維中的分子之前的間隙較大，進(jìn)而使發(fā)泡過程中的氣體難以保存;其次，植物纖維類都是不均勻的混合物，因而導(dǎo)致大分子的長短和大小都不均勻;再次，植物纖維原料含有較多雜質(zhì)，很多廢紙類的纖維中含有造紙過程中加入的化學(xué)藥品和印刷過程中殘留的纖維表面油墨，還有就是秸稈類纖維來自于農(nóng)作物的秸稈細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)部的雜質(zhì)細(xì)胞較多;最后，植物纖維類具有較強(qiáng)的親水性物質(zhì)，在發(fā)泡的過程中具有很大的吸濕性。

1.2 植物纖維類發(fā)泡成型需要的條件

植物纖維類原料作為發(fā)泡過程的材料，其大分子的粒徑不宜過小，或者在發(fā)泡過程中會(huì)導(dǎo)致植物與膠黏劑的相互作用減弱，不利于發(fā)泡過程產(chǎn)生氣體的保存。要保證發(fā)泡劑作為氣泡核在體系內(nèi)進(jìn)行均勻分散，就必須保證植物類纖維處于流體或者熔融狀態(tài)。要認(rèn)識(shí)到膠黏劑能夠有效增加植物纖維類發(fā)泡材料的強(qiáng)度的重要原料，是發(fā)泡材料成型的必要保障，因此就需要在選擇膠黏劑時(shí)要慎重[1]。

2植物纖維類發(fā)泡成型工藝

2.1 主要成型工藝分析

目前，在植物纖維類發(fā)泡材料制作的過程中其成型工藝主要分為一步成型法和二部成型法。

（1）一步成型法。一步成型工藝主要是對整體澆注發(fā)泡成型。具體是通過將植物纖維原料進(jìn)行粉碎后與發(fā)泡劑以及其他助劑進(jìn)行充分的混合并進(jìn)行提煉，最后澆注在專用的模具當(dāng)中，由于模具具有限定的形態(tài)，再通過發(fā)泡后就能對相關(guān)模型進(jìn)行定型。

一步法成型工藝在制作的包裝襯墊中具有以下特點(diǎn)：所制作出的產(chǎn)品緩沖性能比紙漿模塑產(chǎn)品的性能要差一點(diǎn)，但是比發(fā)泡聚苯乙烯發(fā)泡塑料制品的性能要好一點(diǎn)，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面和加工成型方面的要求都比二步法所用的模具難度大得多。

（2）二步成型法。二步法成型工藝是將植物纖維經(jīng)過粉碎碾壓成小于5mm2的纖維狀，并將其與淀粉按照一定的比例進(jìn)行充分混合，進(jìn)而能夠形成混合造粒。將粒子放入擠壓機(jī)中，通過積壓形成圓柱顆粒。在這個(gè)過程中原料會(huì)受到水蒸氣的作用而發(fā)泡，進(jìn)而形成發(fā)泡顆粒。最后，再將發(fā)泡顆粒放入到熱壓成型機(jī)的專用金屬模具中，在受熱受壓過程中再一次發(fā)泡，進(jìn)而能夠根據(jù)不同的金屬模具制作出不同形狀的包裝制品。二步法成型工藝主要針對的是制作較大、較重的緩沖包裝產(chǎn)品，反之則采用難度稍微較小的一步法成型工藝。

2.2 發(fā)泡成型模具的特點(diǎn)

植物纖維發(fā)泡材料成型所需要的模具也需要滿足其成型所需要的要求。例如，針對一步法和二步法成型工藝就需要對專用的模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)對各種發(fā)泡制品在不同的制作及使用條件下的各種因素進(jìn)行有效的考慮，如模具的幾何結(jié)構(gòu)、脫模方法、傳熱梯度以及制品的堅(jiān)硬度等。同時(shí)，還需要對物料的流動(dòng)性制品的粗糙程度以及材料的選用等進(jìn)行研究，進(jìn)而確定較為理想的參數(shù)[2]。

3植物纖維類發(fā)泡材料的注意事項(xiàng)

關(guān)于植物纖維類發(fā)泡材料的研究在近幾年已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績，但仍然存在著很多地方需要改進(jìn)，特別是在發(fā)泡工藝等方面的技術(shù)問題，下面將進(jìn)行具體的闡述：①植物纖維類的發(fā)泡技術(shù)的發(fā)泡方法主要是通過運(yùn)用相關(guān)的化學(xué)發(fā)泡劑達(dá)到目的的，但是對于環(huán)境和發(fā)泡材料的實(shí)用者來說這些化學(xué)發(fā)泡劑具有一定的危害;②植物纖維類發(fā)泡緩沖型材料的研究目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段，并未投入到大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)中，進(jìn)而對其大規(guī)模應(yīng)用還存在一定的差距;③現(xiàn)階段專業(yè)人員對于植物纖維類發(fā)泡材料的性能方面過于看重，進(jìn)而忽略了工藝參數(shù)、專用設(shè)備和模具的研究。

4植物纖維類發(fā)泡緩沖包裝材料發(fā)展展望

在對發(fā)泡材料進(jìn)行制作的過程中應(yīng)將水蒸氣作為發(fā)泡劑進(jìn)而對植物纖維類材料進(jìn)行發(fā)泡，進(jìn)而有效減少因運(yùn)用化學(xué)類發(fā)泡劑給環(huán)境和使用者帶來危害。其次，對于一步法成型與二步法成型的工藝應(yīng)進(jìn)行多次試驗(yàn)，進(jìn)而能夠確定各自的生產(chǎn)工藝和方法，還需要對成型技術(shù)和模具設(shè)備進(jìn)行研究，進(jìn)而有效改進(jìn)讓其能夠滿足生產(chǎn)的連續(xù)化和自動(dòng)化等方面的要求。最后，還需要總結(jié)植物纖維發(fā)泡包裝材料的特性，針對不足或存在的問題進(jìn)行有針對性的改進(jìn)，進(jìn)而提高植物纖維發(fā)泡包裝制品的綜合使用性能。

5結(jié)束語

總而言之，在經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的情況下，人們也開始注重對環(huán)境的保護(hù)，在以往的發(fā)泡材料制品中由于存在很難降解且容易引發(fā)白色污染，進(jìn)而逐漸被植物纖維發(fā)泡緩沖包裝材料所代替，因此，植物纖維發(fā)泡緩沖包裝材料迎來了發(fā)展的機(jī)遇。在不久的將來，相關(guān)的工作人員就需要針對發(fā)泡機(jī)理和成型工藝中存在的技術(shù)問題進(jìn)行深入分析和研究，進(jìn)而對綜合運(yùn)用性能、生產(chǎn)工藝參數(shù)、專用設(shè)備和模具進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)，促進(jìn)植物纖維發(fā)泡包裝制品的發(fā)展，使其徹底取代傳統(tǒng)的塑料緩沖包裝材料。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉德桃，陳奇峰，李軍，等.植物纖維緩沖材料的研究進(jìn)展[J].包裝工程，2007，28（4）：15-16.

[2] 羅輝甲.植物纖維緩沖材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J].印刷質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化，2009，（12）：30-33.