中低端紙漿模塑包裝的發(fā)展探究

■ 文/上海出版印刷高等專科學(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(shí)，經(jīng)常會(huì)用“雞蛋容積用的紙托包裝”、“購(gòu)買電子產(chǎn)品、家電產(chǎn)品時(shí)所用的紙制緩沖材料”進(jìn)行相關(guān)解釋。對(duì)于此，筆者針對(duì)紙漿模塑材料及發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)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(fèi)問題。

1 紙漿模塑的優(yōu)勢(shì)

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(biāo)產(chǎn)品形狀的模具中進(jìn)行制造、造型后干燥而成，其特點(diǎn)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(diǎn)。

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?yàn)橛辛Ⅲw的形狀，與報(bào)紙、廣告宣傳物等一般廢舊報(bào)紙區(qū)別開來。

1.2 可以以一定比例作為廢紙?jiān)倮?/h3>

作為循環(huán)利用的一個(gè)案例，以實(shí)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(jìn)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(jìn)行再利用，再次進(jìn)行紙漿模塑產(chǎn)品的再生。將不同紙張類型進(jìn)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(jī)械性能比較（廢報(bào)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(huì)更穩(wěn)定。紙漿模型是以廢紙為原料的包裝材料，同時(shí)也是能夠再次作為廢紙利用的、降低環(huán)境負(fù)荷的再利用產(chǎn)品。

1.3 具備良好的緩沖性和保護(hù)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(hù)性進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)，被廣泛用作保護(hù)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(duì)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(dāng)紙箱作為主要包裝材料使用時(shí)，在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常會(huì)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(shí)組裝作業(yè)。通過縮短包裝作業(yè)的節(jié)拍時(shí)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(diǎn)是相同的，但紙漿模型可以堆疊，因此運(yùn)輸時(shí)和庫存空間的削減有明顯優(yōu)勢(shì)。而且，如果是化學(xué)制品的話，在廢棄的時(shí)候，會(huì)被當(dāng)作工業(yè)廢棄物來處理，而紙漿模塑可以作為廢紙進(jìn)行再利用，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)保價(jià)值。

圖2 紙漿模塑材料的最大加速度靜態(tài)應(yīng)力對(duì)比

圖3 錐體高度變化引起的壓縮強(qiáng)度比較

圖4 基于漿料種類的壓縮強(qiáng)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(huì)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(fèi)風(fēng)險(xiǎn)，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(dòng)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(yán)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(huì)議上也作為議題被廣泛討論。對(duì)于這一趨勢(shì)，2020年1月，國(guó)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(qiáng)塑料污染治理的意見》，被稱為我國(guó)“禁塑令”。為保證禁塑令中2020年目標(biāo)如期完成，同年6月，國(guó)家發(fā)展改革委等9部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于扎實(shí)推進(jìn)塑料污染治理工作的通知》，以推進(jìn)禁塑令的順利實(shí)施。這一意見稿的產(chǎn)生極大地利好了紙漿模塑的市場(chǎng)應(yīng)用空間的拓展。

3 原料廢紙采購(gòu)

紙漿模型的原料，根據(jù)用途使用紙箱舊紙、報(bào)紙舊紙、雜志舊紙以及紙漿模塑的回收品。近年來，隨著手機(jī)及電子刊物的進(jìn)一步發(fā)展，紙質(zhì)報(bào)紙、紙質(zhì)雜志等逐年減少，但國(guó)內(nèi)包裝用紙量顯著增加，2019年我國(guó)廢紙回收量為5 244萬t，預(yù)計(jì)2020年將進(jìn)一步提升；同時(shí)隨著環(huán)保政策的進(jìn)一步落實(shí)，廢紙回收比率將逐年提升，相比于2010年43%回收率已增長(zhǎng)到2019年的49.9%。未來，為進(jìn)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(dāng)紙漿通過網(wǎng)模時(shí)，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(jiǎn)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(shí)，制品都比較大，形狀非常復(fù)雜，而且一款一式都是“對(duì)號(hào)入座”，沒有通用性，模具設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)也是一個(gè)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(shí)各處壁厚是同步進(jìn)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(gè)含水量在70%～75%的濕紙坯，因?yàn)槭節(jié){料推向網(wǎng)模濾過時(shí)的動(dòng)力是真空度，最大的力量不超過一個(gè)大氣壓。

初成型的濕紙坯吸附在網(wǎng)模上，濕強(qiáng)度很低，必須靠另外一個(gè)與之對(duì)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(jì)和模具設(shè)計(jì)的難度。

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

紙漿模塑制品除了有紙制品的強(qiáng)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(shí)，形狀比較簡(jiǎn)單，強(qiáng)度要求也不算高。用作工業(yè)內(nèi)包裝時(shí)，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(zhǔn)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?xí)r不能損傷被包裝物品表面光澤，能消除包裝物品在搬運(yùn)中受到碰撞、振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊。三是承載：要求制品有一定的強(qiáng)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(dāng)?shù)脑牧?、助劑和生產(chǎn)工藝之外，更重要的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.3.1 功能性結(jié)構(gòu)

紙漿模塑制品成型工藝特點(diǎn)決定了同一個(gè)制品只能有一個(gè)厚度。為了適應(yīng)功能要求，在調(diào)整強(qiáng)度和緩沖性時(shí)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(qiáng)度和剛性。當(dāng)比較大的平面、承載能力要求高時(shí)，可以將此處設(shè)計(jì)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(gè)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(huì)發(fā)生較大變化，在制品的同一個(gè)平面、同一個(gè)方向的不同位置，制品的收縮總量不同，這時(shí)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(jìn)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(gè)新生兒的靈魂，包裝高度成長(zhǎng)期是從紙換成塑料的時(shí)代，未來塑料的一部分產(chǎn)能會(huì)回歸紙基時(shí)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>