塑料緩沖包裝材料的現(xiàn)狀與應用

樊澤鵬 王克儉

（北京化工大學機電工程學院）

前 言

產(chǎn)品在運輸?shù)倪^程中，其往往會受到多次的振動和沖擊，所以需要對物品進行包裝保護，保證其完好性。在設計物品包裝材料的時候添加緩沖材料，能夠讓產(chǎn)品在受到?jīng)_擊、振動時不會吸收全部的能量，使得運輸?shù)漠a(chǎn)品保持安全。

緩沖包裝材料指的是包裝物品在流通過程中，因受外力的作用而遭受到?jīng)_擊和振動時，可以吸收外力產(chǎn)生的能量，因此防止產(chǎn)品受到破壞而使用的保護材料[1～2]。

生活中常見的緩沖包裝材料主要有發(fā)泡塑料緩沖材料、氣墊緩沖材料、紙質(zhì)緩沖包裝材料和植物纖維類緩沖包裝材料[3]幾大類，其中塑料緩沖包裝材料的應用最為廣泛，因其重量輕、強度高、容易加工、價格低廉，且具有較好的緩沖吸振性能而被廣泛使用。本文主要是介紹了塑料緩沖包裝材料的現(xiàn)狀和應用。

1. 塑料緩沖材料的特性

關于緩沖材料，除了要選擇不同樹脂材料外，還需要各種材料的表觀密度滿足一定的要求；緩沖材料需要具有良好的沖擊能量和振動吸收性外，較好的回彈性且發(fā)生的永久變形小。

作為緩沖材料，應可以耐受物流過程中可能會出現(xiàn)的溫度和濕度、酸、堿、油、發(fā)霉、腐蝕性的有機物及輻射等運輸環(huán)境，而且緩沖包裝材料也應保證不會腐蝕所包裝的物品，同時它還必須具有抗靜電、容易加工、成本低廉、容易回收、容易處理等優(yōu)點，且滿足環(huán)保要求。

如下表1中是幾種常用塑料緩沖包裝材料的性能比較。

表1 幾種常用塑料緩沖包裝材料的性能比較[4、6]

2. 塑料緩沖材料的種類

塑料緩沖材料主要有：塑料發(fā)泡緩沖材料和氣墊緩沖材料。其中緩沖發(fā)泡塑料常用的有以下幾種：聚苯乙烯、聚氨酯和聚乙烯等高發(fā)泡包裝材料。

盡管用于制造塑料發(fā)泡緩沖材料的基體樹脂不同，且不同樹脂或不同配方制成的塑料發(fā)泡緩沖材料的性能也各不相同，但是塑料發(fā)泡緩沖塑料材料都是由泡孔組成，空氣充斥在泡孔中，所以它質(zhì)地輕、比強度高，保溫性優(yōu)良，吸音性能優(yōu)良[4]。

2.1 塑料發(fā)泡緩沖材料

塑料發(fā)泡緩沖材料是通過發(fā)泡成型方法進行生產(chǎn)，塑料產(chǎn)生微孔結(jié)構的過程就是發(fā)泡成型的過程。

發(fā)泡塑料材料優(yōu)點很多：質(zhì)輕、加工性能好、保護性良好、價格低等，且良好的緩沖吸振性能令其成為生活中常見的緩沖材料。

以下是幾種常見發(fā)泡緩沖塑料材料的簡單介紹：

2.1.1 發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）

發(fā)泡聚苯乙烯，即EPS，俗稱“保麗龍”。EPS是一種可通過模塑成型的材料，它是質(zhì)輕的、半硬質(zhì)的、閉孔的、成本低廉的緩沖材料[3～5、15]。EPS是以聚苯乙烯樹脂為主體，添加發(fā)泡劑等添加劑制成，是目前日常生活中使用最多的一種塑料緩沖材料。

EPS具有閉孔結(jié)構，吸水性較小，抗水性較好；密度小，一般為0.015 ～ 0.039/cm3；機械強度好，緩沖性能良好；易加工，容易模塑成型；著色性良好。

但是EPS也存在一定的不足，它在燃燒時放出的苯乙烯氣體會污染大氣環(huán)境，且EPS不耐多次沖擊，較脆，拉伸強度較低。

EPS被廣泛用在各種精密儀器、儀表、家用電器等的緩沖包裝的場合，也可以用EPS直接制成杯、盤、盒等物品的包裝容器來進行包裝。

圖1 EPS發(fā)泡緩沖材料

2.1.2 發(fā)泡聚乙烯（EPE）

發(fā)泡聚乙烯，即EPE，俗稱“珍珠棉”。EPE是以聚乙烯樹脂為主體，添加發(fā)泡劑、交聯(lián)劑和其它添加劑等制成[3～6]。

EPE的優(yōu)點很多：密度較小，具有優(yōu)良的緩沖性、耐熱性，吸水性強；化學性能較穩(wěn)定，不易被腐蝕；機械性能好；易于加工，易于成型，價格低廉等。

除此之外，EPE還是一種可以回收的、環(huán)保的材料，但EPE的價格比EPS昂貴，而且EPE不能通過模塑成型。

目前EPE主要用來做貴重、易碎物品的緩沖包裝。

圖2 EPE發(fā)泡緩沖材料

2.1.3聚氨酯（PU）發(fā)泡塑料

PU發(fā)泡塑料是通過異氰酸酯和羥基化合物經(jīng)過聚合發(fā)泡而制成的，可按照其硬度分為軟質(zhì)和硬質(zhì)兩類，其中軟質(zhì)的PU發(fā)泡塑料是主要品種[3～6]。

PU發(fā)泡塑料具有許多優(yōu)良特性：良好的彈性、柔軟性；化學穩(wěn)定性優(yōu)良，耐多種溶劑和油類；耐磨性良好，還具有很好的加工性能等。

PI發(fā)泡塑料是一種性能優(yōu)良的緩沖包裝材料，但PU的價格較貴。

PU發(fā)泡塑料作為緩沖包裝材料，可以最大限度使包裝物所受到的沖擊強度和振動加速度得到減小。

PU發(fā)泡塑料可為各類精密電器、儀器儀表、工藝品、燈飾等行業(yè)提供環(huán)保、貼身的現(xiàn)場包裝保護。PU緩沖包裝可以快速保護各類不同形狀、體積、質(zhì)量的產(chǎn)品，可根據(jù)實際的需求來制作合適尺寸和性能的包裝進行保護。

PU發(fā)泡塑料還可用作高檔精密儀器、高檔工藝品等的緩沖包裝或襯墊緩沖材料，也可制做成精致且保護性極好的包裝容器；PU緩沖材料還可采用現(xiàn)場發(fā)泡的方式，對物品進行緩沖包裝，應用十分廣泛。

圖3 聚氨酯片材緩沖材料

2.1.4 發(fā)泡聚丙烯（EPP）

發(fā)泡聚丙烯，即EPP，俗稱“拿普龍”。EPP是一種性能卓越的高結(jié)晶型聚合物/氣體復合材料[6]。EPP是以聚丙烯樹脂為主體，添加發(fā)泡劑及其它添加劑制作而成。

EPP具有很好的縱向抗張強度，由于其特殊的密孔及薄而柔韌的孔壁，令它具有優(yōu)良的回彈性能和柔韌性能。

EPE的微孔可以吸收大量的沖擊和振動能量，作為緩沖材料十分合適。EPP的耐磨性良好，且與光滑的產(chǎn)品表面接觸時不易滑動，因此可以做到保護產(chǎn)品的表面不受損傷。但EPP對光的穩(wěn)定性較差[5、6]。

聚丙烯發(fā)泡塑料是一種性能優(yōu)良的緩沖材料，由于其對光潔表面的優(yōu)良保護性能，廣泛應用于電視機、裝箱家具、高檔儀器和具有光潔面的金屬器具的緩沖包裝；也可作為熱食品的保溫包裝；還可制成襯墊、襯板等緩沖材料[5]。

EPP在耐熱性、緩沖性、耐油性等方面優(yōu)于EPS，在一些方面的性能要優(yōu)于EPE，并且EPP也可以進行回收利用和自然降解，并不會污染環(huán)境。但是由于EPP的價格較昂貴，限制了它的應用范圍[6]。

圖4 EPP片材發(fā)泡緩沖材料

2.1.5 乙烯-醋酸乙烯共聚物橡塑（EVA）

乙烯-醋酸乙烯共聚物橡塑，即EVA。EVA是近些年來發(fā)展起來的新型環(huán)保包裝材料[3、6]。EVA具有良好的緩沖隔振性性能、良好的回彈性、韌性強、隔熱、防潮、無毒、易加工等特性。

EVA最廣泛的應用是用于五金工具等產(chǎn)品的包裝，可以對其實現(xiàn)長期的包裝。由于EVA良好的環(huán)保性能，使它受到廣泛的追捧。相信在今后相當長一段時間內(nèi)EVA能夠得到廣泛的使用。

圖5 EVA緩沖材料

2.1.6 發(fā)泡聚苯乙烯聚乙烯混合體（EPO）

發(fā)泡聚苯乙烯聚乙烯混合體，即EPO。EPO是通過特殊聚合工藝生產(chǎn)出來的一種“共聚物”，它的組成和結(jié)構都比較獨特。

EPO是由30%的聚乙烯和70%的聚苯乙烯組合而成，PE組分主要分布在粒子的外層，促進顆粒之間的塑化和結(jié)合，PS組分主要分布在粒子的內(nèi)部，對于泡粒結(jié)構具有良好支撐作用[7]。

EPO最大程度的綜合了EPS與EPE兩種材料的性能優(yōu)點：具有EPS所不具有的材料韌性與抗剪切力，具有EPE不具有的強度和抗壓縮性；沖擊后不會碎裂和產(chǎn)生碎屑，堅固性、耐久性和韌性更好，表觀質(zhì)量好，具有優(yōu)良的多次抗沖擊性。EPO材料可應用在對緩沖性能要求十分苛刻的場合，比如計算機、平板電視、顯示器、服務器、復印機以及打印機產(chǎn)品的緩沖包裝保護，還可以應用在空調(diào)器、玻璃窗、戶外器械、消費電子產(chǎn)品和家具等產(chǎn)品的緩沖包裝保護。

圖6 EPO泡沫結(jié)構示意圖[7]

2.2 可降解泡沫塑料

隨著人們生活水平的提高，對包裝的要求也越來越高，不僅要求產(chǎn)品包裝美觀、經(jīng)濟實用，還要求包裝效果好，物品不得受到損害，還必須符合環(huán)保要求。與此同時，塑料包裝一方面消耗了大量的資源和能源，另一方面過多的廢棄包裝已成為僅次于水污染、海洋污染和湖泊空氣污染的第四大污染源。發(fā)展綠色緩沖包裝成為需要解決的問題[9]。

可降解緩沖包裝發(fā)泡材料是通過以木質(zhì)素、植物纖維、淀粉等生物質(zhì)材料為基礎，再加入一些適當?shù)妮o料及發(fā)泡劑等，通過某種特殊的工藝加工制作而成的，它具有成本投入低、保護環(huán)境、原材料可取等優(yōu)點，切實符合了綠色、環(huán)保包裝材料的要求，并使得農(nóng)作物的經(jīng)濟附加值再一次得到了增長[8]。在緩沖包裝設計中選擇綠色緩沖材料是實現(xiàn)綠色包裝產(chǎn)品設計和制造的關鍵一步，是盡快實現(xiàn)我國產(chǎn)品與世界標準接軌，增強國際競爭力的強有力措施[8-11]。

目前國內(nèi)外采用的緩沖包裝材料主要是發(fā)泡塑料、瓦楞紙板、蜂窩紙板、氣泡薄膜、纖維、碎屑狀材料等。在選擇緩沖包裝材料方面，由于人們環(huán)保意識的逐漸增強，一場綠色環(huán)保革命正在興起，以可降解材料為主要成分的包裝材料已成世界包裝可持續(xù)發(fā)展的主要方向。

目前，借助可再生資源的天然高分子材料及相關可降解高分子材料來制作成緩沖包裝材料已經(jīng)成為了趨勢。

例如，自然界中的木質(zhì)素、纖維素及淀粉等生物質(zhì)材料十分豐富，且它們均屬于可再生資源，通過將這些材料作為發(fā)泡材料而制作出的原料，作為包裝使用后能夠?qū)崿F(xiàn)完全降解。

有一種由南京蘇石降解樹脂化工有限公司開發(fā)出來的可生物降解泡沫塑料板材，該產(chǎn)品的淀粉含量≥40%，可生物降解成分≥60%。它的發(fā)泡倍率達到了30倍，密度為0.33g／cm3，同時它還具有良好的環(huán)境適應性。該產(chǎn)品可廣泛應用在精密儀器儀表、高檔電子電器等產(chǎn)品的緩沖包裝材料[10]。

2.3 氣墊緩沖材料

氣墊緩沖材料是指用氣墊塑料薄膜的一種特殊工藝在兩層塑料薄膜之間封入空氣，在一面形成一個個突出的均勻連續(xù)的氣泡，將產(chǎn)品包裹，進而實現(xiàn)緩沖包裝的效果。氣泡主要有圓筒形、半圓形和鐘罩形[3]。

氣墊薄膜中由于封入了大量空氣，因此具有良好的彈性和隔熱性；它的密度很??；不吸潮，耐腐蝕，不腐蝕物品；加工性能好，易于制成各種形狀；可以熱封，能吸收沖擊能量，有優(yōu)良的緩沖性能。但氣墊緩沖材料不適用于包裝重量較大，負荷集中的尖銳物品，以免壓破或剌破氣泡而使其失去緩沖作用[3、6]。氣墊薄膜還可以做成各種形狀大小的袋、套、墊、筒等容器，廣泛應用在藥品、儀器、儀表等物品的緩沖包裝上。它還在果蔬特產(chǎn)和玻璃瓶裝特產(chǎn)等旅游產(chǎn)品發(fā)貨過程中應用。還有一些小型精美飾品類產(chǎn)品也常用氣墊材料做成精美包裝袋作為內(nèi)包裝，將產(chǎn)品的損壞降至最小[8、12～14]。

圖7 氣墊緩沖材料

結(jié) 論

緩沖包裝從最先單一的考慮保護產(chǎn)品不受損壞發(fā)展到現(xiàn)在，經(jīng)歷了相當長一段歷史。在人類面臨環(huán)境污染和資源匱乏的情況下，人們對產(chǎn)品的緩沖包裝提出了更進一步的要求?，F(xiàn)如今的生活中離不開物流快遞，各種產(chǎn)品的緩沖包裝自然也是多種多樣。然而塑料緩沖包裝材料仍舊是目前生活中最主要的緩沖包裝材料之一。

EPS、EPE、EPP等塑料緩沖材料的使用范圍十分廣泛，深入人們生活中的各個角落。但是隨著國家綠色環(huán)保新要求的提出，誕生了可降解塑料材料。它是一種以塑料為基礎，并填入可降解物質(zhì)的綠色緩沖包裝材料。新型的可降解塑料緩沖包裝材料會成為日后的一種發(fā)展趨勢。未來的塑料緩沖包裝會更環(huán)保，更綠色，效果更好！