环保型缓冲包装材料的现状及发展前景
耿东伟,许文才,曹国荣
(北京印刷学院, 北京 102600)
[摘要] 环境保护和绿色贸易壁垒对我国所使用的缓冲包装材料提出了新的要求,为了研发并推广应用环保型缓冲包装材料,文中分析了瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑、缓冲包装纸、可降解泡沫塑料、再生泡沫塑料和发泡植物纤维等缓冲包装材料的现状和发展前景。
关键词:环保;缓冲包装材料;纸板;泡沫塑料;植物纤维
随着关税壁垒的逐渐弱化,国产商品的出口开始受到/绿色贸易壁垒0的困扰。有媒体报道中国已成为美国/绿色贸易壁垒0限制进口最多的国家。在这些/绿色贸易壁垒0中,由于我国的包装材料不合格而被拒之在他国门外的占相当大的一 部分。因此具有良好环境相容性的/环保缓冲包装材料0的研制与应用已成为21世纪的必然趋势[1]。 1 瓦楞纸板
瓦楞纸板是人们较早使用的一种缓冲包装材料,它具有良好的加工性能,成本低,使用温度范围宽,既有利于环境保护,又可以回收利用。因此,多年来国内外许多学者对瓦楞纸板的力学性能进行了大量的研究。据有关资料报道,全球瓦楞纸、纸板的消费量约占全部纸和纸板消费量的1/3。据专家预测,2005年我国纸和纸板消 费量约5000万吨,瓦楞纸和纸板的消费如按30%测算,届时我国瓦楞纸板的消费量将达到1500万吨。随着我国加入世界贸易组织,对纸制品包装的需求量更大,这无疑为瓦楞纸包装的发展,带来了千载难逢的发展机遇[2]。降低成本和降低定量仍然是瓦楞纸板的发展趋势。基于环保和成本方面的要求,瓦楞纸板平均定量,包括箱纸板和瓦楞原纸的定量都必须降低。我国的瓦楞原纸普遍是高定量的,且在强度能达到国家产品标准A等的不多,因此每年不得不进口相当数量的高强瓦楞原纸。瓦楞纸板有许多优良的性能,但也存在一些缺点:如表面较硬,在包装高级商品时不能直接接触内装物的表面,使内装物与缓冲纸板之间出现相对移动而损坏内装物表面;耐潮湿性能差;复原性小等。这无疑在一定程度上限制了瓦楞纸板 的发展。 2 蜂窝纸板
1998年美国、加拿大及欧盟等国家限制中国木质托盘包装箱出口,提出严格的熏蒸检疫等既繁琐、又增加成本的难题之后,震动了我国包装界,致使蜂窝纸板在国内异军突起。欧盟2003初出台的报废电子电气设备指令和关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令,将加快全球电子产品的环保型包装的进程,对于我国电子产品包装走上环保的轨道无疑是催化剂。据了解,广东地区的科龙、格力等品牌空调,为在包装上与国际市场接轨,亦将用蜂窝纸板陆续替代等 环保型缓冲包装材料的现状及发展前景EPS发泡塑料衬垫和木质托盘。海尔、澳柯玛、长虹等国内外知名企业品牌空调、电冰箱也陆续采用蜂窝纸板替代EPS发泡塑料和木质托盘。采用蜂窝纸板材料不仅降低了包装成本,而且有助于提升该公司的品牌和形象,减少了白色污染,为外贸企业产品出口打开了一条绿色通道[3]。但是蜂窝纸板制品使用量并不乐观,主要原因有:1)生产自动化程度低,难以达到纸蜂窝制品的标准化、系列化,纸蜂窝设备及制品在技术、工艺等方面有待进一步改进、提高和完善;2)目前纸蜂窝制品不仅表面粗糙,而且印刷色彩不佳,不够档次,尤其
是防水、防潮问题还没有得到很好解决;3)目前纸蜂窝制品的价格用户难以接受。 3 纸浆模塑
纸浆模塑制品除具有质轻、价廉、防震等优点外,还具有透气性好、有利于生鲜物品的保鲜等特点,在商品流通上,被广泛用于蛋品、水果、玻璃制品等易碎、易破、怕挤压物品的周转包装上,是目前流行于国内外市场的泡沫塑料包装材料的换代产品。纸浆模塑包装材料以植物纤维为主要原料,采用先进的技术和科学工艺模塑成型,作为工业品的内包装,蛋托,果托等。欧美国家在设备的生产和制品的成型工艺都处于领先水平。从1984年湖南湘潭纸浆模塑总厂从法国引进了我国第一条纸浆模塑生产线,到目前为止我国年轻的纸浆模塑行业已走过了20年的历程。作为防治白色污染工作的先锋,我国纸浆模塑行业近几年来取得了有目共睹的成绩。目前高新技术的开发研制和移植应用已成为纸浆模塑行业的主体潮流;纸模制品应用领域的拓宽丰富了环保产业的内容,为防治白色污染增添了新的手段[4]。显然,从包装成本上,纸浆模塑包装材料与塑料无法竞争,但仅仅考虑生产成本无疑是片面的,更应该从社会成本、环保效益和经济承受能力等全方面进行分析。社会成本是指包装材料回收处理成本,泡沫塑料的回收处理费用高,这无疑增加了政府财政负担;从环保效益看,塑料无论是焚烧、掩埋,还是弃入江河湖泊都严重破坏生态平衡,其对农业生产、土壤及水资源所造成的社会经济损失是无法估量的;从经济承受能力来看,随着人们生活水平的提高,消费观念的转变,高档次、高价位的环保产品越来越多被人们所接受。 4 缓冲包装纸
在发展瓦楞纸、蜂窝纸和纸浆模塑的同时,许多科研人员也正在寻找其他类型的缓冲包装垫。如英国一家公司开发的FLEXTRA纸卷,上面有许多小裂口,储运时占据空间较小;当纸卷拉开后,它就成为立体蜂窝状,高达原来的10倍,面积增加20%,能起到缓冲作用。这种纸卷用再生纤维制成,可以回收重复使用,废弃时,能生物降解。再如环保型充气纸垫是利用纸塑复合制袋充气而成的,它是一种具有良好缓冲性能、成本低、无环境污染的环保型缓冲包装材料。 5 可降解泡沫塑料
塑料包装材料在包装材料中占据很大比重,从目前国内市场来看,完全放弃是不太可能的,因此研究开发可降解塑料已成为人们研究的热点。可降解塑料按降解机理可分为合成光降解塑料、添加光敏剂的光降解塑料和生物降解塑料,以及多种降解塑料复合在一起的多功能降解塑料。按降解塑料的环境条件分为光降解塑料、生物降解塑料(完全生物降解塑料、部分生物降解塑料)、化学降解塑料(氧化降解塑料、水降解塑料),以及上述3种降解塑料组合成的复合降解材料。对于合成光降解塑料,目前以聚羟基丁酸酯(PHB)及聚羟基戊酸酯(PHV)研究最多,它们的性能与PE和PP相似,价格约为PE的10倍,其降解原理是聚合物吸收紫外光发生光引发作用,使键能减弱,长链分裂成较低分子量的碎片,物理性能下降。较低分子量的碎片在空气中进一步发生氧化作用,产生自由基断链,进一步降解为CO2和水。添加光敏剂的光降解塑料是在塑料加工过程中加入少量的光敏剂。由于光敏剂的光引发作用及光化学反应而产生自由基引发源,因此可加快聚合物的光降解过程。这种方法简单,成本也较低。光降解塑料只有在太阳光辐照条件下才能降解,受地理环境、气候条件的限制,因此大面积推广应用受到一定的限制。对于生物降解塑料,目前研究较多的是以淀粉与聚烯烃塑料相混的不完全生物降解型。这类塑料的降解机理是淀粉颗粒先被真菌和细菌侵袭、消耗,从而削弱了塑料的强度,同时经过塑料与土壤中存在的某些盐类接触,自氧化作用而形成过氧化物,
促使塑料中聚合物的分子链断裂,它们互相促进,相辅相成,细菌消耗淀粉,使塑料表面积增大而有利于自氧化降解。周而复始,高分子链逐渐断裂、缩短,使塑料强度降低,直至聚合物的分子量降低到能被微生物代谢的程度[5]。完全生物降解塑料主要采用天然高分子材料如淀粉、废蜜糖和具有生物降解性的合成高分子材料或水溶性高分子材料为主要原料。据有关资料报道,一家公司最近开发的一种新型生物降解包装缓冲材料(ECO-Foam),其淀粉含量40%,可生物降解成分60%,发泡倍率达30倍,密度为0.033g/f3,可用作精密仪器仪表、高档电子电器等缓冲包装材料,同时具有良好的环境适性。其降解机理是在常规室外自然条件下,自然界中的紫外线、氧气和微生物作用于制品,将聚合物的主链断裂,分子量急剧下降,缠绕在聚烯烃分子周围的淀粉同时分解,制品一触即碎。剩余物质能被环境接受,在昆虫和微生物的继续作用下,回归自然。德国明斯特大学微生物学家正在研究一种微生物造可降解塑料,生产这种可降解塑料的方法是通过微生物把有机物质吃掉转变成微型球体(聚酯化合物),然后从这些微生物身上取出微型球体,用溶剂溶解或用酶化解即可获得/生物塑料。这种生物塑料的基本物质是天然脂肪酸,因此可以很容易被降解。随着科技的发展已经研制出可降解的塑料,但是这种塑料价格昂贵,处理的条件要求严格。因此,这种塑料的推广也受到了很大的限制。低成本的可降解的泡沫塑料已成为研究的热点。 6 再生泡沫塑料
据中国塑料网报道,墨西哥国立自治大学化学究所正在研究一种解决/白色污染的新方法,该方法可利用溶液把废弃的聚苯乙烯泡沫塑料恢复到原始的球珠状态。该研究项目负责人赫苏斯#格拉西亚#范德里克介绍说,将收集来的聚苯乙烯泡沫塑料放到一种溶液中,聚苯乙烯泡沫塑料便会分离成一颗颗干净的原始球珠,这些球珠可被重新制作成泡沫塑料制品。范德里克指出,目前世界上主要用/熔融造粒法回收泡沫塑料,即高温将其熔解后拉压成丝状物,然后再切割成再生塑料球珠,但是这种再生球珠的使用性能明显比新生球珠差,而用这种被称为/析出沉淀法的新方法所得到的球珠同经过发泡处理后的新生球珠在性能上完全一样,并且可以立刻用于压模生产。范德里克强调,回收泡沫塑料还有其它一些重要环节,但关键在于将废弃的泡沫塑料还原成压模前的原始球珠状态。目前该项研究已进入提取实验的最后阶段,接下来该研究所将建立一个小型实验工厂,验证该回收方法的实际操作性和测定生产参数,以便进行下一步的商业推广。 7 发泡植物纤维
近几年,在研究可降解和再生泡沫塑料的同时,发泡植物纤维的研究也是一个热点。发泡植物纤维是以植物纤维(废旧报纸、纸箱纸和其他植物纤维材料等)以及淀粉添加助剂材料制作而成。国内外都在进行发泡植物纤维缓冲包装材料的制作及机理方面的研究,已取得了不同程度的阶段性成果。实验室制成的样品已显示出该产品的发展具有巨大的市场潜力。目前,欧美及日本等发达国家为寻求无污染的新型环保包装材料,正在加紧进行植物纤维发泡技术的研究。国外植物纤维发泡制品所采用的工艺方法主要集中在不添加化学发泡剂,即无须发泡剂产生发泡,原料是通过水蒸气的作用发泡,形成颗粒型发泡纸浆。该制品工艺比采用添加化学发泡剂的工艺方法难度大,但该植物纤维发泡制品的生产和使用有利于环保。国内也有几所院校及单位正进行这方面技术的研究和开发,并已取得了阶段性的成果。国内所研发的植物纤维发泡制品的工艺方法主要集中在使用添加化发泡剂,即采用发泡剂产生发泡,原料是通过化学发泡剂的作用发泡,形成颗粒型发泡纸浆。使用发泡剂的工艺比不用发泡剂的工艺较为简单,但如发泡剂选择不当,
该类植物纤维发泡的方法及制品在生产过程和使用后的处理对环境有可能造成一些不利的影响,故该项技术还有待于改进和提高[6]。当前,无论国内还是国外,对植物纤维发泡包装制品的研究基本上还处在实验阶段,还未达到工业化大规模连续化生产的要求。同时,目前对植物纤维发泡包装制品的性能特点的研究主要集中在单件和实验性,而对于多件或实际应用的性能参数还未获得验证。 8 结 语
无论是瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑、泡沫塑料还是植物纤维缓冲包装材料都有其各自的优点和不足,因此现阶段多元化研发新的环保型包装材料,推广使用可降解材料,无疑是包装产业的一次新技术革命。在这场新的革命中谁能取得胜利,这主要取决于哪种包装材料更加环保,更有利于社会的发展。 参考文献
[1] 张绍华.绿色包装工业和环境保护协调发展的最佳途径[J].中 国包装,2001,(1) [2] 邝仕均.关于发展高强瓦楞纸的思考[J].中国造纸,2000,(1) [3] 叶柏彰.我国蜂窝纸板产业现状分析[J].株州工学院学报, 2003,(2) [4] 曹世普,郭奕崇,马玉林.纸浆模塑工业包装制品缓冲机理研究 及有限元模拟[J].中国包装,2002,(7) [5] 高德.可降解缓冲包装材料的发展现状及发展前景[J].包装工 程,2002,(5) [6] 曹绍文,吴其叶.发泡植物纤维缓冲包装材料[J].中国包装工 业,2002,(9):8-11
