甘蔗渣制備緩沖包裝材料的工藝研究

我國(guó)日用家具、家電、軍工產(chǎn)品、醫(yī)療器材等包裝上所用的緩沖包裝材料中，考慮到質(zhì)輕、隔熱、防腐、減震和易于模塑成型等優(yōu)勢(shì)，大部分都選擇采用聚苯乙煉泡沫塑料(EPS)及聚乙烯(EPE)。但是，這兩種材料在生產(chǎn)過(guò)程中大量使用氯氟烴(CNC),造成大氣層中的臭氧層被破壞,而且廢棄后難以自然降解,污染土地和地下水。據(jù)報(bào)道，在所有的塑料垃圾中，包裝廢棄物占了３０％之多，而緩沖材料乃是重中之重，給生態(tài)環(huán)境造成很大的負(fù)面影響同時(shí)，又威脅到人類自身健康。為了緩解塑料對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)所帶來(lái)的壓力，不少國(guó)家已經(jīng)嚴(yán)令限制使用聚乙烯類和聚苯乙烯類作為緩沖材料?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)、國(guó)外都在尋找環(huán)保，又容易加工成型，而且回收又方便，照價(jià)又便宜的物質(zhì)代替EPS發(fā)泡塑料。

研究發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)位于亞熱帶南段地區(qū)每年甘蔗收獲后，在糖廠制糖產(chǎn)生大量次等蔗渣，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定的工藝和方法，在熱壓條件下制成有一定的緩沖性能、可用于承受重載荷的緩沖包裝材料。根據(jù)包裝物的隔層、骨架、防震保護(hù)層的粗腰等壓膜成型，經(jīng)濟(jì)成本低于使用EPS材料。使用拋棄后，在自然環(huán)境中能三個(gè)月內(nèi)降解，降解后在土壤中的微生物作用能將蔗渣中的有機(jī)物分解在土壤中給土壤增加碳分子，增加土壤的肥力以便植物生長(zhǎng)，不破壞環(huán)境，還能促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

1  國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

查閱相關(guān)資料，目前國(guó)外尚未有針對(duì)用次品蔗蔗渣來(lái)生產(chǎn)緩沖包裝材料的相關(guān)研究，對(duì)于其他可降解緩沖包裝材料的研究有不少成果，比較常見的像瓦楞紙和蜂窩紙板類、紙衆(zhòng)模塑類以及發(fā)泡植物纖維類，關(guān)于綠色包裝材料管理這塊，在立法層面，國(guó)內(nèi)外均有建樹。

1.1  國(guó)外研究現(xiàn)狀

為避免“白色污染”對(duì)環(huán)境的破壞，在尋求與環(huán)境相容性良好的可降解可再生的緩沖包裝材料這一塊，歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家起步比較早，并在新型環(huán)保類緩沖包裝材料進(jìn)行開發(fā)與研究投入了大量資源，成果頗豐。德國(guó)不萊梅PSP公司采用廢舊書報(bào)紙和面粉作原料，開發(fā)出一種名為“MACKROPAK 2000”的緩沖材料。日本針紡合纖公司在玉米中提取出的聚乳酸，作為可生物降解的發(fā)泡材料主要的原料，研發(fā)出的材料無(wú)論在緩沖性能和耐熱性還是整體強(qiáng)度上都能與EPS泡沫塑料相差無(wú)幾，但廢棄后可以直接分解在農(nóng)田里，完全沒有污染，對(duì)土壤還有施肥的作用。英國(guó)的Stram it International公司以各類農(nóng)作物秸稈人造板，是以小麥秸稈和水稻為原料，在加工的過(guò)程中不需要用到粘結(jié)劑，做成的成品厚度可以高達(dá)20至80毫米，如英國(guó)的鄉(xiāng)村建造的房屋墻體就可以使用這種材料來(lái)代替粘土磚。

1.2  國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

首先，在立法層面上，我國(guó)在1996年時(shí)就實(shí)施了《中華人民共和國(guó)固體廢棄物污染環(huán)境防治法》，這為我國(guó)固體廢棄物管理體系的建立奠定了基礎(chǔ)，并在2005年4月全國(guó)人大對(duì)該法案進(jìn)行了修定。在1999年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)由國(guó)家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布了《淘汰落后生產(chǎn)能力、工藝和產(chǎn)品的目錄》(第一批)。各地政府相關(guān)部門也紛紛出臺(tái)相關(guān)不環(huán)保型塑料使用的禁令。2005年4月起，針對(duì)過(guò)度包裝這一塊，國(guó)家從法律上限制并鼓勵(lì)使用容易回收的包裝物。2008年6月國(guó)務(wù)院下發(fā)通知，在全國(guó)范圍內(nèi)禁止生產(chǎn)、銷售、使用厚度小于0.025毫米的超薄塑料袋，所有的商城、超市等不得免費(fèi)提供塑料購(gòu)物袋。

其次，企業(yè)類、各級(jí)院校和研究所等對(duì)植物纖維類緩沖包裝材料的研究也取得了一定成果，但起步相對(duì)比發(fā)達(dá)國(guó)家晚一些。主要集中在使用添加化學(xué)發(fā)泡劑的制備工藝方面，但尚沒有產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品問(wèn)世。20世紀(jì)80至90年代，我國(guó)南方已形成蔗渣制造硬質(zhì)纖維板、刨花板的工廠體系。最近幾年，中國(guó)林科院、中南林學(xué)院、東北林業(yè)大學(xué)、南京材業(yè)大學(xué)等高校也先后探索有關(guān)麥秸碎料板、稻草碎料板、麥秸纖維板、麥秸-塑料復(fù)合人造板等方面的開發(fā)與研究。 

2  甘蔗渣制備緩沖包裝材料的工藝流程

2.1  可行性

我國(guó)位于亞熱帶南段地區(qū)種有大量的甘蔗，每年甘蔗收獲榨糖后產(chǎn)生的甘蔗渣，一部分造紙，一部分做燃料，剩余一部分堆漚。堆漚部分大多是數(shù)量比較差的蔗渣，這部份做造紙?jiān)喜缓细?，做燃料含水量又消耗熱量，堆漚又造成環(huán)境污染，一直是糖廠待解決的難題。利用甘蔗渣制備緩沖包裝材料，正是利用此廢棄物，使之實(shí)現(xiàn)資源化再利用。將再次次品的蔗渣進(jìn)行理化分析，制定加工方法和可行性工藝，然后用已得到的技術(shù)參數(shù)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用采集的樣品試制緩沖包裝材料。甘蔗渣制備的緩沖包裝材料，成本低、可降解，對(duì)環(huán)境無(wú)破壞作用，減少自然資源消耗。投入生產(chǎn)使用，便可以降低對(duì)EPS、EPE緩沖包裝材料的使用量，滿足國(guó)際上對(duì)于包裝材料環(huán)?；厔?shì)的要求，對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有著重要意義。

2.2  工藝流程

由下面的技術(shù)路線圖來(lái)分析（圖1），技術(shù)的關(guān)鍵是解決甘蔗渣制備緩沖包裝材料的共抗性，抗壓強(qiáng)度，要求達(dá)到和超過(guò)EPS材料制作的樣品對(duì)照抗壓，抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)。目前蔗渣纖維的制備問(wèn)題已經(jīng)得到了解決，但就緩沖包裝材料使用技術(shù)這一方面，又有一些特殊的要求。對(duì)樣品進(jìn)行理化測(cè)試和分析，通過(guò)對(duì)蔗渣性能穩(wěn)定處理及干燥，結(jié)合淀粉的改性處理。在具體制備纖維的過(guò)程中，可以采用化學(xué)增強(qiáng)方法，加入高目數(shù)的填充物，如方解石粉，用微細(xì)粉填充蔗渣纖維的微孔，來(lái)加強(qiáng)其的強(qiáng)度。并可以在混合制裝時(shí)通過(guò)加入少量的木質(zhì)纖維，來(lái)使?jié){板的整體強(qiáng)度得以提高。淀粉作粘結(jié)劑在使用時(shí)，為使其粘合能力加強(qiáng)，要對(duì)淀粉進(jìn)行一些改性，并使用膨化技術(shù)解決淀粉改改后的粘合能力穩(wěn)定性，可參考鑄造粘結(jié)劑淀粉改性技術(shù)和方法，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可解決。

將處理的甘蔗渣與改性處理的淀粉進(jìn)行混合用螺旋壓力機(jī)擠壓成粒，再根據(jù)所需包裝物的隔層、防震層等要求的形狀，干燥后便可投入使用。在提高材料的濕強(qiáng)度上，需要對(duì)成型后甘蔗渣材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆浪幚?，如原料中添加防水劑、成型后的材料噴鍍防水材料等以提高甘蔗渣緩沖包裝材料的耐水性能，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

用戶只需制造適合自身產(chǎn)品包裝的形狀要求的模具將包裝材料加溫到85-95℃的時(shí)候壓制而成，既簡(jiǎn)單又方便，是一種高效節(jié)能的緩沖包裝材料。

3  甘蔗渣制備緩沖包裝材料的性能特點(diǎn)

在緩沖包裝材料領(lǐng)域，聚苯乙煉泡沫塑料(EPS)及聚乙烯(EPE)的使用量占據(jù)著我國(guó)大份額市場(chǎng)。EPS、EPE盡管有質(zhì)輕、隔熱等優(yōu)點(diǎn)，但其被廢棄后回收困難、難自然降解,造成環(huán)境污染。甘蔗渣制備緩沖包裝材料的研究開發(fā)成功對(duì)于提高甘蔗渣廢棄物利用、增加農(nóng)民收入、減少環(huán)境污染將會(huì)起到很好的作用。根據(jù)研究結(jié)果，取出樣品進(jìn)行理化分析，進(jìn)一步了解樣品的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)。制定加工方法和可行性工藝，然后用已得到的技術(shù)參數(shù)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用采集的樣品試制緩沖包裝材料。材料試制出來(lái)后，可以按照些常用的生活家電等產(chǎn)品包裝的隔層，防震層等形狀制出樣品，再檢測(cè)共抗性，抗壓強(qiáng)度后，與EPS材料制作的樣品對(duì)照。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，已達(dá)到和超過(guò)EPS材料制作的樣品對(duì)照抗壓，抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，滿足包裝物的包裝要求，在搬運(yùn)過(guò)程中保護(hù)產(chǎn)品的安全，甘蔗渣制備的緩沖包裝材料與EPS材料的性能對(duì)比。

4  結(jié)語(yǔ)

從節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的角度來(lái)看, 該材料的研究、開發(fā)成功對(duì)于提高甘蔗渣廢棄物利用、增加農(nóng)民收入、減少環(huán)境污染將會(huì)起到很好的作用。我國(guó)有獨(dú)特的自然資源，甘蔗渣而且每年都有，循環(huán)不絕。利用地域優(yōu)勢(shì)，將甘蔗渣變廢為寶，研發(fā)綠色環(huán)保、可降解的新型緩沖包裝材料，代替泡沫塑料的使用量，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的雙贏。

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