发泡型植物纤维缓冲包装材料研究现状及发展趋势

肖俊芳，肖生苓，高献策

(东北林业大学工程技术学院，哈尔滨150040)

我国包装企业大多数生产模式为单向线状型，不仅生产成本高，资源、能源消耗大，社会效益差，而且包装在生产和使用中，会由于排出大量废弃物而对环境产生严重危害。发泡型植物纤维缓冲包装材料是以植物纤维为主要原料，添加化学发泡剂或者通过水蒸气作用发泡形成的一种新型环保材料。该材料以原料来源丰富、成本低廉、良好的使用性能及废弃物可完全降解、绿色环保等优点，成为替代EPS泡沫塑料，减少白色污染，提高资源利用率的一种有效途径。

1 发泡型植物纤维缓冲包装材料国外研究现状

目前，为了寻找研究无污染的新型环保包装材料，欧美及日本等发达国家，对植物纤维发泡技术进行了深入的研究，所采用的工艺方法主要集中在物理发泡，即通过水蒸气作用进行发泡，形成颗粒型发泡纸浆。由于水蒸气发泡对设备的要求比较高，工艺方法难度大，提高了成本，但在生产、使用中对环境没有有害影响［1］。

德国PSP公司采用废报纸、旧书作原料制成纤维状纸浆，和面粉按一定比例混合后注入挤压机，形成发泡纸颗粒，形状为圆柱形;然后再用发泡纸，根据需要生产不同形状的包装材料。和泡沫塑料相比，该新型工艺优点在于一次成型，通过水蒸气作用发泡，不需化学添加剂，使用后还可以回收、再加工，对环境没有不利影响［2］。

日本帝人公司以天然纸浆为原料，加工成颗粒状或长条状，制成新型的缓冲包装材料。材料加热后易成型，发泡率高。和传统泡沫塑料EPS相比，质轻、吸收冲击性能好，但是由于成本较高，现在还没有大量生产［3］。

日本工业技术研究所采用干式纸浆发泡技术，以废纸为原料，粉碎后和淀粉糊混合制成小颗粒状，直径约为1～3 mm。然后吹入金属膜，加热加压，可制作不同规格的包装材料。和湿式纸浆模法相比，由于不需要大量水，减少了干燥流水线和废水处理设备，节约成本;生产工艺简单，模具内外均可发泡;制备的产品生物降解性好，不会造成二次污染［3］。

日本索尼公司Tsutomu Noguchi以粉碎的纸浆颗粒为原料，加入一定百分比的塑料微球和改性淀粉，混合后注入模具进行加热，从而发泡成型。整个过程通过水蒸气进行发泡，温度为100℃，时间为1.5 min，模压时间短。该材料缓冲性能良好，可用于音像仪器等的缓冲包装［4］。

2 发泡型植物纤维缓冲包装材料国内研究现状

国内一些科研院所在该项研究中大多添加化学发泡剂，通过化学作用进行发泡。虽然对设备的要求不高，工艺较为简单，但如果选择发泡剂不合适，在生产和使用中会对环境造成一些危害。国内对该项技术已取得了不同程度的进展，但是仍然止步实验室，还有待于改进和提高。

武汉远东绿世界公司［3］利用农业生物质原料生产新材料，可代替泡沫塑料。材料将改性淀粉和高纤维填充物混合，添加化学发泡剂，经低温、高温两次发泡而成。防潮性好，抗震抗压性能好，质轻，成本低，可降解性能好，主要用于家电包装。

广东工业大学［5］以纸浆为原料，经低温发泡，真空成型，生产出发泡纸托。发泡温度不超过150℃，可在烘干过程中进行，也可在模具外进行。材料的拉伸断裂强度和发泡剂的加入量成负相关关系;而跌落高度和发泡度开始成正相关，当发泡度达到临界值时，两者成负相关关系。

肖生苓、曹斌等人［6］以落叶松、红松等木质剩余物及淀粉为主要原料，添加一定量的发泡剂、增塑剂、增白剂、润滑剂等助剂，采用一步法成型制出一种新型环保包装缓冲材料，材料结构比较疏松，抗震缓冲性能好，具有一定的回弹性。

高德、常江［7］以玉米和淀粉为主要原料制作缓冲包装材料。通过单因素 (植物纤维、淀粉、发泡剂用量及温度、时间等)影响分析和方案优化，制备了具有可降解性能的缓冲包装材料，并利用静态压缩实验方法对该材料力学强度的影响因素进行了分析。

王沛、刘炼等人［8］以玉米秸秆粉和改性玉米淀粉为主要原料与EVA胶粘剂混合，采用加热模压成型的方法，制备具有一定强度、缓冲性能良好的绿色包装材料。结果表明:氧化淀粉是合适的粘合剂，发泡温度应控制在70～100℃，适合的秸秆用量为20%～30%，发泡剂用量为10%左右时，材料经性能测试具有良好的实际使用性能。

丁毅、李尧［9］等人以农作物秸秆粉碎物、果渣为原料，加入其它化学助剂，经原料配比、水分调节、膨化技术和压模等工艺后，制成减震缓冲包装材料。该材料缓冲性能好，可降解，生产工艺简单，原料来源广。

邹君，李庆春［10］利用蔗渣纤维为主要原料，通过对蔗渣进行热蒸汽适度闪爆处理，选择合适的胶粘剂、发泡剂，搅拌均匀并加热发泡，定型干燥后能够得到性能良好的缓冲包装材料。通过对蔗渣纤维、胶粘剂、发泡剂的用量配比和反应温度、时间等工艺参数的控制对材料密度和性能的影响，确定了最佳工艺参数条件为:蔗渣纤维添加量为25%～30%;胶粘剂用量为30%～35%;发泡剂用量为10%～15%;发泡剂配比NH4HCO3:NaHCO3为1∶2;反应温度控制在120℃以下。

祁书艳，刘晔［11］等人研究了以竹纤维为主要原料制作缓冲材料的工艺，并对制品的外观和内部形貌进行表征，对其性能进行研究。结果表明:该材料虽然具有一定的缓冲防震性能，但是刚度差，适合质量和脆值比较小的产品的缓冲包装。

此外，宋晓利、武军［12］研究了以天然植物纤维类为填料的发泡缓冲材料中，增塑剂对其性能的影响。通过对增塑剂用量与试验样品密度、缓冲性能影响的分析，得出了增塑剂与其二者并不成线性关系，而存在最佳用量问题。佘彬莺［13］对该课题组已经研制的植物纤维缓冲材料，从结构特点和性能测试两个方面，利用扫描电镜、显微镜、和红外光谱仪进行分析，结果表明:该材料存在网状交联结构，具有一定的结合强度，回弹性和缓冲性能很好。

3 发泡型植物纤维缓冲包装材料专利研究现状

国内学者对于植物纤维缓冲包装材料的研究，也发表了一些专利，取得了一定突破。但都处于刚刚起步，还没有实现工业化大规模连续生产。

苏笑海［14］以植物纤维、植物淀粉为原料，添加发泡剂、防水剂等助剂，采用二次成型发泡工艺，发明了一种“双发泡植物纤维包装材料”。该材料质轻，原料来源广，成本低;环保、抗压抗震强度好、防潮防霉;而且易于降解，可回收作为有机肥料。

郑时东、蒋桂洪［15］采用甘蔗渣、芦苇等植物纤维为原料，经过物料蒸晒、干燥粉碎后，在高压条件下蒸煮软化，然后加入发泡剂、淀粉等，进行一次发泡;再加入防水剂、三元醇等助剂，在一定温度下进行二次发泡，制备出了一种完全可分解无污染的天然植物纤维发泡包装材料。

周谋志、何庭树和陈恩忠［16］采用农作物秸秆为主要原料，粉碎后和粘接剂混合，添加一定量的交联剂、催化剂和发泡剂，加热发泡，即可制成减震缓冲包装材料。制备工艺简单、生产效率高，综合成本低;易于降解，无环境污染，减震缓冲性能好，可广泛用于大小家电、仪表等商品的包装上。

曾广胜［17］以热塑性玉米淀粉、针叶木纤维为主要原料，与聚乳酸、无机填料、交联剂、增溶剂混合后，经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到一种新型的可降解包装材料，无毒环保，成本低，机械性能良好。曾广胜［18］还以废胶粉和植物纤维为主要原料，添加润滑剂，热稳定剂以及其他助剂，通过动态挤出造粒，进行模压发泡，制备出一种复合发泡材料，生产工艺简单，性价比高，节约资源。

王洪、吴海波［19］等人以粘胶纤维或者废旧聚酯纤维为原料，以乙烯－乙烯醇共聚物为热熔粉，加入中药渣，制成一种中药渣填充非织造复合材料。该发明生产工艺简单，流程短，生产效率高，成本低;获得的材料在满足隔振性、耐热性、隔音性、吸音性、隔热性和缓冲性能等性能之外，由于中药渣的添加还赋予材料一定的抗菌作用，适应创建节约型社会的形势，满足人们对生活健康安全性的要求。

4 发泡型植物纤维缓冲包装材料的研究趋势

(1)重点发展对环境无影响的发泡技术。在国内，植物纤维缓冲包装材料生产过程大多添加化学发泡剂，应把研究重点转移到通过水蒸气作用进行发泡，彻底实现无污染、达到环保高要求。

(2)优化工艺参数，加强设备研制。现在，国内外研究趋势尚停留在实验室，对于工业化大规模生产要求相差甚远。为实现连续自动化，满足市场需求，应在材料配方、工艺参数选择和专用设备研发等方面加大力度。

(3)提高材料的综合使用性能。目前对材料的研究主要集中在单件和实验性，由于缺乏系统性、全面性，无法应用到实际使用中，因而在这方面应加大研究力度，以便进行有针对性的改进提高。

［1］戴宏民.新型绿色包装材料［M］.北京:化学工业出版社，2005.

［2］陈 红.德国开发泡沫包装纸新工艺［N］.中国包装报，2003－01－09(第004版).

［3］李媛媛，戴宏民.发泡植物纤维模压制品的关键生产技术研究［D］.重庆:重庆工商大学，2008.

［4］ Noguchi T，Miyashita M，Inagaki Y，et al.A new recycling system for expanded polystyrene using a natural solvent［J］.Packaging Technology and Science Package，1998，11(1):19 －27.

［5］吴其叶，曹绍文，鲍永成.植物纤维发泡制品及成型技术［J］.轻工机械，2002(3):22 －25.

［6］肖生苓，曹 斌.木塑复合缓冲包装材料发泡及其界面的研究动态［J］.森林工程，2011，27(6):54 －57.

［7］ 高 德，常 江，巩 雪.玉米秸秆缓冲包装材料的研究［J］.包装工程，2007，28(1):27 －29.

［8］王 沛，刘 炼，魏志勇.玉米秸秆缓冲包装材料的研制及性能测试［J］.包装工程，2009，30(2):16 －18.

［9］丁 毅，李 尧，曾珊琪，等.植物纤维类缓冲包装材料的研制［J］.包装工程，2006，27(2):50 －51.

［10］邹 君，李庆春.蔗渣纤维缓冲包装材料的研制［J］.广西轻工业，2008，6(6):37 －38.

［11］祁书艳，刘 晔，史锃瑛，等.竹纤维发泡缓冲材料的研究［J］.浙江理工大学学报，2007，1(1):32 －35.

［12］宋晓利，武 军.增塑剂对以天然植物纤维类为填料的发泡缓冲材料性能的影响［J］.包装工程，2005，26(3):42 －44.

［13］佘彬莺.网状结构植物纤维缓冲材料特性的研究［D］.福州:福建农林大学，2007.

［14］ 苏笑海.双发泡植物纤维包装材料的生产方法［P］.CN:270912A，2000 －10.

［15］郑时东，蒋桂洪.植物纤维发泡包装材料的制作方法［P］.CN:1257089A，2000 －06.

［16］周谋志，何庭树，陈恩忠.秸秆纤维发泡减震缓冲包装材料及其生产方法［P］.CN:1250066A，2000－04.

［17］曾广胜.一种植物纤维淀粉完全生物降解材料及其制备方法［P］.CN:101942118A，2011 －01.

［18］曾广胜.一种废胶粉/植物纤维复合发泡材料及其制备工艺［P］.CN:101948580A，2011 －01.

［19］王 洪，吴海波.一种中药渣填充非织造复合材料及其制备方法［P］.CN:101220562A，2008 －07.