纤维素纳米纤维板有望取代塑料

纤维素纳米纤维板有望取代塑料

塑料作为我们日常生活中最为常见的垃圾，尽管其具有轻便、结实和廉价的特点，是一种被人类广泛使用的人造材料，但其在为人类生活提供便利的同时，也给人类带来了巨大的危害。愈发严重的“白色污染”问题，已经成为全人类亟需解决的共同难题。我们需要寻找一种绿色、高性能的塑料替代品。日前，由中国科学技术大学俞书宏教授领导的团队报告了一种高性能结构材料——纤维素纳米纤维板（Cellulose Nanofiber Plate，CNFP），有望在多个领域取代塑料。相关研究论文已发表在Science Advances杂志上。

塑料的不易降解性，导致其废弃物可以长期存在。塑料自然降解时间长，有的甚至长达100年以上，而且往往使用一次就被丢弃，全球每一天都会有大量废弃塑料产生，这就导致“白色污染”问题愈发严重。许多未经回收的塑料最终会进入海洋，在海浪、阳光和海洋动物的共同作用下，被分解成数百万个微小碎片（即微塑料），微塑料可能会通过我们日常吃的鱼或者喝的水进入我们的血液和免疫系统，从而危害我们的身体健康。作为一种“事后”手段，垃圾分类也仅仅有助于解决塑料的去向问题，并没有从源头上解决根本问题。寻找一种可行的塑料可替代品或许是一种更好的解决方案，这也是全球科研人员一直在努力攻关的方向。近年来，设计同时具有互斥属性（例如强度和韧性）的高性能结构材料，尤其是基于纳米构件的结构材料，引起了科研人员越来越多的兴趣。当这些纳米构件被“组装”成宏观尺度的材料时，许多纳米级性质就可以被扩展到宏观层面。

用可再生和可持续的纳米构件来构建一种高性能、绿色的块状结构材料非常重要。地球上的大多数植物在长期进化过程中，纤维素基材料已经被用来作为它们自己的结构支撑材料。植物中的纤维素主要以纤维素纳米纤维（CNF）的形式存在，具有出色的机械和热学性能。CNF可以从植物中提取，也可以由细菌产生，是地球上最丰富的绿色资源之一，它具有低密度、低热膨胀系数、高强度、高刚度、易变形等优良性能，是构建宏观高性能材料的理想纳米级构件，它比凯芙拉（Kevlar）和钢具有更高的强度（2 GPa）和模量（138 GPa），并且与石英玻璃相比，它具有更低的热膨胀系数（0.1 ppm/K）。

尽管人们已经做了各种各样的努力，来将CNF的这些纳米级性能扩展到宏观水平，但迄今为止，只有宏观的纤维和薄膜可以通过不同的策略来制备。例如，宏观纤维是从木材CNF中获得的，其杨氏模量为86 GPa，抗拉强度为1.57 GPa，超过了任何已知的天然或合成生物聚合物。此外，研究人员也设计出了强度高、透明度高、热膨胀系数低的CNF薄膜，并将其用于电子器件、柔性显示等领域。

在将CNF这种材料的纳米级性能扩展到立体块状结构材料方面仍然存在挑战。如果能够构建出一种可持续的高性能立体结构材料，必将推动CNF的发展，拓宽其应用领域，为工程设计提供更多的材料选择。

自人类诞生之初，材料就成为社会发展的基础。在各种材料中，金属、陶瓷和聚合物等结构材料使用最广泛。该CNFP具有较高的比强度，比钢高4倍，比传统塑料及铝合金高。此外，CNFP的比冲击韧性高于铝合金，密度仅为铝合金的一半。

与塑料或其他聚合物基材料不同，CNFP具有极好的耐极端温度和热冲击的性能。从-120℃到150℃，CNFP的热膨胀系数低于5 ppm/K，这接近于陶瓷材料，远低于典型的聚合物和金属。此外，在120℃的受热和-196℃的液氮之间连续进行10次快速热冲击后，CNFP仍能保持其强度。结果表明，该材料具有良好的耐热尺寸稳定性，在极端温度和冷热交替的条件下，具有作为结构材料的巨大潜力。

CNFP不仅具有出色的性能，由于其原材料获取范围广，且采用生物辅助合成工艺，其成本也非常低，每公斤成本仅为0.5美元，低于大多数塑料。由于密度低、强度和韧性突出、耐热尺寸稳定性好，CNFP的所有这些性能都超过了传统的金属、陶瓷和聚合物，使其成为工程需求的高性能和环保替代方案，将在轻量化抗冲击防护及缓冲材料、空间材料、精密仪器结构件等应用领域具有广阔的应用前景。CNFP不仅有能力取代塑料，使我们免于被塑料“淹没”的危机，其作為下一代可持续、轻量化的结构材料也具有巨大的潜力。基于这种生物基和可生物降解的材料，可持续和高性能结构材料的构建将极大地加快塑料替代。也许在未来某一天，“白色污染”问题将会彻底消失。（王琪）

由可再生原料制成的拉伸膜

陶氏化学和Doxa Plast宣布了一系列生物基拉伸膜的商业化，旨在满足人们对使用可再生原料日益增长的需求。

Reborn是Doxa Plast推出的新系列拉伸膜，它融合了陶氏基于生物的线性低密度聚乙烯ELITE 5230GC R增强聚乙烯树脂，该树脂由可再生原料制成。原料来自芬兰可持续管理的森林中的造纸残留物。它不与人类的食物链竞争，也不需要额外的土地。

陶氏化学公司表示，新的生物基拉伸膜系列产品经过优化，适用于减薄而不影响功能。使用专利技术，Doxa Plast可提供厚度低至4微米的薄拉伸膜，同时据称可保持较高的性能，以改善装载托盘的稳定性并减少整体包装材料。

陶氏的生物基聚乙烯产品组合是使用生物石脑油从妥尔油中生产的，妥尔油是纸浆生产的副产品。它声称，与标准的化石衍生的PE树脂相比，这种生物原料的新供应链可显著降低碳足迹。

汉高可回收热封涂层纸

在评估包装的可回收性时，首先要考虑的是包装基材的选择。为了促进循环经济，汉高的粘合剂和涂料业务已使用乐泰Liofol HS 2809-22 RE解决方案，扩大了其“专为回收设计”的RE产品范围。这是一种热封涂层，已通过纸的再循环认证，并且根据汉高重新定义了包装的设计方式。

根据汉高的说法，涂层热封可以对纸张及其本身进行热封，并在纸张的可再制浆性、食品安全性和柔韧性方面设定了新的标准。它还提高了工业加工的标准：在高速加工时，可保持最高水平的密封性，从而显着提高了性能。

这些特性使乐泰Liofol HS 2809-22 RE成为一种用途非常广泛的涂料，涵盖了从卫生用品和茶包到工业五金袋和巧克力外包装的广泛应用。在应用领域方面具有极大的灵活性，该涂层能够支持从PE包装向纸基包装的过渡。

该创新技术可与任何类型的油墨兼容，并且对纸质基材具有良好的柔韧性，并经过独立机构的测试，证实了它非常适合纸质包装。在生产中，即使在机器高速度下，涂层也具有非常好的热封强度。通过保持较低的密封温度开始，其对自身和对纸张的密封性非常好。该解决方案不仅适用于非食品行业，还可以用于食品应用。

再生塑料扁平酒瓶进入美国

由100%再生PET塑料吹塑而成的节省空间的扁平酒瓶非常适合美国电子商务渠道。

英国扁平酒瓶发明者Gar？onWines与Amcor合作，以rPET格式将可用于电子商务的包装带到美国。

玻璃酒瓶已经存在了至少3500年，并且自1800年代初以来便以全球公认的熟悉的圆形形状出售。

在过去的20年中，推出了相同形状的轻质聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）葡萄酒瓶。在过去的两年中，英国的Gar？onWines推出了一项颠覆类别的新设计创新：扁平酒瓶。与玻璃瓶相比，扁平瓶是更轻87%；100%可回收；在空间上缩小40%，这意味着托盘上可容纳的瓶子数量是原来的两倍以上。

Gar？onWines和Amcor之间的新合作带来了双重突破：不仅是美国市场首次提供这种格式，还将包括用过消费后回收（PCR）PET塑料制成的瓶子（rPET）。

Gar？onWines首席执行官兼联合创始人Santiago Navarro说：“由于我们正面临气候紧急情况和生存威胁，我们迫切需要对产品进行逐步更改，以减少其碳足迹。”“对葡萄酒瓶进行打平可以节省空间，而采用再生PET制成的葡萄酒可以节省重量和能源。有机会与Amcor合作在全球最大的葡萄酒市场上销售我们的扁平酒瓶，我们感到非常振奋。作为美国葡萄酒行业领先的塑料包装公司，Amcor是在美国推出我们的创新葡萄酒瓶的理想合作伙伴。”

COVID-19激发美国人独创性

从包装印刷的快速周转到重新制造面罩，美国包装制造商正在应对COVID-19大流行带来的挑战。

面具带（护耳器）是在FORCEpkg的3D打印机上创建的。

PPE资源网络由一群位于宾夕法尼亚州的公司和志愿者组成，他们使用众包方法制造面罩、口罩框架和口罩带（个人防护设备或PPE），将产品捐赠给医护人员和急救人员。

90多名来自不同行业和背景的志愿者，从每天生产20副面罩发展到每天生产数百副。在3周时间内，为前线战士提供了超过17000个PPE。

华龙环保PE膜100%可回收

华龙推出的这款可回收环保PE膜，其光泽度高、刚性强、拉伸强度优异，性能方面基本可与PET薄膜相媲美。

环保PE膜试验的样品以20μm、25μm、30μm为主，其中25μm的环保PE膜试验效果最好、成品率最高，目前应用于软包装的也最多，其光泽度、雾度、挺度、纵向拉伸强度、伸长率与PET、BOPP、NY薄膜对比无差异。纵向拉伸强度大约为200MPa，纵向断裂拉伸率约为27%-80%，可广泛用于食品、洗护、化妆品等包装袋，可冷冻、可水煮，适用三边封、八边封、拉链袋、吸嘴袋等袋型。

目前推出的25μm的环保PE膜分为两类，分别是HB200（带阻隔性能）和HB100（不带阻隔）。首先，实现100%可回收当然是这种新型PE功能膜的最大优点；同时，彩印企业在使用这两种PE膜时，基本上不需要改变原来的印刷、复合、制袋、自動灌装设备和使用条件。制袋速度也与常规薄膜的制袋速度无异，且不会沾刀。可以说，环保PE膜改善了长期以来困扰彩印企业的套色不准及印刷速度问题。

榴莲皮成可降解抗菌包装材料

马来西亚的研究人员使用亚洲“水果之王”榴莲的皮，来开发一种包装材料，这种皮既抗菌又可降解。

来自马来西亚国际伊斯兰大学（IIUM）的研究小组正在研究开发一种生物复合材料，作为目前食品包装的替代。他们研制出了基于聚乳酸（PLA）、环氧化棕榈油和榴莲皮纤维的产品。

随着研究的继续，已经表明，添加肉桂精油（CEO），然后用超临界二氧化碳处理混合物，大大改善了食品包装的性能。

报告说，在以榴莲为基材的复合材料中添加CEO对抗菌性能的传递尤为重要。有CEO和没有CEO的测试结果显示，对某些微生物（如大肠杆菌）的影响存在巨大差异。研究人员说，经过处理的样本形成了清晰的抑制区域，阻止了细菌的生长。

榴莲只有55%-65%的重量是果肉，所以剩下的35%-45%，大部分是皮和种子，是废弃物。

使用榴莲皮的主要好处是它的高生物降解率。研究表明，这种材料在几个月内就会分解，而不是传统的食品塑料包装需要几年的时间。超临界二氧化碳还帮助加快这一过程。

PET瓶回收次数从10到20

根据德国亚琛工业大学塑料加工研究所（IKV）的说法，一个关键的因素是，产品在整个生命周期中应尽可能保持其价值。可重复使用的PET瓶就是一个很好的例子：使用后，可以用苛性钠溶液清洗，然后重新填充。

“无论是托盘，带盖托盘，全包裹式箱子还是壁架托盘，Elematic 2001 WAH都能为客户提供解决方案，该解决方案不仅涵盖了多种包装样式，而且还提高了其产品的可持续性。”Syntegon Technology产品经理介绍。

为了履行为所有人提供可持续解决方案的使命，Syntegon Technology现在可以在Elematic 2001 WAH装箱机上运行由草纤维制成的瓦楞纸板。该机器可以处理任何质量的硬纸板和瓦楞纸板，以及用于托盘和抽油烟机的不同包装材料的组合。

全球第一款吸收碳排软木盒

以天然洗发饼闻名的英国品牌LUSH，推出全球第一个“负碳排”的肥皂收纳盒，这款以天然软木制作成的收纳盒。这个“无塑”肥皂盒不仅能100%生物分解，每个盒子制作过程还帮地球吸收至少一公斤的碳排放，堪称史上最“绿”的居家洗沐用具。

这款减碳肥皂盒的材质“软木”，来自地中海壳斗科植物“栓皮栎”（Cork oak）树皮底下厚厚的栓皮层。为了采集软木，生产商每10年会帮树“剥皮”一次，剥完后仍可继续生长。栓皮栎的平均寿命是200年，一生大约可以生产17次树皮。

“保守估计，每制作一个软木盒，世界上会消耗至少一公斤的二氧化碳，”与LUSH合作的英国自然作家金恩（Miles King）介绍。

LUSH的主力商品洗发饼，由于并非透过皂化作用制成，遇水较容易软化，特别需要通风、晾干。LUSH目前也贩售铝制肥皂盒，方便收纳洗发饼或当成旅行携带盒。但金恩强调，每制造一公斤的铝就会排放出9公斤的二氧化碳，相比之下，软木盒消耗的资源远少于其他材质。

芬欧蓝泰推出新型纸质标签材料

芬欧蓝泰标签正在向市场推出两种包含可回收成分的可持续纸质标签材料——芬欧蓝泰标签再生铜版纸和再生激光打印纸，有助于促进循环经济，并减少对森林的压力和对自然资源的消耗。

芬欧蓝泰标签的目标是尽可能有效地使用木材原材料。这意味着通过促进循环利用和使用再生纤维，尽可能延长原材料的使用时间。这些创新的纸质标签材料包含FSC认证的可回收成分。FSC认证提供了一个可靠的保证，即FSC认证的标签材料来自可回收材料、可持续经营的森林、其他可控的来源或所有以上这些来源的混合。选择包含可回收成分的标签材料是一项具体的行动，即释放对森林的压力来照顾全球的森林，并促进循环经济。

波兰农夫生产可以吃的餐具

波兰农夫Jerzy Wysocki生产面粉时，剩下不少的麦麸，为了不浪费食物，他发现了麦麸与水混合，就能做出自然、轻巧的餐具，一种全天然的麦麸餐具便诞生。这不但可以在30日内完全分解，同时亦可以吃进肚子！

最令人兴奋的是这这种麦麸餐具只要放在花园里，或是野外环境中，只要30日便能分解，若是遇上雨天，两周便能分解，这样就真的是碗也不用洗！

Jerzy Wysocki在2012年創立品牌Biotrem，在波兰东北部设有工厂，每年可生产1500万件餐具，品牌只需要45秒就可制造出一款碗碟，一吨麦麸已可生产约一万个碗盘。

目前品牌已成功进入19国家的市场，当中包括德国、英国、美国及韩国等。

智能集束底伸式搪玻璃容器问世

5月底从淄博三田化工装备有限公司传来消息：经过山东省机械工业科学技术协会组织的专家鉴定委员会，对该公司独家研制的“智能集束底伸式大型搪玻璃容器成套装备”科技成果进行鉴定。鉴定委员会一致认为，该成果在集成技术方面属国内外首创，主要技术指标达到国际同类产品先进水平，填补了世界空白，标志着我国在化工装备领域实现重大技术新突破。

自2008年起，三田公司决定开发智能高效的大型搪玻璃搅拌容器成套装备。历经12年，先后投资上千万元，攻克了上百道技术难题，该公司创新地将其所获得的4项国家专利技术，即底搅拌技术、密封与传动装置技术、釜内换热技术（搪玻璃多管式换热技术）、导流筒应用技术，与智能化技术等五大领先技术集成于一体，最终成功研制开发出具有自主知识产权的大型、高效、节能的智能集束底伸式大型搪玻璃容器成套装备。

该装置已近在我国多家大型化工、农药、生物、医药企业投用，用户企业普遍反映使用效果良好。首先是工艺适应性好，可广泛用于高污染、剧毒、易燃、易爆等高危生产环境，并解决了反应釜大型化的问题；其次，密封性能好，更加安全环保；再次，该装置高效节能，能耗下降了30%，运行成本大幅降低；最后，产品收率提高了2%-10%，产品质量有了大幅提升。该装置的成功推出，对进一步提升我国化工装备的技术水平，实现关键技术的重大突破，提高国内外市场竞争力都具有重要的现实意义。

目前，该装置已成为传统化工设备理想的升级换代产品，可完全替代进口，国内年需求量达到40000台套，市场前景十分广阔。该公司董事长田增才表示：“公司现已形成年产240台套的生产能力，可实现年销售收入1.2亿元，利税2400万元，这成为企业转型升级、实现高质量发展的新动能。”

BioFreshPak薄膜可堆肥

在印度，大约40%的食品在进入市场之前就被浪费掉了；所有的包装都是在加工阶段完成的，其中大部分会锁住水分，导致食物迅速变质。

印度和英国的一个联合财团开发了一种新薄膜——BioFreshPak，该公司表示，食物变质不仅是一个道德问题，也是一个环境问题，这就是为什么能够提高食物的货架寿命是关键的一步。

由于包装不良而导致的食物变质是要解决的一个重要挑战。这促使英国创新公司在牛顿基金的帮助下，支持了该财团。

该项目于2017年9月在印度启动，成功完成了由可降解聚合物和废弃淀粉制成的可呼吸薄膜的试验。

研究的重点是在运输过程中，即使在较高的环境温度下，也要减缓催熟和提高食物的储存稳定性。目前的解决方案，如聚乳酸（PLA）薄膜已经证明是成功的，但只是在一定程度上。聚乳酸在受控环境之外分解很慢，所以大部分聚乳酸最终会被填埋，在那里分解需要100到1000年的时间。

BioFreshPak被认为可以延缓成熟，提高食物在运输过程中的储存稳定性，即使是在高温下。其独特的混合物包括热塑性淀粉（TPS）和其他可在室温下堆肥的聚合物。薄膜提供了选择性的湿度和渗透性控制，以保持营养。它还能在不使用冷藏的情况下将特定食品的贮藏寿命提高2至5天。

HEUFT新一代封盖检测技术

从牛鼻皇冠盖到气泡葡萄酒瓶上错误的金属线套扣，从不起作用的螺纹盖到果酱罐盖上破损的防揭封条，从外来翻盖到小瓶上泄露的铝盖：HEUFT FinalView II CAP将在线检测饮料、食品和药品容器封盖缺陷提升到了一个新高度。

新一代简洁的检测单元能够通过使用多种光学器件和HEUFT reflexx2实时图像处理，在线速高达每小时10万瓶容器的情况下进行全面的在线封盖检测，远超纯粹的缺失检测。事实上检测单元对封盖的各个方面进行了连续检查，包括所有的盖子部分及安全防护部分：高分辨率彩色摄像头技术自上而下检测不同封盖颜色、设计和盖子商标，如同发现该区域的裂缝一样可靠，从而确保最终产品无暇、特性相同以及产品的完整性和纯度。

盖壁也必须没有缺陷和泄漏。因此全方位彩色检测设备HEUFT FinalView II CAP的覆盖面远不止360度，以至于“盲点”最终不再是一个问题：识别最小的变形、损坏和泄露和识别有缺陷的防盗环、支撑环、撕裂的安全封条和防揭条、装配不良和不正确定位的金属线套扣、或者凹痕、和实际位置无关的可能造成泄露的铝盖侧面压纹。

用毫米精度测量各个位置，并将其与正确的参考值进行比较，从而检查酒瓶塞的高度或小瓶塞的位置、凸出的封盖和防盗环，并识别完全错位、倾斜、以及可能泄漏的容器封盖。在HEUFT FinalView II CAP中HEUFT reflexx2图像处理系统生成一个阴影图像以详细显示封盖区域的完整轮廓。全方位螺纹盖（例如ROPP盖子）的检测更进一步：它能精确地检查螺纹圈的缺失、连续性、特征和轮廓深度，使只有真正密封的容器才能通过，用手拧开时不会出现任何问题或风险。

盖与标正确的对应通常也很重要，不仅仅是对于高端产品的饮料包装：每个瓶盖应与标签对齐成正确的角度或与瓶颈上的特殊标识对齐，以便在不旋转和转动的情况下，可以最清楚地看到并直接读取瓶盖商标和文字。这由HEUFT FinalView II CAP的旋转角度检测验证——它将上述自上而下的彩色商标检测的结果与那些封盖侧壁检测的结果进行比较。因此，即使是一丁点错位也能被可靠地检测出来——带有“错位”盖子的容器无法到达销售点。

HEUFT FinalView II CAP既可以很容易地集成到现有的灌装和包装生产线中，也可作为一个独立的解决方案，或者可以连接到新一代灌装管理系统HEUFT SPECTRUM II VX，可以进行精确的液位、商标和标识检查。除此之外还能同时进行全面的封盖检测，也可以作为一个简洁的模块直接集成到其他的检测设备中，如HEUFT squeezer II QS泄漏检测和HEUFT spotter II PHS西林瓶检测设备中。

与之前HEUFT为全方位检测提供的解决方案相比，HEUFT FinalView II CAP提供的智能彩色摄像头数量是以前的两倍，分辨率是以前的六倍，甚至有更精確的容器跟踪和缺陷剔除，更强大的计算能力、实时图像处理和视听HEUFT NaVi用户指导。瓶盖的最大检测直径增加了1.5倍。能够可靠检测的最小和最大的瓶子之间的高度差已经上升到30厘米。一键式按钮即可快速更换瓶型和程序。

因此，新一代的瓶盖检查确保了包装的原创性和完整性，以及其内容的纯度、新鲜度使安全消费简单、有效和可持续。