甘蔗渣制備緩沖包裝材料的工藝研究

我國日用家具、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，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)境造成很大的負面影響同時，又威脅到人類自身健康。為了緩解塑料對環(huán)境和經(jīng)濟所帶來的壓力，不少國家已經(jīng)嚴令限制使用聚乙烯類和聚苯乙烯類作為緩沖材料?，F(xiàn)階段國內(nèi)、國外都在尋找環(huán)保，又容易加工成型，而且回收又方便，照價又便宜的物質(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、防震保護層的粗腰等壓膜成型，經(jīng)濟成本低于使用EPS材料。使用拋棄后，在自然環(huán)境中能三個月內(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，不破壞環(huán)境，還能促進農(nóng)作物的生長。

1  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

查閱相關資料，目前國外尚未有針對用次品蔗蔗渣來生產(chǎn)緩沖包裝材料的相關研究，對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，關于綠色包裝材料管理這塊，在立法層面，國內(nèi)外均有建樹。

1.1  國外研究現(xiàn)狀

為避免“白色污染”對環(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)達國家起步比較早，并在新型環(huán)保類緩沖包裝材料進行開發(fā)與研究投入了大量資源，成果頗豐。德國不萊梅PSP公司采用廢舊書報紙和面粉作原料，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)出的材料無論在緩沖性能和耐熱性還是整體強度上都能與EPS泡沫塑料相差無幾，但廢棄后可以直接分解在農(nóng)田里，完全沒有污染，對土壤還有施肥的作用。英國的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，在加工的過程中不需要用到粘結(jié)劑，做成的成品厚度可以高達20至80毫米，如英國的鄉(xiāng)村建造的房屋墻體就可以使用這種材料來代替粘土磚。

1.2  國內(nèi)研究現(xiàn)狀

首先，在立法層面上，我國在1996年時就實施了《中華人民共和國固體廢棄物污染環(huán)境防治法》，這為我國固體廢棄物管理體系的建立奠定了基礎，并在2005年4月全國人大對該法案進行了修定。在1999年，國務院批準由國家經(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)。各地政府相關部門也紛紛出臺相關不環(huán)保型塑料使用的禁令。2005年4月起，針對過度包裝這一塊，國家從法律上限制并鼓勵使用容易回收的包裝物。2008年6月國務院下發(fā)通知，在全國范圍內(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、超市等不得免費提供塑料購物袋。

其次，企業(yè)類、各級院校和研究所等對植物纖維類緩沖包裝材料的研究也取得了一定成果，但起步相對比發(fā)達國家晚一些。主要集中在使用添加化學發(fā)泡劑的制備工藝方面，但尚沒有產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品問世。20世紀80至90年代，我國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，中國林科院、中南林學院、東北林業(yè)大學、南京材業(yè)大學等高校也先后探索有關麥秸碎料板、稻草碎料板、麥秸纖維板、麥秸-塑料復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，這部份做造紙原料不合格，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，使之實現(xiàn)資源化再利用。將再次次品的蔗渣進行理化分析，制定加工方法和可行性工藝，然后用已得到的技術參數(shù)在實驗室內(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，對環(huán)境無破壞作用，減少自然資源消耗。投入生產(chǎn)使用，便可以降低對EPS、EPE緩沖包裝材料的使用量，滿足國際上對于包裝材料環(huán)?；厔莸囊?，對生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展也有著重要意義。

2.2  工藝流程

由下面的技術路線圖來分析（圖1），技術的關鍵是解決甘蔗渣制備緩沖包裝材料的共抗性，抗壓強度，要求達到和超過EPS材料制作的樣品對照抗壓，抗壓強度為標準。目前蔗渣纖維的制備問題已經(jīng)得到了解決，但就緩沖包裝材料使用技術這一方面，又有一些特殊的要求。對樣品進行理化測試和分析，通過對蔗渣性能穩(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程中，可以采用化學增強方法，加入高目數(shù)的填充物，如方解石粉，用微細粉填充蔗渣纖維的微孔，來加強其的強度。并可以在混合制裝時通過加入少量的木質(zhì)纖維，來使?jié){板的整體強度得以提高。淀粉作粘結(jié)劑在使用時，為使其粘合能力加強，要對淀粉進行一些改性，并使用膨化技術解決淀粉改改后的粘合能力穩(wěn)定性，可參考鑄造粘結(jié)劑淀粉改性技術和方法，經(jīng)過實驗可解決。

將處理的甘蔗渣與改性處理的淀粉進行混合用螺旋壓力機擠壓成粒，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。在提高材料的濕強度上，需要對成型后甘蔗渣材料進行適當?shù)姆浪幚恚缭现刑砑臃浪畡?、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℃的時候壓制而成，既簡單又方便，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

在緩沖包裝材料領域，聚苯乙煉泡沫塑料(EPS)及聚乙烯(EPE)的使用量占據(jù)著我國大份額市場。EPS、EPE盡管有質(zhì)輕、隔熱等優(yōu)點，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)境污染將會起到很好的作用。根據(jù)研究結(jié)果，取出樣品進行理化分析，進一步了解樣品的物理結(jié)構(gòu)和化學結(jié)構(gòu)。制定加工方法和可行性工藝，然后用已得到的技術參數(shù)在實驗室內(nèi)用采集的樣品試制緩沖包裝材料。材料試制出來后，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，再檢測共抗性，抗壓強度后，與EPS材料制作的樣品對照。根據(jù)實驗結(jié)果，已達到和超過EPS材料制作的樣品對照抗壓，抗壓強度為標準，滿足包裝物的包裝要求，在搬運過程中保護產(chǎn)品的安全，甘蔗渣制備的緩沖包裝材料與EPS材料的性能對比。

4  結(jié)語

從節(jié)約資源、保護環(huán)境,促進國民經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展的角度來看, 該材料的研究、開發(fā)成功對于提高甘蔗渣廢棄物利用、增加農(nóng)民收入、減少環(huán)境污染將會起到很好的作用。我國有獨特的自然資源，甘蔗渣而且每年都有，循環(huán)不絕。利用地域優(yōu)勢，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，實現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟的雙贏。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://12-baidu.cn/w/qk/21223.html