一次性成型新型防水抗壓隔熱紙板復(fù)合材料與成型技術(shù)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。一次性成型新型防水抗壓隔熱紙板復(fù)合材料與成型技術(shù)包裝行業(yè)高新技術(shù)研發(fā)資金項目一次性成型新型防水抗壓隔熱紙板復(fù)合材料與成型技術(shù)可行性報告一、立項依據(jù)本項目將傳統(tǒng)的瓦楞紙板、蜂窩紙板材料與自行研發(fā)的可全降解性的，具有優(yōu)異的抗壓緩沖性、防潮防水且隔熱性的發(fā)泡材料進行多層復(fù)合，并采用自制的具備優(yōu)異粘合效果的專用淀粉膠為粘合劑，得到一種新型環(huán)保紙板材料。該新型復(fù)合紙板相對于傳統(tǒng)瓦楞紙板和蜂窩紙板具有明顯優(yōu)越的抗壓性、回彈性、防水防潮和隔熱性。同時，本項目將自行研發(fā)生產(chǎn)該復(fù)合材料的成型設(shè)備，在傳統(tǒng)瓦楞紙板、蜂窩紙板

2、生產(chǎn)設(shè)備上改進并增加同步多層共擠輔助成型設(shè)備，實現(xiàn)材料一次性成型，工藝簡單，生產(chǎn)效率高。本項目關(guān)鍵技術(shù)的突破、將會開拓紙板行業(yè)的新領(lǐng)域，綜合提高紙板的性能，為商品提供更好的包裝防護，有利于環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與傳統(tǒng)紙板行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。(一)項目的目的及意義1、項目背景隨著社會經(jīng)濟水平的不斷進步和人們生活水平的普遍提高,商品包裝產(chǎn)業(yè)獲得了快速的發(fā)展并正在成為研究的熱點。近年來，我國包裝產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，包裝業(yè)產(chǎn)值增長迅速，2012年達到12000億元，已成為世界上第二個包裝大國。紙包裝產(chǎn)品在各種包裝制品總量中占40%左右，且其產(chǎn)量每年以大約15%的速度在遞增。紙包裝容器之所以能夠得到如此快速的發(fā)展，是因為

3、紙包裝容器具有重量輕、成本低、節(jié)省資源、便于回收、運輸方便、機械加工性能好、能適應(yīng)機械化大生產(chǎn)、易于印刷、使用時無害無毒、包裝廢棄物容易處理等優(yōu)點。在商品流通領(lǐng)域里，不論是用于運輸包裝的瓦楞紙箱，還是用于銷售包裝的紙盒、紙袋或是以紙板為基材的復(fù)合包裝材料，都居各種包裝材料之首。紙制包裝容器在現(xiàn)代化包裝領(lǐng)域中占有極為重要的地位。據(jù)報導(dǎo)，世界發(fā)達國家紙制包裝容器的產(chǎn)值在包裝工業(yè)總產(chǎn)值中所占的比例約為50%，日本占53.4%，美國占49.1%，我國僅為36.7%。 紙和紙板的消費水平是衡量國家現(xiàn)代化水平和文明程度的重要標志。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，紙制品產(chǎn)品迅速增長，為我國造紙工業(yè)發(fā)展提供了廣闊

4、市場。2003年中國造紙工業(yè)增長17%，2004年增長幅度達到20%。入世以來，瓦楞紙箱、紙盒、紙袋和印刷工業(yè)的迅猛發(fā)展，加上外貿(mào)進口貿(mào)易迅速擴大，直接拉動了紙產(chǎn)品需求的增長。預(yù)計到2010年，我國紙漿需求量將由2003年的3500萬噸增加到6500萬噸 ；紙及紙板需求量將由2003年的4800萬噸增加到7000萬噸 ；紙制品需求量將由2003年的1700萬噸增加到3000萬噸。瓦楞紙箱是用瓦楞紙板制成的包裝運輸紙箱，是一種十分優(yōu)良的包裝材料，是必不可少的包裝容器，它具有輕便、牢固、保護商品的作用，便于裝卸運輸?shù)忍攸c，被廣泛應(yīng)用于家用電器、紡織品、食品等運輸包裝。隨著商品市場的發(fā)展，紙箱包裝數(shù)

5、量逐年遞增，就上海紙箱業(yè)十年中每年以30的速度遞增。目前國內(nèi)紙箱銷售以迅猛速度增長1996年紙箱銷售量達80億平方米，2000年增長到125億平方米，2002年產(chǎn)量已達148億平方米?？梢约埓尽⒁约埓?，加上紙材料可以回收利用，是綠色包裝材料，因而受到重視環(huán)保的現(xiàn)代社會的青睞，具有良好的發(fā)展前景。紙箱工業(yè)的發(fā)展必然帶動紙業(yè)和機械制造業(yè)以及輔料工業(yè)的發(fā)展。從這個角度分析，瓦楞原紙、機械制造還需加快步伐，緊緊跟上滾動式發(fā)展。在紙板生產(chǎn)與運用中，主要包括瓦楞紙板與蜂窩紙板兩種。其中，在中國紙品消費高速增長的20002010年，瓦楞原紙的消費年均增幅近30%，居第一位。2010年，高強度瓦楞原紙不僅

6、消費量增長15.8%（在主要紙品增幅居第二位），達到545萬噸，而且成為紙品消費增長快于產(chǎn)量增長的少數(shù)品種之一。瓦楞紙箱是用瓦楞紙板制成的包裝運輸紙箱，是一種十分優(yōu)良的包裝材料，是必不可少的包裝容器，它具有輕便、牢固、保護商品的作用，便于裝卸運輸?shù)忍攸c，被廣泛應(yīng)用于家用電器、紡織品、食品等運輸包裝。高強度瓦楞原紙消費需求增長快，從市場方面來看，瓦楞原紙正在向低定量、高強度、全規(guī)格方向發(fā)展，高中強度瓦楞原紙需求量較大，且價格趨升。但目前來看，國產(chǎn)傳統(tǒng)型瓦楞紙板的強度、功能化仍不能達到高檔包裝的要求，尤其運用承載商品重量大，保存或運輸條件不規(guī)范的情況下，很容易損壞并對商品造成影響。蜂窩紙板是近年來

7、興起的新型紙板材料，它以質(zhì)輕、價廉、強度高、可回收等特性深受市場歡迎，特別是荷蘭、美國、日本等發(fā)達國家和地區(qū)，已成為具有節(jié)省資源、保護環(huán)境的一種新型綠色包裝。 蜂窩紙板包裝箱是中國出口商品的理想包裝。它的推廣應(yīng)用，一方面可降低商品在流通過程中的破損率；另一方面，取代木箱，利于環(huán)保。蜂窩紙板主要具有以下優(yōu)勢：（修改）(1)質(zhì)輕、用料少、成本低。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)與其他各種板材結(jié)構(gòu)相比，具有最大的強度/質(zhì)量比，因而其制成品的性能/價格比好，這是蜂窩紙板成功的關(guān)鍵。(2)高強度，表面平整，不易變形。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)近似各向同性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，不易變形，其突出的抗壓能力和抗彎能力是箱式包裝材料需要的最重要的特性

8、。(3)抗沖擊性、緩沖性好。蜂窩紙板由柔性的紙芯和面紙做成，具有較好的韌性和回彈性，獨特的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)異的緩沖性能，在所有的緩沖材料中具有更高的單位體積能量吸收值，高厚度的蜂窩紙板可替代現(xiàn)己大量使用的EPS塑料泡沫緩沖墊。(4)吸聲、隔熱。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)部為封閉的小室，其中充滿空氣，因此具有很好的隔聲保溫性能。(5)無污染，符合現(xiàn)代環(huán)保潮流。蜂窩紙板全部由可循環(huán)再生的紙材制作，使用后可以百分之百地回收再利用。 總的來說，雖然蜂窩紙板因其結(jié)構(gòu)特點具備了比瓦楞紙板優(yōu)異的抗壓性能，但由于其紙板的特性，其防水、隔熱性仍較差，長期使用易發(fā)霉、變形，紙板較軟易產(chǎn)生下壓下陷，且在高強度應(yīng)用時仍顯不足

9、。如能在結(jié)合瓦楞紙板及蜂窩紙板優(yōu)點的基礎(chǔ)上，改善其缺陷，得到一種具有更優(yōu)異性能，尤其是可針對包裝要求對性能進行調(diào)整的新型紙板材料，一方面可以提升紙板包裝材料的整體性能，更對相關(guān)企業(yè)的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級找到了新的領(lǐng)域與方向，具有重要的社會與經(jīng)濟意義。2、項目的必要性（經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益） 本項目在傳統(tǒng)瓦楞紙板、蜂窩紙板基礎(chǔ)上通過復(fù)合自行研發(fā)的具有可降解性的具有良好抗壓、防潮防水、隔熱性的泡沫材料進行多層復(fù)合。同時，配合自行研發(fā)的有針對性及優(yōu)異粘合效果的新型淀粉膠為粘合劑，得到的新型紙板復(fù)合材料擁有非常優(yōu)異的綜合性能，相對傳統(tǒng)紙板，具有明顯優(yōu)越的抗壓、防水防潮、隔熱性和緩沖性。同時，該復(fù)合紙板可根據(jù)

10、運用要求，對性能進行調(diào)節(jié)，還可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳統(tǒng)瓦楞和蜂窩紙板配合使用，具有非常強的實用性。而成型設(shè)備也為自行研發(fā)，在傳統(tǒng)的瓦楞紙板、蜂窩紙板生產(chǎn)設(shè)備上改進并增加同步多層共擠輔助成型設(shè)備，實現(xiàn)材料一次性成型，工藝簡單，生產(chǎn)效率高。保證了該復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化的順利實施。本項目具有以下社會經(jīng)濟效益：（1）本項目將推進環(huán)保型紙板材料的性能優(yōu)化并開拓紙板材料的運用領(lǐng)域。多年以來，紙板材料一直作為包裝領(lǐng)域的主力軍，但由于其來源（紙漿）本身的分子結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致無法直接提高其性能，只能通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計，如瓦楞紙板、蜂窩紙板，通過對應(yīng)力的分散來實現(xiàn)性能的提高。而在成本一定的空間內(nèi)，蜂窩紙板結(jié)構(gòu)已經(jīng)是一種較理想的應(yīng)力

11、分散結(jié)構(gòu)，無法再通過結(jié)構(gòu)設(shè)計達到紙板性能的質(zhì)的提高。這一瓶頸已存在多年，一直無法突破。而本項目采用一種特殊的降解發(fā)泡材料與之復(fù)合，有效地提高了瓦楞紙板、蜂窩紙板的綜合性能如防潮性、隔熱性，尤其是緩沖性能，而這將極大地開拓瓦楞紙板的應(yīng)用領(lǐng)域，可運用于對性能有更高要求的緩沖和包裝領(lǐng)域，將會為傳統(tǒng)的紙板生產(chǎn)企業(yè)帶來新的機遇，也將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。（2）本項目所用緩沖材料為以淀粉、纖維等為主的生物基材料，屬于農(nóng)產(chǎn)品廢物利用和資源綜合再生利用范疇，可提升農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟價值，利于農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進節(jié)材代木工作，同時也有利于包裝廢棄物的回收利用，有利于森林資源和環(huán)境的保護。所用植物纖維和淀粉為可再生資源，其單位價

12、格遠比傳統(tǒng)塑料低，平均成本隨產(chǎn)量的遞增而降低。植物纖維原料，是自然界中豐富的有機原料，其品種眾多，如谷殼、桔稈、草纖維和木材加工廢棄物等。我國是生產(chǎn)稻谷的大國，每年廢棄的谷殼超過5億噸，秸稈約6億噸以上，而木材加工的廢棄物也在3000萬噸以上。對于淀粉原料，國內(nèi)外多年來庫存數(shù)量巨大，我國近年來也大量壓庫，因此急需開拓利用，同時也需要提高其附加值來促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。毋庸置疑，此復(fù)合材料將是處理廢棄農(nóng)作物和提升淀粉農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟價值的有效途徑，利于農(nóng)業(yè)發(fā)展，符合產(chǎn)業(yè)政策并享受優(yōu)惠政策。（3）本項目的開發(fā)無需重新大規(guī)模改造原有的瓦楞紙板與蜂窩紙板生產(chǎn)設(shè)備，而只需要在此基礎(chǔ)上附加設(shè)備，還選擇性同步或非同步生產(chǎn)

13、，設(shè)備適應(yīng)性強，節(jié)能環(huán)保，具有很強適應(yīng)性和實用性，這也將為紙板產(chǎn)品的設(shè)備升級提供新途徑。（二）、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1、 行業(yè)發(fā)展技術(shù)現(xiàn)狀（修改）瓦楞紙板是一種應(yīng)用廣泛的以紙代木的板材, 特別是用于商品包裝。按照瓦楞的形狀可分為U、v 、U v 形瓦楞。按照瓦楞層截面的結(jié)構(gòu)可分為A 、B 、C、D、E 五種瓦楞紙板。按照瓦楞層數(shù)的多少還可分為一層、雙層、三層、五層、七層紙板(即三重瓦楞紙板)。瓦楞紙板的主要特點是: （1） 用瓦楞紙板制成的瓦楞紙箱, 通常是以折疊或平鋪的形式來運送的, 搬運方便, 提高了運輸效率, 節(jié)省了存儲空間。（2） 瓦楞紙板包裝箱的制作成本低, 而且節(jié)省材料。（3）

14、 強度高、緩沖性能好, 可以避免被包裝的商品受到碰撞和沖擊, 特別適合機械、機電等重型產(chǎn)品的運輸包裝。（4） 瓦楞紙箱的生產(chǎn)可在高度機械化與自動化、高效率的設(shè)備上進行, 工作效率高。蜂窩紙板是根據(jù)自然界蜂巢結(jié)構(gòu)原理制作的, 它是把瓦楞原紙用膠粘結(jié)法連接成無數(shù)個空心立體正六邊形,形成一個整體的受力件一一紙芯, 并在其兩面粘合面紙而成的一種新型夾層結(jié)構(gòu)的環(huán)保節(jié)能材料。蜂窩紙板的主要特點是: （1）質(zhì)輕、用料少、成本低。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)與其他各種板材結(jié)構(gòu)相比, 具有最大的強度/質(zhì)量比, 因而其制成品的性能/價格比好, 這是蜂窩紙板成功的關(guān)鍵。（2）高強度, 表面平整, 不易變形。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)近似各向同性

15、, 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好, 不易變形, 其突出的抗壓能力和抗彎能力是箱式包裝材料需要的最重要的特性。（3）抗沖擊性、緩沖性好。蜂窩紙板由柔性的紙芯和面紙做成, 具有較好的韌性和回彈性, 獨特的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)異的緩沖性能, 在所有的緩沖材料中具有更高的單位體積能, 吸收值, 高厚度的蜂窩紙板可替代現(xiàn)己代替使用的EPS 塑料泡沫緩沖墊。（4）吸聲、隔熱。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)部為封閉的小室, 其中充滿空氣, 因此具有很好的隔聲保溫性能。（5）無污染, 符合現(xiàn)代環(huán)保潮流。蜂窩紙板全部由可循環(huán)再生的紙材制作, 使用后可以百分之百地回收再利用。瓦楞紙箱生產(chǎn)過程中的廢品及邊角余料也可模切后進行粘合, 制成各種形狀的

16、蜂窩狀瓦楞紙板緩沖襯墊, 即使棄之不用,也可被大自然降解、吸收, 是很好的綠色環(huán)保包裝材料。在歐美國家, 由我國進口的商品所據(jù)用的木材包裝必須經(jīng)過熏蒸處理, 而蜂窩紙板作為一種新型的環(huán)保材料, 能充分滿足歐美等國對從我國進口商品的包裝要求。但目前的紙板材料問題也非常明顯：（1）瓦楞紙板性能提高已近極限，在力學(xué)性能，如緩沖性，防潮性等均較差，瓦楞規(guī)格基本定型，針對不同的瓦楞紙板要求, 選擇合適的瓦型, 這已成為通用的常識。（2）瓦楞紙箱的制作已經(jīng)實現(xiàn)了機械化。自從英國人發(fā)明瓦楞以來, 瓦楞紙箱的生產(chǎn)由原來的手工原始制作發(fā)展到自動化生產(chǎn), 生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)和款式都已經(jīng)完全滿足市場用戶對瓦楞紙箱的要求

17、。而蜂窩紙板雖然在性能上在瓦楞紙板的基礎(chǔ)上有了本質(zhì)的提升，但蜂窩紙板制成的包裝箱、托盤, 受潮后強度減弱, 經(jīng)不起撞擊和振動。而在抵擋外物侵入的能力上, 瓦楞紙板卻比蜂窩紙板高出幾倍。（3）蜂窩紙板價格實際上不比木質(zhì)包裝便宜多少。（4）影響市場的還有代木效果問題, 蜂窩紙板主要用途是托盤、緩沖襯墊, 而防水、防潮等技術(shù)問題尚未很好解決, 影響了使用效果。人們開始尋找提高紙板材料性能的途徑。而紙板復(fù)合材料也成為最佳選擇。復(fù)合紙板材料又包括紙板之間通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和搭配來實現(xiàn)性能的互補與增強。如將瓦楞紙板和蜂窩紙板聯(lián)用, 可以發(fā)揮瓦楞紙板和蜂窩紙板的優(yōu)勢, 其復(fù)合紙板的側(cè)壓強度和平壓強度均可以提高。另

18、外, 在制作包裝箱時, 若以瓦楞紙箱作為箱體, 箱內(nèi)上下四壁用蜂窩紙板做襯墊, 可以提高包裝箱的防潮、抗壓、保溫、抗戮穿能力和承載能力。賀丹華等研究了蜂窩/E形瓦楞復(fù)合紙板的緩沖特性，蜂窩紙板的平壓強度遠高于瓦楞紙板; 瓦楞紙板的縱向側(cè)壓強度遠高于蜂窩紙板, 而橫向的側(cè)壓強度則低于蜂窩紙板;蜂窩紙板的彎曲強度高于瓦楞紙板。瓦楞紙板和蜂窩紙板的性能各有自己的優(yōu)點。將瓦楞紙板和蜂窩紙板復(fù)合, 可以發(fā)揮瓦楞紙板和蜂窩紙板的優(yōu)勢。蜂窩/E 形瓦楞復(fù)合紙板可重復(fù)使用、面層強度大。耿敏等詳細研究了蜂窩紙板與瓦楞紙板的復(fù)合剛度，并作出了試驗及分析，得到了蜂窩與瓦楞較合適的實用方式。劉冰等詳細研究了蜂窩瓦楞復(fù)

19、合紙板的面外承載及靜態(tài)緩沖性能。但目前紙板材料的開發(fā)仍局限在不同紙板的搭配和結(jié)構(gòu)設(shè)計上，無法突破兩者其本質(zhì)特性所帶來的性能局限，而如能突破其局限，將為紙板材的開發(fā)與運用打開新的空間。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在紙板與其它材料復(fù)合方面，國內(nèi)外仍處于研發(fā)階段，較成熟的為木質(zhì)材料與紙板的復(fù)合，徐朝陽等利用木質(zhì)面板與紙質(zhì)蜂窩材料復(fù)合，該夾芯材料不但保留了原蜂窩材料的優(yōu)點，而且還大大提高了力學(xué)強度。同時，還運用國內(nèi)外學(xué)者研究的針對不同材料蜂窩結(jié)構(gòu)的理論研究，對其力學(xué)傳導(dǎo)進行了深入的研究。而國外學(xué)者Shalizadeh和Seferis等也對復(fù)合木-蜂窩板的力學(xué)傳導(dǎo)進行了研究與分析。但其它材料與紙板之間的復(fù)合研究仍

20、然較少。本項目研究具有先行性。針對本項目中的降解復(fù)合發(fā)泡材料，國內(nèi)外已進行了一定的研究。陜西科技大學(xué)丁毅等人以農(nóng)作物秸稈粉碎物和果渣為原料，添加淀粉類助劑，經(jīng)選料、配料、水分調(diào)節(jié)、膨化、回潮、模壓等工藝后，得到了緩沖系數(shù)在 3.5 以上的緩沖材料，通過對材料的動態(tài)緩沖特性圖線進行分析，得出了該材料能滿足大多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品、緩沖要求的結(jié)論。索曉紅等人以纖維素纖維為原料，添加明膠、甲基纖維素等助劑，用模內(nèi)成型法制備了纖維素纖維發(fā)泡緩沖包裝材料，并利用壓縮試驗機對發(fā)泡體的緩沖性能進行測試，研究了各助劑添加量對發(fā)泡體性能的影響，得出了明膠：甲基纖維素：瓜爾膠=2:1:1，發(fā)泡劑 1.5%，填充物 18%，

21、膠黏劑總量 15%的最佳配比。西安理工大學(xué)駱光林等人以紙漿為原料，使用復(fù)合發(fā)泡劑（碳酸氫鈉、鉀明礬酒石酸氫鉀）、淀粉以及輕質(zhì)碳酸鈣等原料，制作紙漿發(fā)泡緩沖材料，得到穩(wěn)定的試驗配方，所得發(fā)泡材料的靜態(tài)緩沖系數(shù)在4-5 之間。另外，該校裴璐對紙漿模塑制品發(fā)泡機理進行了深入研究，結(jié)合紙漿模塑制品和發(fā)泡塑料的成型工藝，設(shè)計相關(guān)試驗并結(jié)合理論分析，研究了紙漿的發(fā)泡技術(shù)機理以及粘結(jié)劑、發(fā)泡劑和其他助劑對紙漿發(fā)泡材料結(jié)構(gòu)及性能的影響。哈爾濱商業(yè)大學(xué)高德、常江等人將經(jīng)過預(yù)處理的玉米秸稈粉碎，與糊化淀粉溶液，聚乙烯醇水溶液和其他助劑混合，添加發(fā)泡劑及泡沫穩(wěn)定劑，經(jīng)過加熱發(fā)泡模壓成型，制得具有一定緩沖性能的緩沖材

22、料。浙江理工大學(xué)李友良等人研究了用廢紙漿、馬鈴薯淀粉、偶氮類發(fā)泡劑制取緩沖襯墊的方法。探討了在廢紙漿發(fā)泡材料的制備過程中發(fā)泡劑、增塑劑兩方面因素對試樣靜態(tài)緩沖性能的影響，并確定適宜的工條件：干紙漿、發(fā)泡劑、增塑劑三者質(zhì)量之比為 10：0.75：1.3 時，試樣具有良好的緩沖性能，可達到緩沖包裝材料的使用要求。重慶工商大學(xué)李媛媛研究了發(fā)泡植物纖維模壓制品的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)，將農(nóng)作物秸稈纖維與淀粉和各種助劑混合，采用一次發(fā)泡成型工藝制備緩沖襯墊，并對其緩沖力學(xué)性能、防潮性能、降解性能及衛(wèi)生安全性能進行研究，結(jié)果表明該材料可以滿足實際使用要求。在國外的研究中，具有代表性的有：2006年，德國不萊梅 PS

23、P 公司順利研發(fā)了一種泡沫紙制品，該材料以粉碎磨解的廢舊報刊紙為主要原料，與面粉以 2:1 比例混合，在擠出機擠壓作用下成為圓柱顆粒，圓柱顆粒粘結(jié)后即可得緩沖材料。此種發(fā)泡紙可以一次成型，其最大特點是在擠出機高壓作用下水蒸氣起到發(fā)泡作用，無需其他化學(xué)添加劑，制備過程對環(huán)境無任何不利影響，材料使用后可降解。日本工業(yè)技術(shù)研究所開發(fā)了以廢紙為原料的干式紙漿發(fā)泡技術(shù)。該技術(shù)與以前的濕式紙漿模法相比，所制出的產(chǎn)品具有更好的生物分解性。具體實施時，將廢紙粉碎成小紙屑，與淀粉漿糊混合制成直徑 l-3 mm 的粒子，再將粒子吹入金屬模具并進行加壓加熱發(fā)泡，可制得精度和壁厚與金屬模相應(yīng)的包裝制品。Tsutomu

24、 Noguchi, Mayumi Miyashita, Yasuhito Inagaki, Haruo Watanabe 從柑橘類水果果皮中提取出 d-檸檬烯，將其作為溶解廢棄 EPS 板材的新型溶劑，EPS 板材經(jīng) d-檸檬烯的溶解分解為一個個 EPS 珠粒，取 10的改性淀粉與 3%的回收 EPS 顆粒，與廢紙纖維混合后入模成型，在 100蒸氣條件下加熱 1.5min。該材料已作為索尼公司包裝 28英寸電視機的緩沖材料。Heartwin Amaladhas Pushpadass, Govindarajan Suresh Babu, Robert W. Weber, Milford A. H

25、anna 將玉米淀粉與聚苯乙烯以 7:3 的比例混合，添加滑石粉和聚碳酸酯，經(jīng)由單螺桿擠出機擠出發(fā)泡，制備發(fā)泡緩沖材料。研究結(jié)果表明：水分和滑石粉的含量對泡沫的徑向膨脹效果具有顯著影響，當水分含量和擠出溫度升高時，泡沫材料的密度增加，通過 X 射線透視發(fā)現(xiàn)，淀粉和聚苯乙烯聚合物經(jīng)擠出成型充分分散，泡沫具有一定的防水性能。Y. Lin 和 F. Hsieh 將大豆分離蛋白、大豆纖維、玉米淀粉加入軟質(zhì)聚氨酯原料之中進行發(fā)泡，制得發(fā)泡材料，最后研究了生物質(zhì)原料含量、初始水含量對材料力學(xué)性能和密度的影響。結(jié)果表明：當生物質(zhì)原料含量在 10-20%時，材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線上具有很大的平臺應(yīng)力區(qū)域，生物質(zhì)原

26、料含量的增加和初始水含量的增加都會使材料密度增大，此外，經(jīng)過預(yù)壓縮，生物質(zhì)含量為1040%的材料其永久變形量比對照材料的永久變形量低。Samina Arif, Gary Burgess, Ramani Narayan, Bruce Harte 研究了一種用特殊玉米淀粉生產(chǎn)的可降解發(fā)泡包裝材料的緩沖性能、阻熱性能和防潮性能。結(jié)果表明（采用 ASTM測試法）：該材料層合之后可應(yīng)用于緩沖領(lǐng)域，當材料厚度為 1 英寸時，較之相同厚度的普通泡沫塑料具有較差的緩沖性能，當材料厚度為 2 英寸時，緩沖性能與相同厚度的塑料泡沫相近，此外，幾位研究者通過確定其三個溫度下（20，25和 30）的水分吸收等溫線來確

27、定它的吸濕性能，結(jié)果表明，當溫度較高時（30），該材料的尺寸改變量較為明顯。綜合來看，雖然國內(nèi)外針對降解緩沖材料的研究已有一定進展，但是普遍成本較高，或仍存在一定的缺陷，如化學(xué)處理過程較復(fù)雜，緩沖性能不足等，產(chǎn)業(yè)化過程仍不足。所以，如能將全降解緩沖材料的優(yōu)點與紙板相結(jié)合，則復(fù)合材料將極具發(fā)展空間。（三）、項目的產(chǎn)業(yè)化前景分析目前國內(nèi)紙箱銷售以迅猛速度增長2000年增長到125億平方米，2002年產(chǎn)量達148億平方米，到了2010年已達到242億平方米，且仍在以平均每年30%的速度增加，尤其是蜂窩紙板，增長速度更快。而在緩沖材料領(lǐng)域，全球近年包裝材料和容器的消費市場規(guī)模在6000億美元左右。中國

28、3000億人民幣的國內(nèi)商品和1200億美元的出口商品提供配套包裝。過去不少電子產(chǎn)品、家電產(chǎn)品及許多易碎、易損產(chǎn)品的包裝，主要使用紙板或者EPS泡沫塑料作緩沖襯墊材料，顯然，本項目的開發(fā)只要部分替代瓦楞與蜂窩紙板材料，或者用于更高端的緩沖防震包裝領(lǐng)域，具有非常廣闊的市場前景。二、研究開發(fā)內(nèi)容、方法、技術(shù)路線（一）主要研究內(nèi)容本項目在傳統(tǒng)瓦楞紙板、蜂窩紙板的基礎(chǔ)上，開發(fā)可與紙板相復(fù)合的可降解發(fā)泡層，使用自制的淀粉膠粘合，并通過相應(yīng)的擠出與壓制設(shè)備，在原紙板生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上實行熱固化粘結(jié)，得到新型的紙板復(fù)合材料。具體研究內(nèi)容包括：（1）針對復(fù)合紙板性能的全降解發(fā)泡復(fù)合層的開發(fā)可降解發(fā)泡材料可用多種材料

29、共同制備，如各種不同淀粉，包括玉米淀粉、木薯淀粉等具有不同支鏈結(jié)構(gòu)的淀粉；不同纖維，如竹纖維，木纖維，芥桿，麥稈等；蛋白質(zhì)、明膠、植物提取膠等，還可包括其他塑料如PVA，PE，PS，PLA。通過不同的發(fā)泡技術(shù)，如有機發(fā)泡劑、無機填充劑發(fā)泡和水蒸汽發(fā)泡等。雖然原材料和工藝可選擇性較多，但產(chǎn)品的特性不一，尤其是在作為紙板的復(fù)合材料時并不一定合適，這就需要針對與紙板復(fù)合開發(fā)合適的發(fā)泡材料。本項目針對紙板的力學(xué)特性，通過淀粉、改性紙漿、纖維為主要原材料，通過對原料的改性，利用動態(tài)反應(yīng)擠出方法、引入水蒸氣作為主發(fā)泡劑、再輔以其他自行開發(fā)添加助劑，生產(chǎn)出一類高性能的可降解材料。此材料可通過配方的調(diào)整調(diào)節(jié)材

30、料性能，進而調(diào)整紙板復(fù)合材料的各種不同特性如力學(xué)性能、防潮性，阻隔性等。（2）針對性專用淀粉膠的開發(fā)基于發(fā)泡層與紙板的特點，尤其是紙板纖維和發(fā)泡材料的分子結(jié)構(gòu)組成，在原有淀粉膠的基礎(chǔ)上，加入一定具有偶聯(lián)特性基團以提高發(fā)泡材料與原紙板的粘合程度，從而提高復(fù)合材料的使用時間和性能保持能力。（3）復(fù)合材料的加工與設(shè)備開發(fā)該復(fù)合材料的加工過程包括發(fā)泡材料的加工及發(fā)泡材料與紙板的復(fù)合。而發(fā)泡設(shè)備因環(huán)保需要最優(yōu)選擇水蒸氣發(fā)泡，同時，發(fā)泡材料的要求是具有良好的力學(xué)性能、表面形態(tài)、防潮與阻隔性能等。而這除了配方設(shè)計外，加工設(shè)備相當重要，如何控制水蒸汽在生物基質(zhì)中的發(fā)泡效果，即泡孔的結(jié)構(gòu)、開孔閉孔、孔徑等以及纖

31、維在基質(zhì)中的均勻分散與增強效果則成為了該設(shè)備的關(guān)鍵。而復(fù)合材料與紙板的有效復(fù)合也需要自動上膠、熱固化和壓延系統(tǒng)結(jié)合，針對于此，我們將展開該新型復(fù)合材料專用加工與設(shè)備開發(fā)。（4）復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計：不同的紙板間的相互結(jié)合，紙板與復(fù)合材料的搭配因其力學(xué)傳導(dǎo)機理的不同，將導(dǎo)致材料的性能差異。如復(fù)合材料的層數(shù)，發(fā)泡層在復(fù)合材料中的位置等。在紙板復(fù)合材料的開發(fā)中，將通過實驗充分考慮不同紙板與發(fā)泡材料層的結(jié)構(gòu)，調(diào)整材料的工藝、配方，及其互配結(jié)構(gòu)，通過最優(yōu)化的成本得到性能最佳的復(fù)合材料。最終的復(fù)合材料將具有優(yōu)異的抗壓、隔熱、防潮性。同時，加工簡單且不增加成本。（二）擬解決的關(guān)鍵技術(shù)（1）針對瓦楞紙板與蜂窩紙

32、板的全降解復(fù)合發(fā)泡層的配方設(shè)計與制備。針對適合不同紙板材料的性能可起到互不作用的全降解復(fù)合發(fā)泡層是本項目實施的關(guān)鍵，而配方的選擇與原材料的改性與搭配則是技術(shù)實現(xiàn)需要解決的問題。（2）發(fā)泡材料成型工藝與技術(shù)針對降解材料的發(fā)泡工藝對壓力和溫度的控制以及剪切過程的精確控制均相當重要，均勻混合與發(fā)泡的控制將直接關(guān)系材料的性能。所以，對成型設(shè)備參數(shù)的設(shè)計及其工藝的控制均是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。（3）復(fù)合材料成型設(shè)備實現(xiàn)紙板與發(fā)泡層是緊密結(jié)合是實現(xiàn)復(fù)合材料性能的保證，這就要求復(fù)合成型設(shè)備在保障兩方面性能不受損失的基礎(chǔ)上順利成型。（4）針對紙板特性的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與功能實現(xiàn)不同紙板的搭配，如瓦楞-蜂窩配合可

33、得到不同性能的紙板，而根據(jù)實驗結(jié)果對發(fā)泡層及其紙板的搭配進行設(shè)計也是實現(xiàn)性能最優(yōu)化的基礎(chǔ)。（三）擬采用的方法、技術(shù)路線以及工藝流程1、技術(shù)路線與工藝流程：（1）發(fā)泡材料的配方研發(fā)： 根據(jù)瓦楞和蜂窩分別對強度、緩沖性、回彈性和阻隔性的要求，本項目將先針對性的進行復(fù)合發(fā)泡材料的配方研究，以得到具有優(yōu)良性能且性能可調(diào)可控的復(fù)合發(fā)泡層材料。下面將就各原料選擇與處理進行闡述。1）淀粉選用玉米淀粉,因為玉米淀粉經(jīng)糊化過后高度的粘合性能使各物料很好的混合相容,起到主要的粘接作用。同時，通過玉米淀粉的輕微氧化與酯化改性，將使得淀粉具有一定的加工性和較好的力學(xué)性能。同時，塑化劑丙三醇的加入將提高整體材料的加工性

34、。除了玉米淀粉,實驗中還加入了適量的自制的植物提取膠,該物質(zhì)是一種粘性很強的粘合劑,它與淀粉共用,對極性材料體系有協(xié)同粘接作用,從而體系中的各材料,包括植物纖維、淀粉膠粘劑、填料、發(fā)泡劑等形成一個有機整體,最終熱壓發(fā)泡形成網(wǎng)絡(luò)化的整體結(jié)構(gòu),從而使植物纖維制品體現(xiàn)出作為模壓緩沖制品所需的柔韌性、緩沖性和天然可降解性等。2）植物纖維填料是將如木材、糠殼、竹屑、豆類、亞麻、稻桿、玉米淀粉和堅果硬殼等粉碎成粉狀、纖維狀和刨花等形態(tài)。根據(jù)張建東等對竹粉、稻糠、 松木、稻草纖維和麥秸纖維等木質(zhì)纖維熱穩(wěn)定性能的研究，本項目選用熱穩(wěn)定性好的秸稈纖維作為填料，在錘式粉碎機4500r/min的轉(zhuǎn)速下將干燥的秸稈粉

35、碎成35cm的纖維絲,摻入適量水形狀如同發(fā)泡的棉花，添加量為20%60%，纖維的加入將極大提高材料的強度和形狀保持能力。3）植物纖維表面存在諸多氫鍵，具有較強的吸水性，且極性很強且具有親水性，使其制品容易受潮, 在潮濕的環(huán)境、多雨的季節(jié)、鹽份較高的海洋運輸中, 制品均易發(fā)生霉變, 引起質(zhì)變, 植物纖維緩沖襯墊還會使其包裝的家電、儀表、五金產(chǎn)品發(fā)生銹蝕。因而防潮是植物纖維制品需解決的重要問題。本項目即通過加入自制VAE的共聚乳液來改進這一缺點。4）鈣或醋的鹽類可作為本材料的增強劑和防水劑，少量的加入可使材料的耐水性能得到改善。耐水性的提高可以顯著改善材料的使用性能，對于包裝應(yīng)用領(lǐng)域，具有實際意義

36、。本實驗選用氫氧化鈣作為增強劑。5）穩(wěn)定劑的應(yīng)用也隨著人們對復(fù)合材料質(zhì)量和耐用性要求的提高得到迅速發(fā)展。它能使復(fù)合材料中聚合物不發(fā)生降解或力學(xué)性能下降。常用的有受阻胺類光穩(wěn)定劑和紫外線吸收劑。美的性能，常常需要加入防菌劑。防菌劑的選擇要考慮木粉的種類、添加量、復(fù)合材料使用環(huán)境中的菌類、產(chǎn)品的含水量等多種因素。如硼酸鋅可以防腐但不能防藻類。（2）專用粘合膠的開發(fā)：在復(fù)合材料的制備過程中，因發(fā)泡層涉及與紙板（面紙）的復(fù)合，在粘合固化與壓制過程中，采用原有的紙板淀粉膠在熱固化過程和會出現(xiàn)與發(fā)泡層粘合松動等問題，這將導(dǎo)致整體材料易在使用過程中出現(xiàn)脫膠從而導(dǎo)致性能的降低和包裝的破壞。而這就需要開發(fā)一種可

37、對發(fā)泡層穩(wěn)定粘合的新型粘合膠。我們在原有淀粉膠的基礎(chǔ)上加入不同的自行開發(fā)的丙烯酸酯成分，并配合植物提取膠，可在熱固化時提高發(fā)泡層的粘合能力。（3）復(fù)合加工技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)為提高材料的生產(chǎn)效率，本項目將開發(fā)可一次性對復(fù)合材料進行成型的加工設(shè)備，其中包括復(fù)合材料制備與紙板復(fù)合工藝。 其中，發(fā)泡材料的制備將采用自制的多階動態(tài)擠出發(fā)泡專用設(shè)備來完成。即設(shè)計多螺桿系統(tǒng)，每一階均采用不同工藝來對不同物性材料進行精確控制。首先將預(yù)處理后的纖維、部分改性淀粉、植物提取膠輸入動態(tài)二階三螺桿中進行動態(tài)混合；同時，淀粉及部分助劑通過動態(tài)一階三螺桿混合均勻，再和動態(tài)二階三螺桿中的纖維和其他組分共混，并在添加劑、振動場

38、、剪切場、溫度場、以及水蒸氣等的作用下混合、硫化交聯(lián)、發(fā)泡，形成高性能的發(fā)泡材料。在擠出的同時，進入紙板復(fù)合設(shè)備，紙板復(fù)合材料可采用同步或非同步復(fù)合設(shè)備，即通過自動上膠、熱固化和壓延系統(tǒng)結(jié)合，將擠出發(fā)泡材料與紙板材料結(jié)合。2、研究方法:所采用研究方法如下流程圖:總體性能設(shè)計配方設(shè)計原材料的選擇與處理制備工藝參數(shù)的設(shè)計加工設(shè)備設(shè)計加工設(shè)備工藝參數(shù)實驗樣品反饋調(diào)整確定工藝參數(shù)與配方系列合格不合格中試產(chǎn)業(yè)化不合格（四）項目的特色和創(chuàng)新突破點本項目涉及到一種新型防水抗壓隔熱紙板復(fù)合材料的開發(fā)及一次性成型技術(shù)。項目將新型材料的開發(fā)與成型技術(shù)成型設(shè)備相結(jié)合，具有很強的創(chuàng)新性。該新型材料在傳統(tǒng)的瓦楞紙板、蜂

39、窩紙板的紙板層和面紙層中加入中紙與自行研發(fā)的可降解發(fā)泡材料層，采用加入植物提取物的新型淀粉膠來進行粘合，使得復(fù)合紙板材料具有優(yōu)異的抗壓、隔熱、防潮性。同時，加工簡單且不增加成本。本項目有以下創(chuàng)新點。（1）復(fù)合材料配方創(chuàng)新 在本項目中，所用復(fù)合降解發(fā)泡層及專用淀粉膠均為自行研發(fā)，具有創(chuàng)新性。發(fā)泡材料配方創(chuàng)新 本項目所涉及新型復(fù)合紙板材料為在面紙與瓦楞（蜂窩）芯中添加不同層數(shù)、配方的降解復(fù)合發(fā)泡材料層。該發(fā)泡材料層采用廢紙漿、植物纖維、改性植物纖維、改性淀粉及少量可全降解生物塑料復(fù)合發(fā)泡，并加入自制防潮劑，以水蒸氣為發(fā)泡劑，發(fā)泡層為閉孔結(jié)構(gòu)。該發(fā)泡材料具有良好的回彈性，防潮與隔熱性，與瓦楞紙板復(fù)合

40、可大幅度加強其抗壓力強度，回彈性與形狀穩(wěn)定性。與蜂窩紙板復(fù)合可一定程度提高抗壓強度，同時大幅提高紙板的防潮性、形狀穩(wěn)定性、隔熱性，并改善紙板翹曲、變形等缺陷。專用淀粉膠配方創(chuàng)新 本項目將針對加入的發(fā)泡層與面紙的特性，調(diào)整淀粉膠的配方，并加入植物提取膠和具有兩種材料特性的偶聯(lián)改性劑，使得復(fù)合材料層與面紙、中紙間具有良好的粘結(jié)性，不易變形、脫落。 （2）成型設(shè)備創(chuàng)新 本項目所涉及材料采用一次性成型，即在紙板成型設(shè)備的基礎(chǔ)上配置自動化擠出發(fā)泡設(shè)備，實現(xiàn)在紙板生產(chǎn)后即時進行多層復(fù)合及中紙、面紙的粘合。工藝簡單，自動化程度高，生產(chǎn)效率高。（3）復(fù)合結(jié)構(gòu)創(chuàng)新 本項目通過對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)對材料的性

41、能進行控制與調(diào)節(jié)。可調(diào)節(jié)因素包括加入發(fā)泡層的配方、材料及泡孔結(jié)構(gòu)、與紙板復(fù)合的結(jié)構(gòu)如紙芯層的規(guī)格，發(fā)泡層的厚度、層數(shù)，瓦楞紙板與蜂窩紙板的搭配等。根據(jù)包裝所需要求對其進行設(shè)計與調(diào)整，可控制復(fù)合材料的強度與性能。所制備材料有以下先進性： （1）該項目中的新型紙板復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗壓強度，與瓦楞紙板復(fù)合材料可提高強度達100%以上，與蜂窩紙板復(fù)合的該材料可提高強度20%以上。 （2）該項目中的新型紙板復(fù)合材料具有優(yōu)異的防潮性，在濕度為40%的環(huán)境中使用1月以上，紙板不變形?？稍谒疂櫇窈罄^續(xù)使用。耐水時間明顯增強，可降低紙板在使用過程中因遇潮而出現(xiàn)的強度、挺度過快下降的問題。（3）該項目中的新型紙

42、板復(fù)合材料具有優(yōu)異的隔熱性能，尤其是針對瓦楞紙板復(fù)合后，可達到蜂窩紙板的隔熱效果。（4）該項目中的新型紙板復(fù)合材料經(jīng)反復(fù)彎曲后不會因脫膠而導(dǎo)致面紙脫落及性能的大幅度降低。（5）該項目中的新型紙板復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗壓回彈性。（6）該項目所研發(fā)的設(shè)備工藝簡單，能耗低，可對該材料一次型成型，不會大幅提高生產(chǎn)成本與人力成本。（五） 項目完成后預(yù)期實現(xiàn)的技術(shù)、經(jīng)濟指標及社會和經(jīng)濟效益，對產(chǎn)業(yè)的帶動和提升作用。技術(shù)指標：所實現(xiàn)技術(shù)指標分別包括單獨降解發(fā)泡層的性能指標，如表1所示；復(fù)合后紙板的性能指標，如表2所示。表1 復(fù)合發(fā)泡材料的物理性能目標（通過與泡沫塑料對比）性能參數(shù)參考標準發(fā)泡聚乙烯本項目產(chǎn)品值

43、泡孔直徑GB/T6343-1995200um40um壓縮強度（50%，23）GB/T6669-20011.26KPa1KPa壓縮永久變形（50%，23，24h）GB/T6669-200130分鐘/24小時后 5.3%/0.3%30分鐘/24小時后 4%/0.3%拉伸強度GB/T 6344-199645.1KPa50KPa斷裂伸長率GB/T 6344-1996123.00%100%氧指數(shù)GB/T2406-932530隔熱性（熱導(dǎo)率）GB/T10294-880.24w/m.k0.1w/m.k表2 傳統(tǒng)瓦楞紙板和新型瓦楞紙板物理性能目標單瓦楞紙板產(chǎn)品(max)新型瓦楞紙板邊壓強度(kgf/cm)79

44、耐波度(kgf/cm2)2022戳穿強度(kg-cm)100125粘合強度(kgf/楞 10cm)68吸水率%11393 除以上所述指標外，因此新型紙板材料為紙板復(fù)合材料，最終成型復(fù)合材料性能仍取決于所復(fù)合的紙板與結(jié)構(gòu)，本新型紙板材料的性能目標值為較未采用自制發(fā)泡材料復(fù)合前提高10%以上。經(jīng)濟指標：在紙質(zhì)包裝緩沖領(lǐng)域，采用本項目研發(fā)的紙板復(fù)合材料，其功用與傳統(tǒng)瓦楞紙板和蜂窩紙板相同，但性能可調(diào)整性大,綜合性能更佳,且單位體積成本不增加.可替代目前的發(fā)泡塑料產(chǎn)品和紙制品包裝品，廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)。如各種工業(yè)防震包裝材料，各類大小家用電器、電子儀器儀表、陶瓷、玻璃器皿等易碎物品內(nèi)包裝。2010年瓦

45、楞紙板年產(chǎn)量600萬噸，年銷量730萬噸。行家估計到2013年需量將達到1500萬噸以上。部分替代紙板材料將使得該項目材料具有及其廣泛的市場。以下將對本單位的潛在效益和行業(yè)相關(guān)的潛在效益進行分析。對實施單位產(chǎn)生的效益正業(yè)包裝（中山）有限公司年消耗原紙約13萬噸，加上關(guān)聯(lián)企業(yè)2家，全資子公司4家，合計年消耗原紙約20萬噸以上?，F(xiàn)原紙利用率約為89%，年產(chǎn)生廢紙約2.2萬噸，本項目研發(fā)成果，能解決公司紙箱生產(chǎn)長期存在的抗壓、回彈等技術(shù)難關(guān)，能夠使紙板成品抗壓性、回彈性、防水防潮和隔熱性得到有效提升，成果應(yīng)用預(yù)計至少可提升公司原紙利用率1-3%，達到90-92%，預(yù)計每年可為公司節(jié)約原紙采購成本：2.2萬噸（現(xiàn)年廢紙量）-（1.6-2萬）噸（提高利用率1-3%后年廢紙）3500（原紙單價）-1300（廢紙單價）=440-1320萬元，同時還會間接降低公司其它輔料采購成本。其次，本項目開發(fā)材料因綜合質(zhì)量的提高，將提高公司產(chǎn)品的銷售水平和市場占有情況，如按公司紙板銷售增加銷量5%，或按現(xiàn)有銷量中10%產(chǎn)品因質(zhì)量提高而提價10%