甘蔗渣制备缓冲包装材料的工艺研究

我国日用家具、家电、军工产品、医疗器材等包装上所用的缓冲包装材料中，考虑到质轻、隔热、防腐、减震和易于模塑成型等优势，大部分都选择采用聚苯乙炼泡沫塑料(EPS)及聚乙烯(EPE)。但是，这两种材料在生产过程中大量使用氯氟烃(CNC),造成大气层中的臭氧层被破坏,而且废弃后难以自然降解,污染土地和地下水。据报道，在所有的塑料垃圾中，包装废弃物占了３０％之多，而缓冲材料乃是重中之重，给生态环境造成很大的负面影响同时，又威胁到人类自身健康。为了缓解塑料对环境和经济所带来的压力，不少国家已经严令限制使用聚乙烯类和聚苯乙烯类作为缓冲材料。现阶段国内、国外都在寻找环保，又容易加工成型，而且回收又方便，照价又便宜的物质代替EPS发泡塑料。

研究发现，目前我国位于亚热带南段地区每年甘蔗收获后，在糖厂制糖产生大量次等蔗渣，经过稳定的工艺和方法，在热压条件下制成有一定的缓冲性能、可用于承受重载荷的缓冲包装材料。根据包装物的隔层、骨架、防震保护层的粗腰等压膜成型，经济成本低于使用EPS材料。使用抛弃后，在自然环境中能三个月内降解，降解后在土壤中的微生物作用能将蔗渣中的有机物分解在土壤中给土壤增加碳分子，增加土壤的肥力以便植物生长，不破坏环境，还能促进农作物的生长。

1  国内外研究现状

查阅相关资料，目前国外尚未有针对用次品蔗蔗渣来生产缓冲包装材料的相关研究，对于其他可降解缓冲包装材料的研究有不少成果，比较常见的像瓦楞纸和蜂窝纸板类、纸衆模塑类以及发泡植物纤维类，关于绿色包装材料管理这块，在立法层面，国内外均有建树。

1.1  国外研究现状

为避免“白色污染”对环境的破坏，在寻求与环境相容性良好的可降解可再生的缓冲包装材料这一块，欧美和日本等发达国家起步比较早，并在新型环保类缓冲包装材料进行开发与研究投入了大量资源，成果颇丰。德国不莱梅PSP公司采用废旧书报纸和面粉作原料，开发出一种名为“MACKROPAK 2000”的缓冲材料。日本针纺合纤公司在玉米中提取出的聚乳酸，作为可生物降解的发泡材料主要的原料，研发出的材料无论在缓冲性能和耐热性还是整体强度上都能与EPS泡沫塑料相差无几，但废弃后可以直接分解在农田里，完全没有污染，对土壤还有施肥的作用。英国的Stram it International公司以各类农作物秸秆人造板，是以小麦秸秆和水稻为原料，在加工的过程中不需要用到粘结剂，做成的成品厚度可以高达20至80毫米，如英国的乡村建造的房屋墙体就可以使用这种材料来代替粘土砖。

1.2  国内研究现状

首先，在立法层面上，我国在1996年时就实施了《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》，这为我国固体废弃物管理体系的建立奠定了基础，并在2005年4月全国人大对该法案进行了修定。在1999年，国务院批准由国家经贸委发布了《淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录》(第一批)。各地政府相关部门也纷纷出台相关不环保型塑料使用的禁令。2005年4月起，针对过度包装这一块，国家从法律上限制并鼓励使用容易回收的包装物。2008年6月国务院下发通知，在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于0.025毫米的超薄塑料袋，所有的商城、超市等不得免费提供塑料购物袋。

其次，企业类、各级院校和研究所等对植物纤维类缓冲包装材料的研究也取得了一定成果，但起步相对比发达国家晚一些。主要集中在使用添加化学发泡剂的制备工艺方面，但尚没有产业化产品问世。20世纪80至90年代，我国南方已形成蔗渣制造硬质纤维板、刨花板的工厂体系。最近几年，中国林科院、中南林学院、东北林业大学、南京材业大学等高校也先后探索有关麦秸碎料板、稻草碎料板、麦秸纤维板、麦秸-塑料复合人造板等方面的开发与研究。 

2  甘蔗渣制备缓冲包装材料的工艺流程

2.1  可行性

我国位于亚热带南段地区种有大量的甘蔗，每年甘蔗收获榨糖后产生的甘蔗渣，一部分造纸，一部分做燃料，剩余一部分堆沤。堆沤部分大多是数量比较差的蔗渣，这部份做造纸原料不合格，做燃料含水量又消耗热量，堆沤又造成环境污染，一直是糖厂待解决的难题。利用甘蔗渣制备缓冲包装材料，正是利用此废弃物，使之实现资源化再利用。将再次次品的蔗渣进行理化分析，制定加工方法和可行性工艺，然后用已得到的技术参数在实验室内用采集的样品试制缓冲包装材料。甘蔗渣制备的缓冲包装材料，成本低、可降解，对环境无破坏作用，减少自然资源消耗。投入生产使用，便可以降低对EPS、EPE缓冲包装材料的使用量，满足国际上对于包装材料环保化趋势的要求，对生态经济发展也有着重要意义。

2.2  工艺流程

由下面的技术路线图来分析（图1），技术的关键是解决甘蔗渣制备缓冲包装材料的共抗性，抗压强度，要求达到和超过EPS材料制作的样品对照抗压，抗压强度为标准。目前蔗渣纤维的制备问题已经得到了解决，但就缓冲包装材料使用技术这一方面，又有一些特殊的要求。对样品进行理化测试和分析，通过对蔗渣性能稳定处理及干燥，结合淀粉的改性处理。在具体制备纤维的过程中，可以采用化学增强方法，加入高目数的填充物，如方解石粉，用微细粉填充蔗渣纤维的微孔，来加强其的强度。并可以在混合制装时通过加入少量的木质纤维，来使浆板的整体强度得以提高。淀粉作粘结剂在使用时，为使其粘合能力加强，要对淀粉进行一些改性，并使用膨化技术解决淀粉改改后的粘合能力稳定性，可参考铸造粘结剂淀粉改性技术和方法，经过实验可解决。

将处理的甘蔗渣与改性处理的淀粉进行混合用螺旋压力机挤压成粒，再根据所需包装物的隔层、防震层等要求的形状，干燥后便可投入使用。在提高材料的湿强度上，需要对成型后甘蔗渣材料进行适当的防水处理，如原料中添加防水剂、成型后的材料喷镀防水材料等以提高甘蔗渣缓冲包装材料的耐水性能，保证产品质量。

用户只需制造适合自身产品包装的形状要求的模具将包装材料加温到85-95℃的时候压制而成，既简单又方便，是一种高效节能的缓冲包装材料。

3  甘蔗渣制备缓冲包装材料的性能特点

在缓冲包装材料领域，聚苯乙炼泡沫塑料(EPS)及聚乙烯(EPE)的使用量占据着我国大份额市场。EPS、EPE尽管有质轻、隔热等优点，但其被废弃后回收困难、难自然降解,造成环境污染。甘蔗渣制备缓冲包装材料的研究开发成功对于提高甘蔗渣废弃物利用、增加农民收入、减少环境污染将会起到很好的作用。根据研究结果，取出样品进行理化分析，进一步了解样品的物理结构和化学结构。制定加工方法和可行性工艺，然后用已得到的技术参数在实验室内用采集的样品试制缓冲包装材料。材料试制出来后，可以按照些常用的生活家电等产品包装的隔层，防震层等形状制出样品，再检测共抗性，抗压强度后，与EPS材料制作的样品对照。根据实验结果，已达到和超过EPS材料制作的样品对照抗压，抗压强度为标准，满足包装物的包装要求，在搬运过程中保护产品的安全，甘蔗渣制备的缓冲包装材料与EPS材料的性能对比。

4  结语

从节约资源、保护环境,促进国民经济持续健康发展的角度来看, 该材料的研究、开发成功对于提高甘蔗渣废弃物利用、增加农民收入、减少环境污染将会起到很好的作用。我国有独特的自然资源，甘蔗渣而且每年都有，循环不绝。利用地域优势，将甘蔗渣变废为宝，研发绿色环保、可降解的新型缓冲包装材料，代替泡沫塑料的使用量，实现环境与经济的双赢。