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纸浆模塑100问(第二辑)
来源:包装部落2018 | 作者:董正茂 | 发布时间: 90天前 | 17 次浏览 | 分享到:
纸浆模塑作为一种环保、可持续的新型材料,具有广泛的适用性和巨大的发展潜力。在工业包装、文创、礼品、日用品、农业、医疗和餐饮等领域的应用中,它都展现出了明显的环保优势和可持续发展的特点。通过推广纸浆模塑的使用,我们可以有效地降低对有限资源的依赖,减少能源消耗和温室气体排放,降低环境污染,为可持续发展做出贡献。在强调低碳、可持续发展的今天,纸浆模塑的应用领域得到极大扩展。

纸浆模塑作为一种环保、可持续的新型材料,具有广泛的适用性和巨大的发展潜力。在工业包装、文创、礼品、日用品、农业、医疗和餐饮等领域的应用中,它都展现出了明显的环保优势和可持续发展的特点。通过推广纸浆模塑的使用,我们可以有效地降低对有限资源的依赖,减少能源消耗和温室气体排放,降低环境污染,为可持续发展做出贡献。在强调低碳、可持续发展的今天,纸浆模塑的应用领域得到极大扩展。


纸浆模塑的生产和使用也提供了新的创业、就业机会和发展空间,进一步推动了社会的可持续发展。


纸浆模塑行业还是一个小众行业,为让更多的朋友了解、使用、推广纸浆模塑,小编近期将以纸浆模塑100问为主题,跟感兴趣的朋友介绍纸浆模塑的各个方面,今天第二辑。


四、纸浆模塑制品的产品特点是什么?


纸浆模塑原料来源广泛不易受限制,符合国家环保要求和产业发展需要。特别是替代塑料泡沫材料与PVC吸塑包装材料的最佳选择;植物纤维模塑制品可加收利用、可降解,加入特殊工艺后,具有良好的防水、防油性能,可部分替代发泡塑料制品,可有效消除“白色污染,伴随纸浆模塑工艺技术研究发展,纸浆模塑不仅在产品内包装领域应用不断扩大,也开始替代产品销售包装、抢占以前属于玻璃包装、铁包装、塑料瓶、塑料盒和精品纸盒市场,并开始进入短期使用的产品零部件市场以及文创市场、家装、日用品市场。


纸浆模塑产品制品特点如下:


1、环保可持续:纸浆模塑产品的主要原料是废纸、甘蔗渣等植物纤维,可循环利用,减少了对森林资源的消耗,同时减少了垃圾的产生,对环境友好。


2、良好的缓冲性能:纸浆模塑产品内部结构松散,具有良好的缓冲性能,能够有效地保护内部物品,减少运输和存储过程中的损伤。


3、加工方便:纸浆模塑产品具有良好的加工性能,可以通过裁剪、粘贴、热压等工艺进行定制化生产,满足不同客户的需求。


4、美观实用:纸浆模塑产品外观整洁美观,具有良好的印刷和装饰性能,能够提升产品的品牌形象和市场竞争力。


5、成本低廉:纸浆模塑产品的原料成本低廉,生产工艺简单,能够有效地降低生产成本,提高企业的经济效益。


6、可降解性强:纸浆模塑产品在特定条件下可以自然降解,不会对环境造成长期污染。


7、耐油性差:纸浆模塑产品耐油性较差,如果接触油污或有机溶剂,可能影响其结构和外观,加入防油剂可以增加防油性能,容易跟印刷物料结合,可印刷性能会提升。


8、耐热性差:纸浆模塑产品不耐高温,一般在80℃以下使用,高温环境下可能会变形或分解。


9、吸湿性强:纸浆模塑产品具有较强的吸湿性,因此在潮湿的环境下可能会影响其结构和性能。吸湿性能强可以用于装脆性食品,如烤鸭、烤乳鸽、炸薯条等,适当结构的纸浆模塑打包盒可以显著提升上述产品的香脆度。


10、不透明:纸浆不透明,在很多需要看到产品本身的应用场景,需要通过开窗来解决不透明的问题,应用于盲盒,则充分发挥了不透明的优势。


11、一般不适用于易燃物品包装:由于纸浆模塑产品具有一定的易燃性,因此不推荐用于包装易燃物品,加入阻燃剂可以增加阻燃性能,例如用做装饰板,一般需要加入阻燃剂,以达到法律法规要求的阻燃等级。


综上所述,纸浆模塑产品具有环保可持续、良好的缓冲性能、加工方便、美观实用、成本低廉、可降解性强等特点,但也存在一些缺点如耐油性差、耐热性差和吸湿性强等。在选择使用纸浆模塑产品时,应根据实际情况和具体需求进行综合考虑。


五、用户对纸浆模塑包装制品有哪些特别性能要求?


1、防水性能


纸浆模塑是植物纤维基产品,本身容易吸潮吸水,本身的防水性能是比较差的,很多应用场景是需要有一定的防水性能的,例如纸浆模塑餐盒、刀叉勺、鸡蛋托、水果托,在这些领域,纸浆模塑的制造过程中,防水性能是其重要特性之一,直接影响产品的质量和性能。以下将对纸浆模塑的防水性能进行探讨。


1.1纸浆模塑防水性能的重要性


纸浆模塑的防水性能对于产品的使用价值和性能具有重要意义。以下是防水性能的重要性:


1.1.1 保护产品:纸浆模塑的防水性能可以防止水分进入产品内部,从而保护产品免受潮湿和霉变等损害。


1.1.2提高耐久性:良好的防水性能可以提高产品的使用寿命和耐久性,使其更具有经济性和环保性。


1.1.3 增强用户体验:防水性能可以防止产品在使用过程中受潮或受损,从而增强用户体验和满意度。


1.2纸浆模塑防水性能的测试方法


为了确保纸浆模塑的防水性能符合要求,可以采用以下测试方法:


1.2.1 滴水测试:将纸浆模塑样品放置在平整的表面上,用滴定管滴定一定量的水于样品表面,观察样品是否吸水、渗透或变形等情况。此方法适用于检测纸浆模塑产品的抗水性和耐水性。


1.2.2 浸水测试:将纸浆模塑样品浸泡在水中一定时间,观察样品是否出现吸水、膨胀、变形等情况。此方法适用于检测纸浆模塑产品的防水性和耐水性。


1.2.3 耐湿度测试:将纸浆模塑样品放置在高湿度的环境中,观察样品是否受潮、变形或变质等情况。此方法适用于检测纸浆模塑产品的耐湿性和稳定性。


1.3 提高纸浆模塑防水性能的措施


为了提高纸浆模塑的防水性能,可以采取以下措施:


1.3.1 优化生产工艺:通过优化生产工艺参数,如温度、压力、时间等,可以提高纸浆模塑的密实度和防水性能。


1.3.2 选用优质原料:选用废纸质量较高、纤维含量较少的原料,可以生产出更加致密和防水的纸浆模塑产品。


1.3.3 添加防水剂:在生产过程中添加适量的防水剂,可以增强纸浆模塑的防水性能,提高产品的耐久性。


1.3.4加强质量检测:对生产过程中的纸浆模塑进行防水性能质量检测,确保产品的防水性能符合要求。


2、防潮性能 


2.1纸浆模塑的防潮性能对于产品的使用价值和性能具有重要意义。以下是防潮性能的重要性:


2.1.1 保护产品:纸浆模塑的防潮性能可以防止水分进入产品内部,从而保护产品免受潮湿和霉变等损害。


2.1.2 提高产品质量:防潮性能跟防水性能一样,是部分纸浆模塑产品的重要质量指标,在部分对产品挺度有严格要求的应用场景,防潮性能也很重要,避免吸入空气中的水蒸气,避免产品强度下降,发霉等等,尤其是包装海运的产品,在高温高湿环境下,纸浆模塑制品的防潮能力是重要指标,良好的防潮性能可以提高产品的质量稳定性,使其更符合生产和质量控制标准。


2.1.3增强用户体验:防潮性能可以防止产品在使用过程中受潮、霉变或变软,影响使用功能,从而增强用户体验和满意度。


2.2纸浆模塑防潮性能的测试方法


为了确保纸浆模塑的防潮性能符合要求,可以采用以下测试方法:


2.2.1 吸水率测试:通过测量纸浆模塑样品在一定时间内的吸水量,计算其吸水率,以评估其防潮性能。此方法适用于检测纸浆模塑产品的吸水性和耐水性。


2.2.2 抗霉变测试:将纸浆模塑样品放置在具有霉菌的环境中,观察其是否出现霉变和腐烂等情况。此方法适用于检测纸浆模塑产品的抗霉变性能。


2.2.3 耐湿度测试:将纸浆模塑样品放置在高温高湿度的环境中,观察样品是否受潮、变形、霉变或变质等情况。此方法适用于检测纸浆模塑产品的耐湿性和稳定性。


2.3 提高纸浆模塑防潮性能的措施


为了提高纸浆模塑的防潮性能,可以采取以下措施:


2.3.1 优化生产工艺:通过优化生产工艺参数,如温度、压力、时间等,可以提高纸浆模塑的密实度和防潮性能。


2.3.2 选用优质原料:选用废纸质量较高的原料,可以生产出更加致密和防潮的纸浆模塑产品。


2.3.3 添加防潮剂:在生产过程中添加适量的防潮剂,可以增强纸浆模塑的防潮性能,提高产品的耐久性。


2.3.4 加强质量检测:对生产过程中的纸浆模塑进行质量检测,确保产品的防潮性能符合要求。


3、防油性能 


 在食品、医药、外卖包装等等领域,防油性能是纸浆模塑包装的一个重要指标,对于保护产品免受油脂污染具有重要意义,尤其是欧美对防油产品提出更高要求,要求使用无氟防油剂,对行业是一个挑战,目前无氟浆内添加防油剂已经有在使用,但是应用还有很多问题需要解决,很多场景,客户已经要求使用无氟防油涂层,或者无氟防油膜来满足现阶段要求,不过无氟浆内添加剂应该还是未来的发展方向。下文将探讨纸浆模塑防油性能的相关因素及提升方法。


3.1 纸浆模塑防油性能的影响因素


3.1.1. 原料质量:原料质量对纸浆模塑防油性能有重要影响。优质原料具有较高的纤维含量,能够提高纸浆模塑的防油性能。


3.1.2. 模具设计:模具设计对纸浆模塑防油性能也有影响。模具的形状、结构、材质等都会影响纸浆模塑的防油性能。


3.1.3. 生产工艺:生产工艺对纸浆模塑防油性能具有关键影响。如加热温度、加热时间、压力等都会影响纸浆模塑的防油性能。


3.1.4. 表面处理:纸浆模塑表面处理也是影响防油性能的重要因素。经过特殊表面处理的纸浆模塑可以增强其防油性能。


3.1.5. 印刷工艺:印刷工艺的选择也会影响纸浆模塑的防油性能。某些印刷工艺可能会在包装表面留下孔隙或油墨层,从而影响防油性能。


3.1.6. 贮存条件:贮存条件对纸浆模塑防油性能也有一定影响。例如,贮存环境中的温度、湿度和氧气等因素可能影响包装材料的化学性质和物理结构,从而影响其防油性能。


3.1.7. 运输过程:运输过程中,包装材料可能会受到摩擦、冲击和挤压等外力作用,导致包装表面受损或变形,从而影响其防油性能。


3.2  提升纸浆模塑防油性能的方法


3.2.1. 选用优质原料:选用纤维含量高、质量稳定的优质原料,提高纸浆模塑的防油性能。


3.2.2. 优化模具设计:根据产品需求,优化模具设计,提高纸浆模塑的防油性能。


3.2.3. 改进生产工艺:通过调整加热温度、加热时间、压力等生产工艺参数,优化纸浆模塑的防油性能。


3.2.4. 表面处理:采用特殊的表面处理方法,如涂层处理、等离子处理等,增强纸浆模塑的防油性能。


3.2.5. 控制环境湿度:环境湿度是影响纸浆模塑防油性能的重要因素之一。保持适宜的湿度水平有助于提高纸浆模塑的防油性能。


3.2.6. 合理选择添加剂:在生产过程中合理选择添加剂,如防水剂、抗油剂等,可以有效提高纸浆模塑的防油性能。


3.2.7. 强化贮存条件:确保产品在贮存过程中避免与油脂直接接触,以保持纸浆模塑包装的防油性能。


3.2.8. 加强生产质量控制:实施严格的生产质量控制措施,确保每个生产环节的稳定性和可靠性,从而提高纸浆模塑包装的防油性能。


3.2.9. 合理选择印刷工艺:采用合适的印刷工艺,如凹版印刷、柔版印刷等,可以增强纸浆模塑包装表面的抗油墨渗透能力,提高其防油性能。


3.2.10. 定期检测与维护:对纸浆模塑包装进行定期的检测和维护,确保其始终保持良好的防油性能。


3.2.11. 优化运输过程:针对运输过程中可能出现的摩擦、冲击和挤压等外力作用,采取相应的防护措施,以保持包装材料的完好性和防油性能。例如,使用缓冲材料进行隔离或提高包装材料的抗冲击能力等措施。


3.2.12. 增强员工培训:对员工进行相关培训,提高员工对包装材料防油性能的认识和操作技能水平。通过培训员工如何正确使用和维护包装材料以及了解包装材料的特性,可以减少操作不当对防油性能的影响。


3.2.13. 建立质量管理体系:建立完善的质量管理体系,明确各个环节的质量控制要求和责任人。通过制定标准操作流程和质量检查表等手段,确保每个环节的质量控制有效执行,从而提高纸浆模塑包装的防油性能。


3.2.14. 开展质量审计与评估:定期开展质量审计与评估工作,对生产过程中的关键控制点进行监督和检查。通过收集和分析数据,发现存在的问题并及时采取改进措施,确保持续提高纸浆模塑包装的防油性能。


3.2.15. 保持与供应商的良好沟通:与供应商保持密切沟通联系,及时反馈质量问题并寻求解决方案。通过与供应商合作解决关键问题,可以提高进料质量并提升整体防油性能表现。


3.3 纸浆模塑无氟防油剂的特点


3.3.1. 无氟环保:纸浆模塑无氟防油剂不含有氟等有害化学物质,符合环保要求。


3.3.2. 高效防油:添加了纸浆模塑无氟防油剂的纸浆模塑包装具有出色的防油性能,能够有效保护产品免受油脂污染。


3.3.3. 兼容性强:纸浆模塑无氟防油剂与纸浆材料具有良好的相容性,能够均匀分散在包装材料中。


3.3.4. 使用方便:纸浆模塑无氟防油剂添加量适中,使用方便,易于操作。


3.3.5. 安全性高:经过严格的安全性评估,纸浆模塑无氟防油剂对人体和环境无害。


3.4 纸浆模塑无氟防油剂的使用方法


3.4.1. 按照生产要求将纸浆模塑无氟防油剂与纸浆原料混合均匀。


3.4.2. 将混合好的纸浆原料注入模具中,进行热压成型。


3.4.3. 在热压成型过程中,纸浆模塑无氟防油剂与纸浆原料会发生反应,形成防油膜。


3.4.4. 成型后的纸浆模塑包装冷却后进行检查,确保无油脂污染等质量问题。


3.4.5. 如果需要,可以进行后续的印刷、打码等工序。


3.4.6. 在使用过程中,应保持生产环境的卫生和安全,遵守相关操作规程。


3.4.7. 使用后剩余的纸浆模塑无氟防油剂应妥善保管,避免阳光直射和潮湿环境。


4、防静电性能 


目前纸浆模塑产品防静电性能提升,主要通过表面喷涂解决。


5、隔热性能


6、防掉粉、耐磨性能


纸浆模塑行业近年来得到快速发展,应用场景拓展,内外包装都在使用,很多顶级用户,如苹果、戴森等客户,要求纸浆模塑制品不掉粉,有一定耐磨能力。传统纸浆模塑制品表面粗糙、质感差、易掉毛掉屑的问题,制约了其进一步的发展。目前纸浆模塑制品防掉粉尘,防掉屑有三种工艺路线,第一是表面覆膜,第二是表面涂层,第三是浆内添加,前两种都有相对成熟工艺,但是成本和降解是需要解决的问题,浆内添加相关助剂,达到防掉粉、耐磨性能应该是发展方向,也已经有相对成熟的助剂生产出来了,助剂大批量生产,防掉粉、耐磨性能提升研发工作还在进行中。以下主要讨论纸浆模塑浆内添加防掉粉、耐磨工艺技术。


纸浆模塑制品掉屑(包括掉毛、掉粉)的机理为:当制品的表面张力小于外界机械作用力(如摩擦、黏附等)时,在机械力的作用下就会从纸浆模塑制品表面或边缘脱落下细小纤维、碎屑、填料粒子、施胶剂或颜料粒子。由于目前要求较高的纸浆模塑制品大多采用湿法模内干燥成型,即采用模内连续加热的方式进行干燥,成型工艺较为稳定,同时干燥方式对制品基本强度而非表面性能的影响偏大,故防掉屑的性能改善一般从材料本身入手。


纸浆模塑掉屑的改善方法包括纤维改性、浆内助剂添加、表面涂覆等。但纤维改性与表面涂覆工艺复杂,成本高昂,应用受限,故开发一种可在常规条件下使用的浆内助剂是最可靠的选择。袁志庆将聚乙烯醇溶液及水性丙烯酸树脂溶液混合成溶液混合物加入到纸浆中,所得纸浆模塑制品在常规的使用下不掉粉。梁江卫将纸浆、水和聚丙烯酰胺树脂溶液混合搅拌,所得制品的表面形成了一层光滑的膜,不易吸湿和掉粉。


纸浆模塑湿部生产线添加各类浆内化学助剂,得到具备防掉屑性能的纸浆模塑制品,对其进行性能测试及机理分析,并进行形貌、结构及热稳定性表征。制备的纸模制品有望用于工业化生产,满足精细制造的要求。


6.1 不掉粉研究实验方法


6.1.1 纸浆模塑试样的制备


6.1.1.1 试验原料


所用原材料为原生纸浆,包括针叶木浆、竹浆以及甘蔗浆,均由昆山市裕锦环保包装有限公司提供。经前期试验,确认采用的原料比例为针叶木浆20%、竹浆52%、甘蔗浆28%。


6.1.1.2 试验助剂


烷基烯酮二聚体(AKD)施胶剂,白色或微黄色乳液,阳离子型中性施胶剂,固含量15%,冷水中易分散,青州金昊化工有限公司;预糊化阳离子淀粉(CS),白色粉末状固体,pH值6~8(2%的水溶液),粘度≥300 mPa· s(2%的水溶液),任丘市尚康化工有限公司;聚乙烯醇(PVA),白色片状或纤维状固体,水溶性高分子聚合物,平均聚合度2400,醇解度88%,青岛优索化学科技有限公司;聚丙烯酰胺(PAM),白色或奶色易流动粉末,阳离子吸附型水溶性高聚物,相对密度1.302,分子量约1 300万,青岛优索化学科技有限公司;羧甲基纤维素(CMC),白色或微黄色粉末,阴离子型纤维素醚类,密度1.6 g/cm3,易溶于水,水溶液为中性或为碱性,任丘市立天化工有限公司;纳米二氧化硅(SiO2)分散液,带蓝相白色液体,水性体系,固含量15%,pH值6~9,密度1.15 g/cm3,南京天性新材料有限公司。


6.1.1.3 试验仪器


AB240-N型电子分析天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;THS-AOC-100AS型恒温恒湿试验机,庆声科技股份有限公司;TD7-PFI型立式磨浆机,咸阳通达轻工设备有限公司;WF4030型纸浆模塑机,北京碧生源环保科技发展有限公司;FS-71B型纸带耐磨试验机,广州富士科技有限公司;LMT-CJ01型层间结合强度测定仪,东莞市英特耐森精密仪器有限公司;Su1510型扫描电子显微镜,日本日立公司;Alpha型红外光谱仪,德国Bruker公司;Q500型热重分析仪,美国TA公司。    


6.1.1.3 制备方法


经前期试验,所得较优的浆内助剂配方为:AKD施胶剂0.2%,CS 1%,PVA 0.5%, PAM 0.2%,CMC 0.6%,纳米SiO2分散液9%,所述比例均为纸浆质量的百分比。故试验首先借助TD7-PFI立式磨浆机对原生纸浆进行磨浆,控制其游离度为460±20 mL;其次将固体助剂CS、PVA、PAM、CMC分别配置成1%、0.5%、0.2%、0.6%的溶液,保存备用;最后将液体助剂AKD施胶剂及纳米SiO2分散液分别稀释成0.2%及9%的浓度,保存备用。


在pH值6~9的条件下,将各助剂按比例依次添加至纸浆模塑湿部生产线,每种助剂的施加间隔为15~20 min,最后的助剂施加完后,搅拌20 min,停止搅拌。纸浆模塑经真空吸滤成型及模内干燥后,得最终制品。使用THS-AOC-100AS恒温恒湿试验机,在23±2℃和50%±10%相对湿度条件下将试样调节24小时后,按标准进行取样并进行相关性能测试。


6.1.2 试样的测试及表征


6.1.2.1 耐磨性


由于纸浆模塑行业并未制定相关标准进行防掉屑性能测试,故参考相关材料选取较合适标准。经资料整理及专家推荐,选用耐磨性测试为纸模制品防掉屑性能的表观测试方法,直接表征制品外观性能。但由于耐磨性测试结果多为1圈~3圈,误差较大,故多将其作为定性方法,配合结合强度共同测试。本研究使用FS-71B型纸带耐磨试验机,按照“ASTM F2357-04使用NORMAN工具‘RCA’摩擦器测定薄膜开关上墨水和涂层抗磨性的标准试验方法”,对试样进行耐磨性测试。


6.1.2.2 层间结合强度


层间结合强度测试为纸模制品防掉屑性能的内在测试方法,若制品层间结合强度低,则一旦表面发生起毛掉屑现象,就会连带内层纤维共同脱落。并且,前期试验验证层间结合强度与耐磨性之间存在一定的正比关系,层间结合强度越高,则耐磨性测试越佳。本研究使用LMT-CJ01型层间结合强度测定仪,根据“GB/T 26203-2010纸和纸板 内结合强度的测定(Scott型)”,对试样进行层间结合强度测试。    


6.1.2.3 SEM 分析


扫描电子显微镜(SEM)在纸及纸制品领域常用于纤维形貌分析,表征其结构特征[9]。观察化学助剂处理前后的纤维形态的变化,能够直观地表征制品表观性能。本研究使用Su1510型扫描电子显微镜,对试样进行SEM分析。


6.1.2.4 FT-IR 分析


红外光谱(FT-IR)分析作为一种快速无损的分析方法,广泛应用于各类材料的结构分析。在纸及纸制品领域,主要用于原料、成分及老化的分析等[10-11]。本研究使用Alpha型红外光谱仪,对试样进行红外光谱分析。


6.1.2.5 TGA 分析


热重分析法(TGA)是在程序控制温度下,测量物质质量与温度关系的一种技术,广泛应用于材料的热稳定性及热分解领域,通过TGA分析可研究纸张的热解过程及特性[12]。本研究使用Q500型热重分析仪,氮气流量0.05~0.1 L/min,以20℃/mim的速率从30℃升温至600℃,对试样进行热重分析。


6.2 结果与讨论


6.2.1 防掉屑性能分析


在未添加助剂时,试样的耐磨性均为1圈,层间结合强度均值为147 J/m2。助剂处理后试样的耐磨性基本可达3圈,层间结合强度均值为283 J/m2,提高约2倍。这是由于一方面纸浆湿部存在大量不同的相互作用,包括范德华引力和静电斥力等,淀粉及水溶性高分子聚合物(PVA和PAM)中的自由羟基可与纤维表面的羟基形成氢键,产生“絮聚”作用;另一方面还有别的化学作用和物理作用在纸浆的表面和助剂之间形成,如AKD和纤维素羟基基团形成酯键[14],CMC溶于水形成透明的粘胶体与纤维接触增加结合面积,改变单位结合面积上的结合力。另外,纳米SiO2分散液具备纳米材料的小尺寸效应、表面与界面效应等特殊性质,其分子形态中具有网络和物理交联点,能够充分发挥化学吸附活性,从而有效的提高制品的强度及耐磨性[16]。综上,加入助剂后纤维间的结合力提高,表面张力增大,系统活化能增加,试样的表观强度提高。    


6.2.2 SEM 形貌分析


使用扫描电子显微镜SEM,在300倍的放大倍数下,分别观测助剂处理前后试样的表面形态,所得纤维形貌图如图1、图2所示。


对比发现,通过添加浆内助剂对纤维进行处理,试样的表观性能改善效果明显。从图1观察可知,纤维呈现出扁平型带状特征,整体长度较长,但能看到某些细小纤维及粗细不一的单根纤维,这是所用浆料本身的纤维特性不一所体现的综合情况。纤维虽互相交织但空隙较大,且存在不少断裂的纤维,故试样结合能力较弱,在受到外界摩擦作用时,趋向于以细小粒子的形式从表面脱落。从图2可以看出,助剂不仅与纤维结合,填充在纤维间的各个角落,使之空隙减少,交织紧密,并且可与纤维上某些反应性官能团产生作用,生成憎水薄膜状物质,覆在试样表面,由此试样的耐磨性及层间结合强度均有大的提升,试样的防掉屑性能得到较大程度的改善。


6.2.3 红外光谱分析


助剂处理前后试样的红外光谱图,通过分析谱图中各基团的特征频率,可推测试样中化学成分的变化。由于纤维素是纤维中的主要成分,其基本构成结构单元是失水葡萄糖,分子中存在多个C-OH基团,故其最明显的特征是在1000 cm-1附近C-O键伸缩振动。另外,2900 cm-1附近的吸收峰归因于C-H基的伸缩振动,3350 cm-1附近的吸收峰归因于O-H基的伸缩振动。


助剂处理后纤维素的本身性质未发生改变,故1056 cm-1附近及2877 cm-1附近的吸收峰大致不变,同为纤维素中C-O基团及C-H基团振动,而3354 cm-1附近出现的吸收峰明显增强,应为羟基伸缩振动,属于氢键产生,证明助剂的确与纤维素形成大量的氢键。另外,在1643 cm-1附近出现的吸收峰归因于AKD与纤维素反应生成的β-羰基酯产生的伸缩振动。经对比,证明助剂处理后试样内产生了新的氢键及化学键,证明了上述防掉屑性能的分析。    


6.2.4 热重分析


助剂处理前后试样的热重变化曲线如图4所示,整个热解过程大致可分为3个失重阶段:在约130℃以前,试样中纤维素物理吸附的水分发生失重,约占总质量的8%;在300~410℃区间,试样产生较多的失重,这主要是由于纤维素分解生成小分子气体和大分子可挥发成分而造成的,该阶段失重约占总质量的75%;400℃以后,裂解为小分子量的炭继续氧化,纤维素、半纤维素基本完成热解,试样彻底失重[17]。


助剂处理后试样的热重曲线形状与前者基本相同,同样存在着三个明显的失重过程,说明试样随温度升高的变化机理大致相同。但由于助剂的使用,试样各阶段的热解温度整体后移,说明纤维素的分解、裂解的同时还存在着助剂引起的活化能,从而导致热滞后现象,使得起始分解温度、最大分解温度都相应升高,试样的热性能更为稳定。500℃后试样的热重曲线基本保持稳定,这主要是由于助剂中的SiO2残留所致。


6.3 不掉粉、耐磨性能研究结论


针对纸浆模塑的掉屑问题,本研究采用浆内加入助剂的方式制备试样,使用耐磨性及层间结合强度作为测量指标,评价其防掉屑性能。助剂处理后试样耐磨性达到3圈、层间结合强度达到283 J/m2,较未添加助剂时均有大幅提高,试样的改善效果明显。


对于纸模制品的微观表征,本研究采用SEM研究纤维形貌,表明助剂对纤维性能的改善效果明显且直观;采用FT-IR研究材料的结构,证明助剂与纤维发生的氢键结合及化学键结合;采用TGA研究制品的热性能,表征了热裂解过程中的热重特性及助剂对热稳定性的影响。


7、阻氧性能


纸浆模塑是纤维基产品,实际成型后,在微观看,是不同长度纤维交织在一起,是有大量孔洞结构,提高纸浆模塑制品的阻氧性能目前是行业难题,目前实现阻氧性能还是靠使用相应的阻隔膜,这个工艺一方面成本高,另外一方面可以达到性能,又能完全生物降解的阻隔膜还在研发过程中。


阻氧性能在食品(如茶叶、月饼、饮料等等)、医疗、化工等领域,这些应用领域包装阻隔性能要求较高,纸浆模塑的阻氧性能显得尤为重要。以下将详细介绍纸浆模塑浆内添加阻氧性能的影响因素及其优化方法。


7.1 、纸浆模塑阻氧性能的影响因素


7.1.1. 纸浆质量与种类


纸浆的质量和种类是影响纸浆模塑阻氧性能的重要因素。高质量的纸浆具有较高的密度和纤维强度,能够提供更好的阻氧性能。不同种类的纸浆,如木浆、竹浆、苇浆等,其纤维结构和化学成分不同,也会影响阻氧性能。


7.1.2. 纤维含量与分布


纤维含量和分布对纸浆模塑的阻氧性能也有重要影响。纤维含量越高,纸浆模塑的密度越大,氧气渗透的难度也越大。纤维分布越均匀,表面密度越高,孔洞结构越小,越紧密,纸浆模塑的整体阻氧性能越稳定。


7.1.3. 添加剂与配方


添加剂和配方的选择对纸浆模塑的阻氧性能具有重要影响。例如,添加适量树脂可以提高纸浆模塑的致密性,从而提高阻氧性能。使用特殊的阻氧剂可以进一步增强阻氧性能,常用的阻氧剂包括有机硅、EVOH、PVDC、PVA等。其中,有机硅具有优秀的阻氧性能,但成本较高;EVOH具有较好的阻氧性能和成本优势,但加工性能较差;PVDC具有优秀的阻氧性能和加工性能,但成本较高。


7.1.3.1 一种可以参考的阻氧剂原料与配方


合物树脂:如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸酯等,用于提高附着力。


表面活性剂:如烷基酚聚氧乙烯醚(APE)等,用于改善润湿性和流动性。


交联剂:如三聚氰胺甲醛树脂(MF)等,用于增强纤维间的凝聚力。


抗氧剂:如2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)等,用于防止材料氧化降解。


7.1.3.2 配方:根据实际需要,将以下原料按比例混合制备:


聚合物树脂(PVA):100-200份


表面活性剂(APE):50-100份


交联剂(MF):30-60份


抗氧剂(BHT):5-10份


7.1.3.3制备方法


1. 将聚合物树脂(PVA)加入到搅拌器中,加热至适当温度。


2. 缓慢加入表面活性剂(APE),搅拌均匀。


3. 加入交联剂(MF),继续搅拌,使各成分充分混合。


4. 最后加入抗氧剂(BHT),搅拌均匀后,关闭加热装置。


5. 将混合液冷却至室温,用泵将混合液泵入储罐中,备用。


7.1.3.4使用方法


1. 在制备纸浆模塑时,将不掉粉助剂按比例加入到纸浆中。


2. 搅拌均匀后,进行成型、干燥等操作。


3. 根据产品需要,可进行表面处理或印字等操作。


7.1.3.5注意事项


1. 在使用本配方制备的不掉粉助剂时,应严格按照操作规程进行,注意安全使用和环保事项。


2. 建议在使用前进行小样试验,以确定最佳的添加量和处理条件,避免浪费和不良影响。


3. 注意防止不掉粉助剂与其他化学品接触,以免发生化学反应或产生不良影响。


7.1.4. 加工工艺与设备


加工工艺和设备的选择也会影响纸浆模塑的阻氧性能。例如,采用先进的搅拌和成型设备可以提高纸浆模塑的纤维分布和密度,尤其是表面密度,从而提高阻氧性能。合理的热压和冷却工艺也可以进一步优化阻氧性能。


7.2 优化纸浆模塑阻氧性能的方法


7.2.1. 选择高质量的纸浆和纤维


选择高质量的纸浆和纤维是优化纸浆模塑阻氧性能的关键。通过与供应商合作,选用符合质量标准的纸浆和纤维,可以提高纸浆模塑的整体性能。


7.2.2. 调整纤维含量与分布


根据应用需求,适当调整纤维含量和分布可以提高纸浆模塑的阻氧性能。通过实验确定最优的纤维含量和分布比例,可以获得更好的阻氧效果。


7.2.3. 合理使用添加剂与配方


根据需要,选用适当的添加剂和配方可以优化纸浆模塑的阻氧性能。例如,添加适量树脂可以增加纸浆模塑的致密性,从而提高阻氧性能。选择合适的阻氧剂可以针对性地提高阻氧性能。


7.2.4. 改进加工工艺与设备


不断改进加工工艺和设备可以进一步提高纸浆模塑的阻氧性能。采用先进的搅拌和成型设备可以优化纤维分布和密度。合理调整热压和冷却工艺参数可以进一步优化阻氧性能。


7.3、纸浆模塑制品阻氧性能提升研究现状


纸浆模塑的阻氧性能对于食品、医疗、化工等包装要求较高的领域具有重要意义。通过选择高质量的纸浆和纤维、调整纤维含量与分布、合理使用添加剂与配方以及改进加工工艺与设备等方法,可以有效地优化纸浆模塑的阻氧性能,满足不同领域的需求。


目前有多个团队在研究提升纸浆模塑制品的阻氧性能,也在进行相关测试。


8、蒸汽(水汽)阻隔性能


部分容器类产品,如装洗发水,洗洁精、沐浴露等等,有水汽蒸发量的要求,需要瓶子在18个月内,水汽蒸发小于5%


9、酒精阻隔性能


10、油脂阻隔性能


11、耐火性能


有些应用领域,如做装饰板,按国家法规要求,必需有阻燃等级管理要求


12、强度、力学性能提升


重型产品纸浆模塑包装需求越来越多,对纸浆模塑制品的缓冲性能,力学性能,强度提升提出了更高的要求。


六、纸浆模塑模具制造周期、打样、量产周期分别是多少? 


1、纸浆模塑模具制造周期是多少?


目前来说纸浆模塑模具制造周期是指从模具设计到成品模具完成的整个过程所需的时间。纸浆模塑模具制造周期的长短取决于多个因素,如模具的复杂性、制造设备的先进程度、生产工艺等。


1.1. 目前一般模具生产周期在一周到两周,个别产品加急,有三天左右出样品模具的情况。


1.2、纸浆模塑模具制造阶段


纸浆模塑模具制造阶段包括以下五个阶段:


1.2.1. 模具设计阶段


模具设计阶段是纸浆模塑模具制造的起点,需要根据制品的形状、尺寸、使用要求等参数进行模具设计。设计过程中需要考虑模具的加工工艺性、制品的脱模性、模具的维修保养等因素。


1.2.2. 模具材料准备阶段


模具材料准备阶段包括选择合适的材料,如钢材、铝合金等,并根据设计要求进行材料的切割、打磨、抛光等处理。


1.2.3. 模具成型阶段


模具成型阶段包括将处理好的材料进行成型、组装、焊接等操作,形成完整的模具。此阶段需要使用先进的成型设备和生产工艺,以保证模具的精度和稳定性。模具成型后,还需要钻孔,包网,焊网,目前钻孔、包网、焊网工序主要靠人工,效率比较低,也依靠技工师傅的经验和技术,对模具质量稳定有一定影响。


1.2.4. 模具试模阶段


模具试模阶段是将模具安装到生产设备上,进行试生产的过程。试模过程中需要对模具进行调整和优化,以确保生产的制品符合要求。


1.2.5. 模具成品阶段


模具成品阶段是在试模阶段完成后,对模具进行最终的检测和评估,确认符合要求后进行封样处理。此时,模具可以正式投入生产使用。


1.3、纸浆模塑模具制造周期影响因素


影响纸浆模塑模具制造周期的因素包括:


1.3.1. 模具的复杂性:复杂性的模具需要更长的设计和加工时间。


1.3.2. 制造设备的先进程度:先进的制造设备可以缩短制造周期,有专用的纸浆模塑模具加工数控机床CNC可以提高加工效率。


1.3.3. 生产工艺的成熟度:成熟的工艺可以提高生产效率,缩短制造周期。


1.3.4. 人员技能水平:人员技能水平越高,制造周期越短。


1.3.5. 供应链管理:供应链的稳定性直接影响模具的制造周期。如果关键材料或部件供应链不稳定,可能导致制造周期延长。


1.3.6. 工作环境因素:工作环境如温度、湿度等也会对制造周期产生影响。过于潮湿或过于干燥的环境都可能影响材料的处理和加工过程。


1.3.7. 其他因素:如不可预见的故障或延迟等也可能导致制造周期的延长。


1.4、纸浆模塑模具制造周期管理策略


为了缩短纸浆模塑模具制造周期,企业可以采取以下策略:


1.4.1. 提高设计自动化程度:采用合适的软件进行数字化设计可以提高设计效率和准确性。同时,通过采用逆向工程等技术,可以缩短从设计到成品的时间。


1.4.2. 优化生产工艺:不断优化生产工艺可以提高生产效率,缩短制造周期。例如,采用快速原型制造技术等可以大大缩短制造周期。


1.4.3. 提高人员技能水平:定期进行员工培训和技术交流可以提高员工的技能水平,从而缩短制造周期。


1.4.4. 加强供应链管理:与供应商建立稳定的合作关系,确保关键材料和部件的供应稳定,可以缩短制造周期。


1.4.5. 优化工作环境:保持适宜的工作环境可以提高生产效率,缩短制造周期。例如,保持适宜的温度和湿度等可以减少生产过程中的故障率。


1.4.6. 引入先进的生产设备:采用先进的生产设备可以提高生产效率,缩短制造周期。例如,采用专用的数控机床等高精度设备可以大大提高加工精度和效率。


2、纸浆模塑制品打样周期是多少


纸浆模塑制品打样周期根据产品不同有较大差异,各个工厂也有区别,客户有时候信息也不完整,不确定,周期就会很长。


在客户需求明确情况下,打样周期如下:


2.1 干压废纸浆本色产品由开样品模具,到样品交付,一般需要5到14个工作日;


2.2 染色产品打样比较麻烦,专门就某种颜色打样成本极高,如果客户不愿意承担,只能等系统有同样颜色才能打样,周期不太确定,现在有装备厂家开发出了容易清洗的打样浆系统,能部分缓解这个矛盾;


2.3 1.精品湿压产品,根据需求不同,打样周期一般在7到14个工作日;


3、纸浆模塑制品量产周期是多少


纸浆模塑制品量产周期差异极大, 一般大货模具数量不多的情况下,一般是10个工作日到20个工作日,需要根据产品数量合理制定交付计划。


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