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摘要:本文主要阐述纸浆模塑工艺的创新及发展,以传统纸浆模塑工艺为切入点,分析该产品生产工艺具有环保性,可实现自然降解,便于堆放运输。以此为基础,从工艺参数、染色、干燥热压整型、形状及印刷等方面出发,探究纸浆模塑工艺,明确其未来发展,从而为相关工作者提供参考。
关键词:纸浆模塑;创新工艺;工艺发展
随着社会发展,人类物质生活获得极大满足,但工业发展也破坏了人类的生存环境,对人类生产、生活造成困扰,使得环保理念获得更多人认可与关注。包装领域也不例外,为实现包装的绿色环保,攻克“白色污染”难题,研制出纸浆模塑工艺,产品可降解、原材料可再生,环境污染小,获得国内外市场的认可,成为市场中潜力巨大的绿色包装产品。
一、纸浆模塑工艺概述
20世纪中期,纸箱、报纸等用作装材料废品量逐渐增加,人们思考再利用废弃纸制品,研究纸质模塑工艺。纸浆模塑属于立体造纸技术,产品为立体包装材料,通过调制纸浆纤维为浓度0.3-0.5%的悬浮液,通过0.05-0.07MPa真空吸滤的方式,在表面结构复杂,覆有网模的金属模具上均匀分布纤维,以形成具有一定尺寸、形状的纸浆湿坯,通过湿坯的冷压脱水、转移及热压干燥塑性,即可形成包装材料(见图1)。
图1 工艺流程
以此可知,纸浆模塑工艺包含选择与制备浆料,无机填料加填、应用化学助剂及制品成形吸滤、干燥热压等工程。该产品生产工艺具有环保性,不仅可通过回收废弃纸制品及其他天然植物纤维为原料,产品自身也能够多次回收利用,实现自然降解。所以,生产纸浆模塑制品对于环境影响较小,还能解决处理废弃纸制品问题,以此取代生产污染、难降解的塑料制品,可减少对自然环境损害。所以,制品生产与应用符合绿色制造理念,且相较于传统包装,产品能够通过结构特征与外观提高防冲击性、防震效果,便于堆放运输,有效节省仓储与运输空间,不仅提高了企业经济效益,还由于制品工艺简单,技术较为成熟,有效减少投资成本。
二、纸浆模塑创新工艺分析
1.优化纸模表面光泽度与平滑度
纸浆模塑制品属于绿色环保材料,逐渐用于高档产品包装中,为实现工艺创新,提高材料表面光泽度与平滑度,逐渐结合生产研究工艺优化。在纸模制品中,表面施胶原理是阳离子分散松香胶施胶中,能够与铝离子公共吸附于纸质纤维上,通过加热加压降低松香粘度,加快松香分子运动,在纸张纤维表面均匀分布,与铝离子反应生成松香酸铝盐,生成胶膜附于纸模表面,提高其光泽度与平滑度。通过工艺创新可知,纸模表面受到打浆度、施胶剂用量、热压温度、热压压力这几方面影响,优化参数即可提高制品表面质量。其中,打浆度数值为25°SR、施胶剂用量选择1.5%、热压温度选择110℃、热压压力为5MPa,通过提高热压压力,增加施胶剂用量,调节热压温度与打浆度,均能提高纸模制品光泽度与平滑度。
2.染料、纤维共磨染色
纸模制品最初以白色为主,随着人们对包装提出了新要求,不仅需要提高材料质量,还要优化包装外观颜色,传统染色方式是浆内染色,之后成形、压榨与干燥,生产特定颜色制品。但是,产品由于厚度达、定量高、染色添加中浆料与染料不均匀接触,打浆度较低的情况,导致染色色彩饱和度与匀度难以达到要求,可采取染料、纤维共磨的方式,实现工艺创新。在染色中取适当阔叶木浆板充分浸泡,撕碎后疏解,将水分挤干平衡,测定浆料水分,添加染色色粉,混合稀释后放入PFI磨浆机内共磨,取定量纸张磨后浆料,将浆料倒入磁力搅拌器内搅拌2min,添加色粉、固色剂、湿强剂等,相较于磨浆后添加燃料,共磨上染率较高,正反面色差较小,且提高了纸张耐破度与抗张强度。
3.双吸法成型与二次吸滤成型
在传统纸模塑形中,通常采取单吸成型法,在制作中对于纸模制品的特殊要求有些力不从心,而应用双吸成型法可制作出承载力大、缓冲性能强的纸模制品。如,利用该方法制作承载重型物品的纸模托盘,其承载力约为3t。并且,在生产中应用二次吸滤成型技术,在成型模具内先倒入相应数量的面层浆料,之后开展一次真空吸滤成型,面层纸浆成型后,继续注入底层浆料,实施二次真空吸滤从成型,制作双层纸模制品,干燥热压整型。
4.管状纸模制品工艺
在纸浆模塑生产中,通过工艺创新能够在铸造业应用纸质浇道管,替代陶瓷浇道管。该浇道管具有抗压性强、耐高温等性能,原材料应用无需脱墨废纸,添加无机粘结剂、增强剂、有机粘结剂等,利用特质模具成型后经过整形干燥工序,即可制作为纸质浇道管。该浇道管生产工艺能够实现废纸再利用,且应用中不会影响生产铸件,为典型环保产品,废弃物可实现自然降解。还能生产连续纸模制管机,通过特定模具生产纸模连续管状制品,成形脱水中转移制品,移动湿坯的同时利用烘干设备烘干,按照规格要求切断,形成管状纸模制品,能够用于食品、农用器具、工业产品中。
5.纸模精美印刷技术
在纸模制品中,表面通常较为粗糙,无法获得良好印刷效果,表面印刷中,印刷适应性与一般平面纸质印刷材料存在显著差异,且纸模结构凹凸不平、结构复杂,印刷幅面小,不能使用传统印刷技术。所以,在纸模制品印刷中,选用灵活印刷方式,包含凸版胶印、喷墨印刷、UV打印、丝网印刷、移印等,可在纸模表面实现多色彩印刷。在纸模行业中,UV打印作为主要推广的高科技全彩色印刷技术,能够在不同材质表面实现彩色照片印刷,一次即可实现多色印刷,无需印前制版,印墨耐磨损、色彩亮丽、操作简单、防紫外线,便于小批量印刷,且印刷速度快,满足工业印刷标准。
三、纸浆模塑创新工艺发展趋势
1.优化模具设计
在纸模制品生产中,模具作为其中关键,通过转变模具特性参数,即可获得外形、结构、尺寸不同的产品,企业通常会结合产品用途设计特定模具与纸模制品,产品用于包装材料通常包含规则结构单元,应用中能够将物品放在和尺寸匹配的结构中,以免物品碰撞接触,缓冲物品搬运的冲击与振动能量。所以,纸模制品结构形式及单元尺寸、形状十分重要,需结合产品应用性能,通过实验测试的方式研发新模具,便于生产出性能优质的产品,成为研发部重要工作。并且,优化模具设计,改善加工参数,能够节约原材料与能源,降低生产成本。如,通过优化模具设计减少产品成形含水率,即可降低干燥脱水能耗。
2.改善产品性能
纸模制品应用范围广,要求产品性能侧重不同,对于特殊要求需改变纸浆助剂配方方可实现。当前,有关助剂包含增强产品抗冲击能力、强度,提高产品防霉防潮性能、防水防油功能这几种,按照不同产品应用场合,需选择多种助剂以生产出相应产品。如,保鲜功能纸模制品,浆料内添加杀菌剂、抑菌剂,延长果蔬保鲜期,保鲜荔枝30天、保鲜柑橘3个月;可食用纸模制品以果蔬为基材,添加抗水剂、增稠剂、增塑剂等,将果蔬天然色泽保留下来,以此制作包装产品,不仅能够实现包装效果,还能食用,降低污染。实际生产中,需解决助剂比例与用量问题,不同助剂会相互影响作用机理,需控制添加助剂比例及纸浆浓度。纸模企业通常根据经验确定初步配方,以试验验证方式明确最终方案,无法精准控制助剂应用,或是形成行业标准。并且,助剂通常为化工产品,控制助剂用量对保证纸模环保生产十分重要,且在生产一次性餐具中,研究无味无毒助剂,均为当前重要研究课题。
3.高精纸模制品
随着纸模制品的发展,逐渐将其用于礼品、高端电子产品及礼品包装等领域,对于包装尺寸、外观也提出了高精度要求,制作高端纸模制品,提高表面光洁度,达到或接近注塑产品外表质量水平。步骤如下:在供浆环节中进行自动调浆系统安装,增加除杂器减少浆料内的杂质,进而减少包装脏污点,通过分光光谱仪对产品色差动态监测,即可控制色差为1≥△E;传统纸模拔模角度是3-5°,在高端纸模下控制拔模角度不超过2°,技术上能够达到0°。工艺中可采取多次模压方式,部分厂家开发对应模具,能够一次模压成型,减少了工艺成本,提高经济效益;高端纸模产品直线度公差≤0.5mm,边缘R角为R0.2,表面粗糙度≤3µm;纸模盒型制品厚度从0.8mm增加超过1.5mm,强度媲美工业纸板,有效扩大纸盒制品应用范围,可替代礼品、化妆品等包装纸盒。
4.应用先进技术
在纸模制品中,需精准测量工艺性能与物理性能参数,是产品结构、参数及形状设计与计算的基础。在计算特性参数,优化设计工艺中,可应用计算机技术,结合量化参数构件专业软件模型,模拟分析纸模产品,计算产品参数、工艺及性能关系,以完成纸模产品的优化设计。并且,通过积累参数数据,还能制定生产标准,对该行业生产技术加以规范。同时,在纸模制品对产品要求愈发复杂情况下,仅依靠添加助剂与改进工艺难以满足市场要求,需添加其他材料改变产品性能及纸浆配方,可应用高强度纤维材料、纳米材料等,从而生产特殊性能包装。
四、总结
综上所述,纸浆模塑制品具有环保性,以该产品替代塑料制品,可有效减少环境污染,实现社会可持续发展。因此,研究人员应当结合创新工艺情况,向优化模具设计、产品性能、高精制品、先进技术这几方面发展,从而提高产品性能。
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