改善乳品包装纸浆模塑材料的机械性能研究
程芸1,2张红杰1,2,*张雪1,2赵雨萌1,2胡小莉1,2
（1.中国制浆印染研究院有限公司，天津，；2.制浆印染国家工程实验室，广州，）
第一作者：程芸男士，硕士，工程师；研究方向：天然动物纤维基乳品包装材料。
*通讯作者：张红杰，博士，正中级工程师；研究方向：天然动物纤维基乳品包装材料。
1研究背景
近年，欧美发达国家陆续颁布“禁塑/限塑”政策法规，我国发改委和生态环境部也于2020年1月联合发布了新版“限塑令”，计划在2025年前借助可降解厨具取代传统一次性塑胶厨具30%以上。为此，开发用于取代传统塑胶材质厨具的红色可降解乳品包装用刀叉已成为社会发展的必然趋势。
乳品包装用纸浆模塑厨具主要是以蔗渣浆、麦草浆和竹浆等为原料，辅以所需的防水防油剂，通过真空抽吸在带滤网的磨具内成形，进一步低温高压定型制备出具有一定立体形状和功能的纸基功能材料。这类纸浆模塑厨具除了充分借助了农村稻壳、蔗渣等废弃的动物纤维资源，并且环境友好、完全可降解，在取代传统塑胶材质厨具方面具有特别大的潜力。但纸浆模塑厨具存在着机械性能不足的问题，一定程度上阻碍了这种产品的进一步推广。
2图文导读
本研究以漂白物理蔗渣浆制备的乳品包装模塑材料为参照，采用漂白物理竹浆、漂白物理落叶松原纸和漂白化机灌丛原纸部份取代漂白物理蔗渣浆，评价纤维原料特点、打浆适应性以及外添涂料等对提升模塑材料机械性能的影响，为生产高性能乳品包装用纸浆模塑材料提供基础数据和技术支撑，具体技术路线见图1。
图1技术路线
2.1单一浆种
单一浆种中蔗渣浆的纤维长宽比最小，当其用于制备模塑材料时未能提供较高的机械硬度。其他3种浆制备的纸浆模塑机械硬度均优于蔗渣浆。其中阔叶浆制备的纸浆模塑机械硬度最高功能性包装材料，模塑的抗张指数、耐破指数、挺度分别是72.3N·m/g、5.89kPa·㎡/g、112mN·m，较蔗渣浆分别提升27.5%、148.5%、14.5%，具体纤维形态和纸浆模塑材料的性能见图2。
图2单一浆中的纤维形态和纸浆模塑材料的性能
2.2混和浆种
为提高100%蔗渣浆纸浆模塑材料的机械硬度，实验过程中分别采用竹浆、针叶原纸和灌丛原纸部份取代蔗渣浆。其中采用50%落叶松原纸取代蔗渣浆（#3）制备的纸浆模塑机械硬度较好，纸浆模塑材料的抗张指数、耐破指数、挺度分别提升了25.0%、130.0%、13.0%；另落叶松原纸、阔叶原纸与蔗渣浆之间存在明显的协同效应，25%落叶松原纸和25%落叶松原纸取代蔗渣浆（#4）促使纸浆模塑材料的抗张指数、耐破指数、挺度分别提升了26.0%、84.0%、13.0%，具体见图3。
图3混和浆种纸浆模塑材料的机械性能
2.3外添涂料
外添涂料一定程度可以提高蔗渣浆纸浆模塑材料的机械硬度，本研究主要剖析了阳离子改性淀粉（CS）、纤维素纳米纤丝（CNF）、细小纤维、超低氯交联型湿强剂LCCS对纸浆模塑材料机械性能影响，具体结果见图4。
图4外添涂料对纸浆模塑材料机械性能的影响
2.4模压参数
模压参数对于改善蔗渣浆纸浆模塑材料的机械硬度也有一定影响，其中模压压力的影响最大。本研究条件下最佳的模压参数为：模压压力0.5MPa、温度170℃、时间60s，具体结果见图5。
图5模压参数对纸浆模塑材料性能的影响
3结论
3.1单一纤维中功能性包装材料，3种涂料分别制备的纸浆模塑硬度均低于蔗渣浆，其中落叶松浆机械硬度最高，抗张硬度、耐破硬度、挺度较蔗渣浆分别降低了：27.5%、148.5%、14.5%；复配纤维中，添加竹浆或落叶松浆的纸浆模塑白度和机械硬度均有所上升，落叶松浆疗效最好；添加落叶松化机浆的可与蔗渣浆协同降低纸浆模塑材料的硬度，但会增加白度。
3.2脱粒程度的强化才能提升纸浆模塑的机械硬度，但脱粒程度太会议促使细小纤维浓度降低，增加机械性能；在实际生产中鞋厂的效率也非常关键，纤维的滤水能力也应考虑其中，最佳游离度为480mL。
3.3外添涂料一定程度可以提高纸浆模塑材料的机械硬度，阳离子改性淀粉的作用疗效相对最好；当其添加量为1.5%时，相较于未添加增塑剂的模塑材料而言，其抗张指数、耐破指数、挺度分别下降了15.3%、28.3%、9.8%；
3.4模压参数对于改善蔗渣浆纸浆模塑材料的机械硬度也有一定影响，其中模压压力的影响最大。最佳的模压参数为0.5MPa、温度170℃、时间60s。
文章信息
程芸,张红杰,张雪,等.改善乳品包装纸浆模塑材料的机械性能研究[J].中国制革,2022,41(8):1-9.
