中低端纸浆模塑包装的发展探究

■ 文/上海出版印刷高等专科学校 崔庆斌

0 引 言

谈及纸制品包装材料，大部分的普通民众可能立马能想到纸板箱、纸盒、纸袋等，但提及纸浆模塑的话，有了解的就所剩无几了。在向普通民众说明时，经常会用“鸡蛋容积用的纸托包装”、“购买电子产品、家电产品时所用的纸制缓冲材料”进行相关解释。对于此，笔者针对纸浆模塑材料及发展动态进行阐述。

1960 年左右，纸浆模塑开始大量生产，除了鸡蛋以外，还有苹果、番茄、甜瓜等开始使用该包装材料。从1980年代开始渗透到工业品包装领域。纸浆模塑包装具有非常好的环保特性，可重复再造的纸浆模可以解决大量的包装一次性废弃物浪费问题。

1 纸浆模塑的优势

纸浆模塑所用的原料主要以废纸为原料制成的纸浆水溶液，在具有目标产品形状的模具中进行制造、造型后干燥而成，其特点是立体成型是单一的、无缝隙的容器结构，如图所示1。

图1 纸浆模塑所制的包装产品

纸浆模塑的特征主要包含以下几点。

1.1 以废纸为原料的再生品

作为再生品的纸浆模塑可以100%的废纸作为原料制造产品。使用后因为有立体的形状，与报纸、广告宣传物等一般废旧报纸区别开来。

1.2 可以以一定比例作为废纸再利用

作为循环利用的一个案例，以实现可持续发展为理念的生活协同，作为其生产循环的一环节进行了较好的再利用，鸡蛋托纸浆制品大多在使用后回收，并以一定比例作为原料进行再利用，再次进行纸浆模塑产品的再生。将不同纸张类型进行比较，性能基本相同（见表1）。

表1 纸浆模塑所使用的纸浆材料机械性能比较（废报纸、废瓦楞纸板、新瓦楞纸板）

纸浆模塑在制造过程中不适用任何粘合剂，只是将纸溶解在水里成型、干燥后完成制造工序，因此纸的性质会更稳定。纸浆模型是以废纸为原料的包装材料，同时也是能够再次作为废纸利用的、降低环境负荷的再利用产品。

1.3 具备良好的缓冲性和保护性

纸浆模塑目前主要在鸡蛋、水果、工业品等领域作为包装材料使用，特别是在一般工业品领域，利用材料自身的缓冲性和保护性进行包装设计，被广泛用作保护商品的缓冲材料（如图2、3、4所示）。同样，作为缓冲性能的包装材料还可以考虑（A-PET非结晶性聚对苯二甲酸乙二醇酯）和（EPS发泡聚苯乙烯）、（EPE发泡聚乙烯）等化工和成品、纸板结构包装材料。

另外，当纸箱作为主要包装材料使用时，在作业现场经常会察觉，从平面的瓦楞纸板做成所需形状的组装作业，而纸浆模塑缓冲材料不需要在包装作业时组装作业。通过缩短包装作业的节拍时间，可以提升包装作业人员效率，显著降低总成本支出。另一方面，与EPS缓冲材料相比，两者都是成型品这一点是相同的，但纸浆模型可以堆叠，因此运输时和库存空间的削减有明显优势。而且，如果是化学制品的话，在废弃的时候，会被当作工业废弃物来处理，而纸浆模塑可以作为废纸进行再利用，从而实现环保价值。

图2 纸浆模塑材料的最大加速度静态应力对比

图3 锥体高度变化引起的压缩强度比较

图4 基于浆料种类的压缩强度比较

1.4 气体流通性、吸湿性能良好

由于纸浆模塑使用的是以纸浆为原料的缓冲材料，相比于化学合成制品具有显著的吸湿性能。特别是在蔬果行业，冷链会使得温度变化较大，包装内侧易产生水滴，如使用A-PET材料，容易在供应链中产生霉菌，导致终端客户面临消费风险，而纸浆模塑具有适量的水分吸收性以及透气性，因而能够更好地确保供应链过程中蔬果的新鲜度。

2 纸浆模型的全球动态

近年来，全球至少有800万t/a的废塑料流入大海，造成了严重的海洋污染。为了改变现状，欧盟提出了在2030年之前禁止使用一次性塑料的方针；2019年6月在加拿大召开的G7首脑会议上也作为议题被广泛讨论。对于这一趋势，2020年1月，国家发展改革委、生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，被称为我国“禁塑令”。为保证禁塑令中2020年目标如期完成，同年6月，国家发展改革委等9部门联合发布《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》，以推进禁塑令的顺利实施。这一意见稿的产生极大地利好了纸浆模塑的市场应用空间的拓展。

3 原料废纸采购

纸浆模型的原料，根据用途使用纸箱旧纸、报纸旧纸、杂志旧纸以及纸浆模塑的回收品。近年来，随着手机及电子刊物的进一步发展，纸质报纸、纸质杂志等逐年减少，但国内包装用纸量显著增加，2019年我国废纸回收量为5 244万t，预计2020年将进一步提升；同时随着环保政策的进一步落实，废纸回收比率将逐年提升，相比于2010年43%回收率已增长到2019年的49.9%。未来，为进一步提高废纸的利用率，提升分拣筛选系统以及异物去除的能力是至关重要的。

4 生产工序解析

4.1 纸浆模塑制品的基本生产过程

纸浆模塑产品的基料、助剂与纸相同，工艺也很接近，只不过纸浆模塑制品是在网模上成型的。当纸浆通过网模时，纤维被网模截留，水被滤掉，按网模形状成型，纸浆纤维靠纤维间氢键结合形成湿纸坯。湿纸坯再经过烘干或热定型，最后成为纸浆模塑制品。这就是纸浆模塑制品成型的基本过程。

4.2 纸浆模塑模具特征

纸浆模塑是利用模具在纸浆状态塑造纸制品，因此，模具是纸浆模塑技术的关键（见图5）。利用纸浆模塑生产一次性快餐具，由于制品只有盒、碗和盘子，形状比较简单，有一定的通用性。纸浆模塑用在工业内包装上和其他方面时，制品都比较大，形状非常复杂，而且一款一式都是“对号入座”，没有通用性，模具设计制造就要伴随始终。

图5 纸浆模塑所使用的模具

纸浆模塑制品成型时与在模腔内成型的橡胶和塑料制品大不相同。纸浆模塑制品成型时使用的浆料是一种只含10%左右纤维的水溶液，必须保证大部分的水流掉，所以纸浆模塑制品成型模具必须是网模。

纸浆模塑制品成型是将浆料中大量的水排掉的连续过程，纸制品在网模上形成一定厚度有个沉积过程，这样制品成形必须是在单一的凸或凹的网模的表面上成型；纸浆模塑制品成型过程同时也是一个过滤过程，随着厚度增加而过滤性能降低，厚度形成，速度降低，所以制品形成时各处壁厚是同步进行的。不管制品形状如何复杂，其各处壁厚都是一致的。纸浆模塑制品成型后是个含水量在70%～75%的湿纸坯，因为使浆料推向网模滤过时的动力是真空度，最大的力量不超过一个大气压。

初成型的湿纸坯吸附在网模上，湿强度很低，必须靠另外一个与之对应的凸或凹模合模之后，使湿纸坯置于合模后的模腔内，用气压使之转移，纸浆模塑制品是在单一的凸或凹模上成型，又在合模后的模腔内转移。由于纸浆模塑成型的这些特殊性，增大了制品设计和模具设计的难度。

4.3 结构设计要点

纸浆模塑制品除了有纸制品的强度和韧性之外，还可以根据使用功能要求制成各种复杂的形状。用作一次性快餐具时，形状比较简单，强度要求也不算高。用作工业内包装时，其形状就很复杂，必须满足工业内包装的三大要求。一是定位要求：包装制品必须能保证被包装物品在包装箱内有固定位置，要求包装制品与被包装物品之间形状同步，接触贴切，尺寸准确。二是缓冲要求：制品整体要有一定的韧性和柔性，表面还应该有些松软，与被包装物品接触摩擦时不能损伤被包装物品表面光泽，能消除包装物品在搬运中受到碰撞、振动时产生的冲击。三是承载：要求制品有一定的强度和刚性来支撑被包装物和承受外界压力。为了满足制品功能的要求，除了选择适当的原材料、助剂和生产工艺之外，更重要的是结构设计。

4.3.1 功能性结构

纸浆模塑制品成型工艺特点决定了同一个制品只能有一个厚度。为了适应功能要求，在调整强度和缓冲性时可利用型腔和立筋，型腔可以增加制品整体的弹性和柔性，立筋可增加制品强度和刚性。当比较大的平面、承载能力要求高时，可以将此处设计成瓦楞形或蜂窝形。

4.3.2 工艺性结构

由于纸浆模塑制品成型初期是个湿纸坯，在生产过程中，水要逐步析出，制品形状、位置和尺寸都会发生较大变化，在制品的同一个平面、同一个方向的不同位置，制品的收缩总量不同，这时制品就要发生翘曲或扭转变形。为了调整这种变形，只有采取结构形状进行平衡。这种用来调整收缩变形的结构形状被称作为制品的工艺性结构。

5 结 语

纸浆模塑技术是古老的造纸业的新生儿，而纸浆模塑模具恰是这个新生儿的灵魂，包装高度成长期是从纸换成塑料的时代，未来塑料的一部分产能会回归纸基时代。纸质产品中具有特殊性质的纸浆模型，发展潜力巨大。