一次性成型新型防水抗压隔热纸板复合材料及成型技术

1、一次性成型新型防水抗压隔热纸板复合材料与成型技术 可行性报告一、立项依据本项目将传统的瓦楞纸板、蜂窝纸板材料与自行研发的可全降解性的， 具有 优良的抗压缓冲性、防潮防水且隔热性的发泡材料进行多层复合， 并采纳自制的 具有优良粘合成效的专用淀粉胶为粘合剂，取得一种新型环保纸板材料。该新型 复合纸板相关于传统瓦楞纸板和蜂窝纸板具有明显优越的抗压性、回弹性、防水防潮和隔热性。同时，本项目将自行研发生产该复合材料的成型设备，在传统瓦楞纸板、蜂窝纸板生产设备上改良并增加同步多层共挤辅助成型设备，实现材料一次性成型，工艺简单，生产效率高。本项目关键技术的冲破、将会开拓纸板行 业的新领域，综合提高纸板的性能

2、，为商品提供更好的包装防护，有利于环保产 业的进展与传统纸板行业的产业升级。（一）.项目的目的及意义一、项目背景随着社会经济水平的不断进步和人们生活水平的普遍提高，商品包装产业取得了快速的进展并正在成为研究的热点。最近几年来，我国包装产业快速进展， 包装业产值增加迅速，2021年达到12000亿元，已成为世界上第二个包装大国。纸包装产品在各类包装制品总量中占40%左右，且其产量每一年以大约15%的速度在递增。纸包装容器之因此能够取得如此快速的进展， 是因为纸包装 容器具有重量轻、本钱低、节省资源、便于回收、运输方便、机械加工性能好、 能适应机械化大生产、易于印刷、利历时无害无毒、包装废弃物容易

3、处置等优势。 在商品流通领域里，不论是用于运输包装的瓦楞纸箱，仍是用于销售包装的纸盒、 纸袋或是以纸板为基材的复合包装材料， 都居各类包装材料之首。纸制包装容器 在现代化包装领域中占有极为重要的地位。 据报导，世界发达国家纸制包装容器 的产值在包装工业总产值中所占的比例约为 50%,日本占,美国占,我国仅 为。纸和纸板的消费水平是衡量国家现代化水平和文明程度的重要标志。随着我国国民经济的快速进展，纸制品产品迅速增加，为我国造纸工业进展提供了广漠 市场。2003年中国造纸工业增加17%, 2004年增加幅度达到20%。入世以来， 瓦楞纸箱、纸盒、纸袋和印刷工业的迅猛进展，加上外贸入口贸易迅速扩大

4、，直 接拉动了纸产品需求的增加。估量到2020年，我国纸浆需求量将由2003年的3500万吨增加到6500万吨；纸及纸板需求量将由2003年的4800万吨增加到 7000万吨；纸制品需求量将由2003年的1700万吨增加到3000万吨。瓦楞纸箱 是用瓦楞纸板制成的包装运输纸箱， 是一种十分优良的包装材料，是必不可少的 包装容器，它具有轻便、牢固、爱惜商品的作用，便于装卸运输等特点，被普遍 应用于家用电器、纺织品、食物等运输包装。随着商品市场的进展，纸箱包装数 量逐年递增，就上海纸箱业十年中每一年以 30 %的速度递增。目前国内纸箱销 售以迅猛速度增加一一1996年纸箱销售量达80亿平方米，20

5、00年增加到125亿 平方米，2002年产量已达148亿平方米。能够纸代木、以纸代塑，加上纸材料能 够回收利用，是绿色包装材料，因此受到重视环保的现代社会的青睐， 具有良好 的进展前景。纸箱工业的进展必然带动纸业和机械制造业和辅料工业的进展。从那个角度分析，瓦楞原纸、机械制造还需加速步伐，牢牢跟上转动式进展。在纸板生产与运用中，要紧包括瓦楞纸板与蜂窝纸板两种。 其中，在中国纸 品消费高速增加的20002020年，瓦楞原纸的消费年均增幅近30% ,居第一位。 2010年，高强度瓦楞原纸不仅消费量增加 % （在要紧纸品增幅居第二位），达 到545万吨，而且成为纸品消费增加速于产量增加的少数品种之一

6、。瓦楞纸箱是 用瓦楞纸板制成的包装运输纸箱，是一种十分优良的包装材料，是必不可少的包 装容器，它具有轻便、牢固、爱惜商品的作用，便于装卸运输等特点，被普遍应 用于家用电器、纺织品、食物等运输包装。高强度瓦楞原纸消费需求增加速，从 市场方面来看，瓦楞原纸正在向低定量、高强度、全规格方向进展，高中强度瓦 楞原纸需求量较大，且价钱趋升。但目前来看，国产传统型瓦楞纸板的强度、功 能化仍不能达到高级包装的要求，尤其运用承载商品重量大，保留或运输条件不 标准的情形下，很容易损坏并对商品造成阻碍蜂窝纸板是近年来兴起的新型纸板材料，它以质轻、价廉、强度高、可回收 等特性深受市场欢迎，专门是、美国、日本等发达国

7、家和地域，已成为具有节省 资源、爱惜环境的一种新型绿色包装。蜂窝纸板包装箱是中国出口商品的理想包装。它的推行应用，一方面可降低商品在流通进程中的破损率；另一方面，取 代木箱，利于环保。蜂窝纸板要紧具有以下优势：(修改)(1)质轻、用料少、本钱低。蜂窝夹层结构与其他各类板材结构相较，具有 最大的强度/质量比，因此其制成品的性能/价钱比好，这是蜂窝纸板成功的关键。(2)高强度，表面平整，不易变形。蜂窝夹层结构近似各向同性，结构稳固 性好，不易变形，其突出的抗压能力和抗弯能力是箱式包装材料需要的最重要的 特性。(3)抗冲击性、缓冲性好。蜂窝纸板由柔性的纸芯和面纸做成，具有较好的 韧性和回弹性，独特的

8、蜂窝夹芯结构提供了优良的缓冲性能， 在所有的缓冲材料 中具有更高的单位体积能量吸收值，高厚度的蜂窝纸板可替代现己大量利用的 EPS塑料泡沫缓冲垫。(4)吸声、隔热。蜂窝夹层结构内部为封锁的小室，其中充满空气，因此具 有专门好的隔声保温性能。(5)无污染，符合现代环保潮流。蜂窝纸板全数由可循环再生的纸材制作， 利用后能够百分之百地回收再利用。总的来讲，尽管蜂窝纸板因其结构特点具有了比瓦楞纸板优良的抗压性能， 但由于其纸板的特性，具防水、隔热性仍较差，长期利用易发霉、变形，纸板较 软易产生下压下陷，且在高强度应历时仍显不足。如能在结合瓦楞纸板及蜂窝纸 板优势的基础上，改善其缺点，取得一种具有更优良

9、性能，尤其是可针对包装要 求对性能进行调整的新型纸板材料，一方面能够提升纸板包装材料的整体性能， 更对相关企业的进展与产业升级找到了新的领域与方向， 具有重要的社会与经济 意义。2、项目的必要性(经济、社会、生态效益)本项目在传统瓦楞纸板、蜂窝纸板基础上通过复合自行研发的具有可降解性的具有良好抗压、防潮防水、隔热性的泡沫材料进行多层复合。同时，配合自行研发的有针对性及优良粘合成效的新型淀粉胶为粘合剂，取得的新型纸板复合材料拥有超级优良的综合性能，相对传统纸板，具有明显优越的抗压、防水防潮、 隔热性缓和冲性。同时，该复合纸板可依照运用要求，对性能进行调剂，还可通 过结构设计与传统瓦楞和蜂窝纸板配

10、合利用， 具有超级强的有效性。而成型设备 也为自行研发，在传统的瓦楞纸板、蜂窝纸板生产设备上改良并增加同步多层共 挤辅助成型设备，实现材料一次性成型，工艺简单，生产效率高。保证了该复合 材料产业化的顺利实施。本项目具有以下社会经济效益：(1)本项目将推动环保型纸板材料的性能优化并开拓纸板材料的运用领域。连 年以来，纸板材料一直作为包装领域的主力军，但由于其来源(纸浆)本身的分 子结构特性，致使无法直接提高其性能，只能通过结构的设计，如瓦楞纸板、蜂 窝纸板，通过对应力的分散来实现性能的提高。 而在本钱必然的空间内，蜂窝纸 板结构已是一种较理想的应力分散结构，无法再通过结构设计达到纸板性能的质 的

11、提高。这一瓶颈已存在连年，一直无法冲破。而本项目采纳一种特殊的降解发 泡材料与之复合，有效地提高了瓦楞纸板、蜂窝纸板的综合性能如防潮性、隔热 性，尤其是缓冲性能，而这将极大地开拓瓦楞纸板的应用领域， 可运用于对性能 有更高要求的缓冲和包装领域，将会为传统的纸板生产企业带来新的机缘，也将 产生庞大的经济效益。(2)本项目所用缓冲材料为以淀粉、纤维等为主的生物基材料，属于农产品废 物利用和资源综合再生利用范围， 可提升农产品经济价值，利于农业进展，增进 节材代木工作，同时也有利于包装废弃物的回收利用，有利于丛林资源和环境的 爱惜。所用植物纤维和淀粉为可再生资源， 其单位价钱远比传统塑料低，平均本

12、钱随产量的递增而降低。植物纤维原料，是自然界中丰硕的有机原料，其品种众 多，如谷壳、桔秆、草纤维和木材加工废弃物等。我国是生产稻谷的大国，每一 年废弃的谷壳超过5亿吨，秸秆约6亿吨以上，而木材加工的废弃物也在 3000万吨以上。关于淀粉原料，国内外连年来库存数量庞大，我国最近几年来也大量压 库，因此急需开拓利用，同时也需要提高其附加值来增进农业生产。毋庸置疑， 此复合材料将是处置废弃农作物和提升淀粉农产品经济价值的有效途径，利于农业进展，符合产业政策并享受优惠政策。(3)本项目的开发无需从头大规模改造原有的瓦楞纸板与蜂窝纸板生产设备， 而只需要在此基础上附加设备，还选择性同步或非同步生产，设备

13、适应性强，节 能环保，具有很强适应性和有效性，这也将为纸板产品的设备升级提供新途径。(二)、国内外研究现状与进展趋势1、 行业进展技术现状(修改)瓦楞纸板是一种应用普遍的以纸代木的板材，专门是用于商品包装。依照瓦 楞的形状可分为U、v、U v形瓦楞。依照瓦楞层截面的结构可分为 A、B、C、 D、E五种瓦楞纸板。依照瓦楞层数的多少还可分为一层、双层、三层、五层、 七层纸板(即三重瓦楞纸板)。瓦楞纸板的要紧特点是：(1)用瓦楞纸板制成的瓦楞纸箱,一般是以折叠或平铺的形式来输送的, 搬运方便，提高了运输效率，节省了存储空间。(2)瓦楞纸板包装箱的制作本钱低,而且节省材料。(3)强度高、缓冲性能好，能

14、够幸免被包装的商品受到碰撞和冲击，专门 适合机械、机电等重型产品的运输包装。(4)瓦楞纸箱的生产可在高度机械化与自动化、高效率的设备上进行，工作效率高。蜂窝纸板是依照自然界虫I巢结构原理制作的，它是把瓦楞原纸用胶粘结法 连接成无数个空心立体正六边形，形成一个整体的受力件一一纸芯，并在其两面 粘合面纸而成的一种新型夹层结构的环保节能材料。蜂窝纸板的要紧特点是：(1)质轻、用料少、本钱低。蜂窝夹层结构与其他各类板材结构相较，具 有最大的强度/质量比，因此其制成品的性能/价钱比好，这是蜂窝纸板成功的关键。(2)高强度，表面平整，不易变形。蜂窝夹层结构近似各向同性,结构稳固 性好，不易变形，其突出的抗

15、压能力和抗弯能力是箱式包装材料需要的最重要的 特性。(3)抗冲击性、缓冲性好。蜂窝纸板由柔性的纸芯和面纸做成，具有较好的韧性和回弹性，独特的蜂窝夹芯结构提供了优良的缓冲性能，在所有的缓冲材 料中具有更高的单位体积能，吸收值，高厚度的蜂窝纸板可替代现己代替利用的 EPS塑料泡沫缓冲垫。(4)吸声、隔热。蜂窝夹层结构内部为封锁的小室，其中充满空气，因此具 有专门好的隔声保温性能。(5)无污染，符合现代环保潮流。蜂窝纸板全数由可循环再生的纸材制作 , 利用后能够百分之百地回收再利用。瓦楞纸箱生产进程中的废品及边角余料也可模切后进行粘合，制成各类形 状的蜂窝状瓦楞纸板缓冲衬垫，即便弃之不用，也可被大自

16、然降解、吸收，是专门 好的绿色环保包装材料。在欧美国家，由我国入口的商品所据用的木材包装必需 通过熏蒸处置，而蜂窝纸板作为一种新型的环保材料，能充分知足欧美等国对从 我国入口商品的包装要求。但目前的纸板材料问题也超级明显：(1)瓦楞纸板性能提高已近极限，在力学性能，如缓冲性，防潮性等均较 差，瓦楞规格大体定型，针对不同的瓦楞纸板要求 ，选择适合的瓦型，这已成为 通用的常识。(2)瓦楞纸箱的制作已经实现了机械化。自从英国人发明瓦楞以来，瓦楞纸箱的生产由原先的手工原始制作进展到自动化生产，生产的产品品质和样式 都已经完全知足市场用户对瓦楞纸箱的要求。 而蜂窝纸板尽管在性能上在瓦楞纸 板的基础上有了

17、本质的提升，但蜂窝纸板制成的包装箱、托盘，受潮后强度减弱, 经不起撞击和振动。而在招架外物彳！入的能力上，瓦楞纸板却比蜂窝纸板高出几倍。(3)蜂窝纸板价钱事实上不比木质包装廉价多少。(4)阻碍市场的还有代木成效问题，蜂窝纸板要紧用途是托盘、缓冲衬垫， 而防水、防潮等技术问题尚未专门好解决，阻碍了利用成效。人们开始寻觅提高纸板材料性能的途径。而纸板复合材料也成为最正确选 择。复合纸板材料又包括纸板之间通过结构设计和搭配来实现性能的互补与增 强。如将瓦楞纸板和蜂窝纸板联用，能够发挥瓦楞纸板和蜂窝纸板的优势，其复 合纸板的侧压强度和平压强度均能够提高。另外，在制作包装箱时，假设以瓦楞 纸箱作为箱体，

18、箱内上下四壁用蜂窝纸板做衬垫，能够提高包装箱的防潮、抗压、 保温、抗戮穿能力和承载能力。贺丹华等研究了蜂窝/E形瓦楞复合纸板的缓冲特 性，蜂窝纸板的平压强度远高于瓦楞纸板；瓦楞纸板的纵向侧压强度远高于蜂窝 纸板，而横向的侧压强度那么低于蜂窝纸板；蜂窝纸板的弯曲强度高于瓦楞纸板。 瓦楞纸板和蜂窝纸板的性能各有自己的优势。 将瓦楞纸板和蜂窝纸板复合，能够 发挥瓦楞纸板和蜂窝纸板的优势。蜂窝/E形瓦楞复合纸板可重复利用、面层强 度大。耿敏等详细研究了蜂窝纸板与瓦楞纸板的复合刚度，并作出了实验及分析，取得了蜂窝与瓦楞较适合的有效方式。刘冰等详细研究了蜂窝一瓦楞复合纸板的 面外承载及静态缓冲性能。但目前

19、纸板材料的开发仍局限在不同纸板的搭配和结构设计上，无法冲破二者其本质特性所带来的性能局限，而如能冲破其局限，将为纸板材的开发与运用 打开新的空间。二、国内外研究现状在纸板与其它材料复合方面，国内外仍处于研发时期，较成熟的为木质材料 与纸板的复合，徐朝阳等利用木质面板与纸质蜂窝材料复合， 该夹芯材料不但保 留了原蜂窝材料的优势，而且还大大提高了力学强度。同时，还运用国内外学者 研究的针对不同材料蜂窝结构的理论研究， 对其力学传导进行了深切的研究。而 国外学者Shalizadeh和Seferis等也对复合木-蜂窝板的力学传导进行了研究与 分析。但其它材料与纸板之间的复合研究仍然较少。本项目研究具有

20、先行性。针对本项目中的降解复合发泡材料，国内外已进行了必然的研究。陕西科技大学丁毅等人以农作物秸秆粉碎物和果渣为原料，添加淀粉类助 剂，经选料、配料、水分调剂、膨化、回潮、模压等工艺后，取得了缓冲系数在 以上的缓冲材料，通过对材料的动态缓冲特性图线进行分析， 得出了该材料能知 足大多数工业产品、缓冲要求的结论。索晓红等人以纤维素纤维为原料， 添加明 胶、甲基纤维素等助剂，用模内成型法制备了纤维素纤维发泡缓冲包装材料，并利用紧缩实验机对发泡体的缓冲性能进行测试，研究了各助剂添加量对发泡体性 能的阻碍，得出了明胶：甲基纤维素：瓜尔胶=2:1:1 ,发泡剂,填充物18%, 胶黏剂总量15%的最正确配

21、比。西安理工大学骆光林等人以纸浆为原料， 利用复合发泡剂（碳酸氢钠、钾明 研洒石酸氢钾）、淀粉和轻质碳酸钙等原料，制作纸浆发泡缓冲材料，取得稳固 的实验配方，所得发泡材料的静态缓冲系数在4-5之间。另外，该校裴璐对纸浆模塑制品发泡机理进行了深切研究，结合纸浆模塑制品和发泡塑料的成型工 艺，设计相关实验并结合理论分析，研究了纸浆的发泡技术机理和粘结剂、 发泡 剂和其他助剂对纸浆发泡材料结构及性能的阻碍。哈尔滨商业大学高德、常江等人将通过预处置的玉米秸秆粉碎，与糊化淀粉 溶液，聚乙烯醇水溶液和其他助剂混合， 添加发泡剂及泡沫稳固剂，通过加热发 泡模压成型，制得具有必然缓冲性能的缓冲材料。浙江理工大

22、学李友良等人研究了用废纸浆、马铃薯淀粉、偶氮类发泡剂制取 缓冲衬垫的方式。探讨了在废纸浆发泡材料的制备进程中发泡剂、增塑剂两方面因素对试样静态缓冲性能的阻碍，并确信适宜的工条件：干纸浆、发泡剂、增塑 剂三者质量之比为10:时，试样具有良好的缓冲性能，可达到缓冲包装材料 的利用要求。重庆工商大学李媛媛研究了发泡植物纤维模压制品的关键生产技术， 将农作 物秸秆纤维与淀粉和各类助剂混合， 采纳一次发泡成型工艺制备缓冲衬垫， 并对 其缓冲力学性能、防潮性能、降解性能及卫生平安性能进行研究，结果说明该材 料能够知足实际利用要求。在国外的研究中，具有代表性的有：2006年，德国不莱梅PSP公司顺利研发了

23、一种泡沫纸制品，该材料以粉碎磨解的废旧报刊纸为要紧原料，与面粉以2:1比例混合，在挤出机挤压作用下成为圆柱颗粒，圆柱颗粒粘结后即可得缓冲材料。此种发泡纸能够一次成型，其最大特点是在挤出机高压作用下水蒸气起到 发泡作用，无需其他化学添加剂，制备进程对环境无任何不利阻碍，材料利用后可降解。日本工业技术研究所开发了以废纸为原料的干式纸浆发泡技术。该技术与以前的湿式纸浆模法相较，所制出的产品具有更好的生物分解性。具体实施时，将废纸粉碎成小纸屑，与淀粉浆糊混合制成直径l-3 mm的粒子，再将粒子吹入金属模具并进行加压加热发泡,可制得精度和壁厚与金属模相应的包装制品。Tsutomu Noguchi, Ma

24、yumi Miyashita, Yasuhito Inagaki, Haruo Watanabe从柑桔类水果果皮中提掏出 d-柠檬烯，将其作为溶解废弃 EPS板 材的新型溶剂，EPS板材经d-柠檬烯的溶解分解为一个个 EPS珠粒，取10% 的改性淀粉与3%的回收EPS颗粒，与废纸纤维混合后入模成型，在100 c蒸 气条件下加热。该材料已作为索尼公司包装 28英寸电视机的缓冲材料。Heartwin Amaladhas Pushpadass, Govindarajan Suresh Babu, Robert W. Weber, Milford A. Hanna 将玉米淀粉与聚苯乙烯以 7:3的比例

25、混合，添 加滑石粉和聚碳酸酯，经由单螺杆挤出机挤动身泡，制备发泡缓冲材料。研究结 果说明：水分和滑石粉的含量对泡沫的径向膨胀成效具有显著阻碍，当水分含量和挤出温度升高时，泡沫材料的密度增加，通过 X射线透视发觉，淀粉和聚苯 乙烯聚合物经挤出成型充分分散，泡沫具有必然的防水性能。Y. Lin和F. Hsieh将大豆分离蛋白、大豆纤维、玉米淀粉加入软质聚氨酯 原料当中进行发泡，制得发泡材料，最后研究了生物质原料含量、初始水含量对 材料力学性能和密度的阻碍。结果说明：当生物质原料含量在 10-20%时，材 料的应力应变曲线上具有专门大的平台应力区域，生物质原料含量的增加和初始 水含量的增加都会使材料

26、密度增大，另外，通过预紧缩，生物质含量为1040%的材料其永久变形量比对照材料的永久变形量低。研究了一种Samina Arif, Gary Burgess, Ramani Narayan, Bruce Harte用特殊玉米淀粉生产的可降解发泡包装材料的缓冲性能、阻热性能和防潮性能。 结果说明（采纳ASTM测试法）：该材料层合以后可应用于缓冲领域， 当材料厚 度为1英寸时，较之相同厚度的一般泡沫塑料具有较差的缓冲性能，当材料厚 度为2英寸时，缓冲性能与相同厚度的塑料泡沫相近，另外，几位研究者通过 确信其三个温度下（20 C, 25 c和30 C）的水分吸收等温线来确信它的吸湿性 能，结果说明，当

27、温度较高时（30 C）,该材料的尺寸改变量较为明显。综合来看，尽管国内外针对降解缓冲材料的研究已有必然进展，可是普遍本钱较高，或仍存在必然的缺点，如化学处置进程较复杂，缓冲性能不足等，产业 化进程仍不足。因此，如能将全降解缓冲材料的优势与纸板相结合，那么复合材料将极具进展空间。（三）、项目的产业化前景分析目前国内纸箱销售以迅猛速度增加 一一2000年增加到125亿平方米，2002 年产量达148亿平方米，到了 2020年已达到242亿平方米，且仍在以平均每 一年30%的速度增加，尤其是蜂窝纸板，增加速度更快。而在缓冲材料领域， 全世界最近几年包装材料和容器的消费市场规模在 6000亿美元左右。

28、中国3000 亿人民币的国内商品和1200亿美元的出口商品提供配套包装。 过去很多电子产 品、家电产品及许多易碎、易损产品的包装，要紧利用纸板或EPS泡沫塑料作缓冲衬垫材料，显然，本项目的开发只要部份替代瓦楞与蜂窝纸板材料，或用于更高端的缓冲防震包装领域，具有超级广漠的市场前景。二、研究开发内容、方式、技术线路（一）要紧研究内容本项目在传统瓦楞纸板、蜂窝纸板的基础上，开发可与纸板相复合的可降解 发泡层，利用自制的淀粉胶粘合，并通过相应的挤出与压制设备，在原纸板生产 线的基础上实行热固化粘结，取得新型的纸板复合材料。具体研究内容包括：(1)针对复合纸板性能的全降解发泡复合层的开发可降解发泡材料可

29、用多种材料一起制备，如各类不同淀粉，包括玉米淀粉、 木薯淀粉等具有不同支链结构的淀粉；不同纤维，如竹纤维，木纤维，芥杆，麦 秆等；蛋白质、明胶、植物提取胶等，还可包括其他塑料如PVA, PE, PS, PLA。 通过不同的发泡技术，如有机发泡剂、无机填充剂发泡和水蒸汽发泡等。 尽管原 材料和工艺可选择性较多，但产品的特性不一，尤其是在作为纸板的复合材料时 并非必然适合，这就需要针对与纸板复合开发适合的发泡材料。本项目针对纸板的力学特性，通过淀粉、改性纸浆、纤维为要紧原材料，通 过对原料的改性，利用动态反映挤出方式、引入水蒸气作为主发泡剂、再辅以其 他自行开发添加助剂，生产出一类高性能的可降解材

30、料。 此材料可通过配方的调 整调剂材料性能，进而调整纸板复合材料的各类不同特性如力学性能、防潮性， 阻隔性等。(2)针对性专用淀粉胶的开发基于发泡层与纸板的特点，尤其是纸板纤维和发泡材料的分子结构组成， 在 原有淀粉胶的基础上，加入必然具有偶联特性基团以提多发泡材料与原纸板的粘 合程度，从而提高复合材料的利历时刻和性能维持能力。(3)复合材料的加工与设备开发该复合材料的加工进程包括发泡材料的加工及发泡材料与纸板的复合。而发泡设备因环保需要最优选择水蒸气发泡， 同时，发泡材料的要求是具有良好的力 学性能、表面形态、防潮与阻隔性能等。而这除配方设计外，加工设备相当重要， 如何操纵水蒸汽在生物基质中

31、的发泡成效， 即泡孔的结构、开孔闭孔、孔径等和 纤维在基质中的均匀分散与增强成效那么成了该设备的关键。而复合材料与纸板的有效复合也需要自动上胶、热固化和压延系统结合，针关于此，咱们将展开该 新型复合材料专用加工与设备开发。(4)复合材料的结构设计：不同的纸板间的彼此结合，纸板与复合材料的搭配因其力学传导机理的不 同，将致使材料的性能不同。如复合材料的层数，发泡层在复合材料中的位置等。在纸板复合材料的开发中，将通过实验充分考虑不同纸板与发泡材料层的结构， 调整材料的工艺、配方，及其互配结构，通过最优化的本钱取得性能最正确的复 合材料。最终的复合材料将具有优良的抗压、隔热、防潮性。同时，加工简单且

32、不增加本钱。(二)拟解决的关键技术(1)针对瓦楞纸板与蜂窝纸板的全降解复合发泡层的配方设计与制备。针对适合不同纸板材料的性能可起到互不作用的全降解复合发泡层是本项目实施的关键，而配方的选择与原材料的改性与搭配那么是技术实现需要解决的 问题。(2)发泡材料成型工艺与技术针对降解材料的发泡工艺对压力和温度的操纵和剪切进程的精准操纵均相当重要，均匀混合与发泡的操纵将直接关系材料的性能。 因此，对成型设备参数 的设计及其工艺的操纵均是需要解决的关键技术。(3)复合材料成型设备实现纸板与发泡层是紧密结合是实现复合材料性能的保证，这就要求复合成型设备在保障两方面性能不受损失的基础上顺利成型。(4)针对纸板

33、特性的复合材料结构设计与功能实现不同纸板的搭配，如瓦楞-蜂窝配合可取得不同性能的纸板，而依如实验结 果对发泡层及其纸板的搭配进行设计也是实现性能最优化的基础。(三)拟采纳的方式、技术线路和工艺流程一、技术线路与工艺流程：(1)发泡材料的配方研发：依照瓦楞和蜂窝别离对强度、缓冲性、回弹性和阻隔性的要求，本项目将先 针对性的进行复合发泡材料的配方研究，以取得具有优良性能且性能可调可控的复合发泡层材料。下面将就各原料选择与处置进行论述1）淀粉选用玉米淀粉，因为玉米淀粉经糊化事后高度的粘合性能使各物料专 门好的混合相容，起到要紧的粘接作用。同时，通过玉米淀粉的轻微氧化与酯化 改性，将使得淀粉具有必然的

34、加工性和较好的力学性能。同时，塑化剂丙三醇的加入将提高整体材料的加工性。除玉米淀粉，实验中还加入了适量的自制的植物 提取胶，该物质是一种粘Tt很强的粘合剂，它与淀粉共用，对极性材料体系有协同 粘接作用，从而体系中的各材料，包括植物纤维、淀粉胶粘剂、填料、发泡剂等形 成一个有机整体，最终热压发泡形成网络化的整体结构从而使植物纤维制品表现 出作为模压缓冲制品所需的柔韧性、缓冲性和天然可降解性等。2）植物纤维填料是将如木材、糠壳、竹屑、豆类、亚麻、稻杆、玉米淀粉 和坚果硬壳等粉碎成粉状、纤维状和刨花等形态。依照张建东等对竹粉、稻糠、 松木、稻草纤维和麦秸纤维等木质纤维热稳固性能的研究，本项目选用热稳

35、固性好的秸秆纤维作为填料，在锤式粉碎机4500r/min的转速下将干燥的秸秆粉碎成 35cm的纤维丝,掺入适量水形状犹如发泡的棉花，添加量为 20% 60%,纤维 的加入将极大提高材料的强度和形状维持能力。3）植物纤维表面存在诸多氢键，具有较强的吸水性，且极性很强且具有亲 水性，使其制品容易受潮，在潮湿的环境、多雨的季节、盐份较高的海洋运输中, 制品均易发生霉变，引发质变，植物纤维缓冲衬垫还会使其包装的家电、仪表、 五金产品发生锈蚀。因此防潮是植物纤维制品需解决的重要问题。 本项目即通过 加入自制VAE的共聚乳液来改良这一缺点。4）钙或醋的盐类可作为本材料的增强剂和防水剂，少量的加入可使材料的

36、 耐水性能取得改善。耐水性的提高能够显著改善材料的利用性能，关于包装应用 领域，具有实际意义。本实验选用氢氧化钙作为增强剂。5）稳固剂的应用也随着人们对复合材料质量和耐用性要求的提高取得迅速 进展。它能使复合材料中聚合物不发生降解或力学性能下降。经常使用的有受阻 胺类光稳固剂和紫外线吸收剂。美的性能，常常需要加入防菌剂。防菌剂的选择 要考虑木粉的种类、添加量、复合材料利用环境中的菌类、产品的含水量等多种 因素。如硼酸锌能够防腐但不能防藻类。(2)专用粘合胶的开发：在复合材料的制备进程中，因发泡层涉及与纸板(面纸)的复合，在粘合固 化与压制进程中，采纳原有的纸板淀粉胶在热固化进程和会显现与发泡层

37、粘合松 动等问题，这将致使整体材料易在利用进程中显现脱胶从而致使性能的降低和包 装的破坏。而这就需要开发一种可对发泡层稳固粘合的新型粘合胶。咱们在原有淀粉胶的基础上加入不同的自行开发的丙烯酸酯成份，并配合植物提取胶，可在热固化时提高发泡层的粘合能力。(3)复合加工技术与设备的开发为提高材料的生产效率，本项目将开发可一次性对复合材料进行成型的加工 设备，其中包括复合材料制备与纸板复合工艺。其中，发泡材料的制备将采纳自制的多阶动态挤动身泡专用设备来完成。 即设计多螺杆系统，每一阶均采纳不 同工艺来对不同物性材料进行精准操纵。第一将预处置后的纤维、部份改性淀粉、 植物提取胶输入动态二阶三螺杆中进行动

38、态混合；同时，淀粉及部份助剂通过动 态一阶三螺杆混合均匀，再和动态二阶三螺杆中的纤维和其他组分共混，并在添加剂、振动场、剪切场、温度场、和水蒸气等的作用下混合、硫化交联、发泡， 形成高性能的发泡材料。在挤出的同时，进入纸板复合设备，纸板复合材料可采 纳同步或非同步复合设备，即通过自动上胶、热固化和压延系统结合，将挤动身 泡材料与纸板材料结合。二、研究方式：所采纳研究方式如下流程图（四）项目的特色和创新冲破点本项目涉及到一种新型防水抗压隔热纸板复合材料的开发及一次性成型技 术。项目将新型材料的开发与成型技术成型设备相结合，具有很强的创新性。该新型材料在传统的瓦楞纸板、蜂窝纸板的纸板层和面纸层中加

39、入中纸与自行研发 的可降解发泡材料层，采纳加入植物提取物的新型淀粉胶来进行粘合， 使得复合 纸板材料具有优良的抗压、隔热、防潮性。同时，加工简单且不增加本钱。本项 目有以下创新点。（1）复合材料配方创新在本项目中，所用复合降解发泡层及专用淀粉胶均为自行研发， 具有创新性。 发泡材料配方创新本项目所涉及新型复合纸板材料为在面纸与瓦楞（蜂窝）芯中添加不同层数、配方的降解复合发泡材料层。该发泡材料层采纳废纸浆、植 物纤维、改性植物纤维、改性淀粉及少量可全降解生物塑料复合发泡， 并加入自 制防潮剂，以水蒸气为发泡剂，发泡层为闭孔结构。该发泡材料具有良好的回弹 性，防潮与隔热性，与瓦楞纸板复合可大幅度增

40、强其抗压力强度，回弹性与形状稳固性。与蜂窝纸板复合可必然程度提高抗压强度，同时大幅提高纸板的防潮性、 形状稳固性、隔热性，并改善纸板翘曲、变形等缺点。专用淀粉胶配方创新 本项目将针对加入的发泡层与面纸的特性，调整淀粉胶 的配方，并加入植物提取胶和具有两种材料特性的偶联改性剂， 使得复合材料层 与面纸、中纸间具有良好的粘结性，不易变形、脱落。(2)成型设备创新本项目所涉及材料采纳一次性成型，即在纸板成型设备的基础上配置自动化 挤动身泡设备，实此刻纸板生产后即时进行多层复合及中纸、面纸的粘合。工艺简单，自动化程度高，生产效率高。(3)复合结构创新本项目通过对复合材料的结构设计来实现对材料的性能进行

41、操纵与调剂。可调剂因素包括加入发泡层的配方、材料及泡孔结构、与纸板复合的结构如纸芯层 的规格，发泡层的厚度、层数，瓦楞纸板与蜂窝纸板的搭配等。依照包装所需要 求对其进行设计与调整，可操纵复合材料的强度与性能。所制备材料有以下先进性：(1)该项目中的新型纸板复合材料具有优良的抗压强度，与瓦楞纸板复合材料可提高强度达100%以上，与蜂窝纸板复合的该材料可提高强度 20%以上。(2)该项目中的新型纸板复合材料具有优良的防潮性，在湿度为40%的环境中利用1月以上，纸板不变形。可在水润湿后继续利用。耐水时刻明显增强， 可降低纸板在利用进程中因遇潮而显现的强度、挺度过快下降的问题。(3)该项目中的新型纸板

42、复合材料具有优良的隔热性能，尤其是针对瓦楞 纸板复合后，可达到蜂窝纸板的隔热成效。(4)该项目中的新型纸板复合材料经反复弯曲后可不能因脱胶而致使面纸脱落及性能的大幅度降低。(5)该项目中的新型纸板复合材料具有优良的抗压回弹性。(6)该项目所研发的设备工艺简单，能耗低，可对该材料一次型成型，可不能大幅提高生产本钱与人力本钱。(五)项目完成后预期实现的技术、经济指标及社会和经济效益，对产业的带动和提升作用。技术指标：所实现技术指标别离包括单独降解发泡层的性能指标，如表 1所示；复合后纸板的性能指标，如表2所示。表1复合发泡材料的物理性能目标(通过与泡沫塑料对照)性能参数参考标准发泡聚乙烯本项目产品

43、值泡孔直径GB/T6343-1995>200um>40um压缩强度(50% , 23 C)GB/T6669-20011KPa压缩永久义形(50% , 23 C, 24h )GB/T6669-2001 3) 分钟/24小时后%/%30分钟/24小时后 4%/%拉伸强度GB/T6344-1996>50KPa断裂件长率GB/T%>100%6344-1996氧指数GB/T2406-9325>30隔热性(热导率)GB/T10294-88表2 传统瓦楞纸板和新型瓦楞纸板物理性能目标单瓦楞纸板产品(max)新型瓦楞纸板边压强度(kgf/cm)79耐波度(kgf/cm 2)202

44、2戳穿强度(kg-cm)100125粘合强度(kgf/ 楞 10cm)68吸水率%11 ±39 ±3除以上所述指标外，因此新型纸板材料为纸板复合材料， 最终成型复合材料性能仍取决于所复合的纸板与结构，本新型纸板材料的性能目标值为较未采纳自制发泡材料复合前提高10%以上。经济指标：在纸质包装缓冲领域，采纳本项目研发的纸板复合材料，其功用与传统瓦楞 纸板和蜂窝纸板相同，但性能可调整性大，综合性能更佳，且单位体积本钱不增加 可替代目前的发泡塑料产品和纸制品包装品， 普遍应用于包装行业。如各类工业 防震包装材料，各类大小家用电器、电子仪器仪表、陶瓷、玻璃器皿等易碎物品 内包装。20

45、20年瓦楞纸板年产量600万吨，年销量730万吨。行家估量到2013 年需量将达到1500万吨以上。部份替代纸板材料将使得该项目材料具有及其普 遍的市场。以下将对本单位的潜在效益和行业相关的潜在效益进行分析。对实施单位产生的效益正业包装（中山）年消耗原纸约13万吨，加上关联企业2家，全资子公司4 家，合计年消耗原纸约20万吨以上。现原纸利用率约为89%,年产生废纸约万 吨，本项目研发功效，能解决公司纸箱生产长期存在的抗压、回弹等技术难关， 能够使纸板成品抗压性、回弹性、防水防潮和隔热性取得有效提升，功效应用估 量至少可提升公司原纸利用率1-3% ,达到90-92%，估量每一年可为公司节约 原纸采购本钱：仍吨（现年废纸量）-（万）吨（提高利用率1-3%后年废纸） X3500 （原纸单价）-1300 （废纸单价）=440-1320万元，同时还会间接降低 公司其它辅料采购本钱。第二，本项目开发材料因综合质量的提高， 将提高公司 产品的销售水平和市场占有情形，如按公司纸板销售增加销量5%,或按现有销量中10%产品因质量提高而提价10%来计算，估量企业增加收入超万万元。潜在的经济效益广东省是我国沿海城市，海洋资源十分丰硕，有内陆养殖面积和可作业海洋