第一章 绪论
1.1 课题提出的背景
自上个世纪80年代以来，泡沫塑料以其良好的缓冲特性和经济特性逐渐在缓冲包装材料领域起主导作用。据不完全统计，2003年我国EPS制品年消费量已达到115万吨，比2002年增长了37.98%，仅次于欧盟、美国，成为世界第三大EPS制品消费市场。在115万吨的EPS制品中，包装材料占39%，合44.85万吨[1]。但随之而来的是对环境严重影响的“白色污染”问题的出现。泡沫塑料废弃物在自然条件下不能分解，对环境造成严重污染;燃烧严重破坏地球的大气臭氧层，造成二次污染;堆埋长期不能腐烂分解，造成土地资源的破坏和浪费。
泡沫塑料所用的原料是有限的石油资源。有专家预测，目前已探明的石油总储量按现在的需求大约支持50年。对中国来说，形势更为严峻，由于经济发展迅速，我国从石油输出大国已变为石油进口大国[2]。
面对塑料包装材料造成的白色污染和石油资源短缺问题，世界各国政府纷纷出台了限制使用泡沫塑料包装材料的法规和政策。重视环保与包装的德国早在1986年就制定了《废物回收与处理法规》，随后在1996年又通过了《德国包装废弃物处理法令》;加拿大在1990年颁布了《包装议定书》和《加拿大优选包装法规》;奥地利和荷兰在1993年分别通过了旨在实行废物管理、减少包装材料损耗的《联邦废物管理计划》和《包装盟约》;日本政府在1993年及其后也相继颁布了《回收条例》及《废弃物清除条例修正案》[3]。我国于1996年4月1日颁布了《固定废弃物环境保护法》，法规中规定了“三化”原则，即对固体废弃物提倡资源化、减量化和无害化[4]。
1998年以来，欧洲、美国、日本、韩国、澳洲等地区和国家均立法禁止泡沫(EPS)包装的工业产品进口，或者提高几倍的环保税来限制和淘汰泡沫塑料包装材料作为包装的产品进口，形成所谓的“绿色贸易壁垒”[5]。我国每年对外出口170亿美元的商品需要缓冲包装材料，尤其是电子工业出口，急待解决研究可降解的缓冲包装材料。与此同时，各国的研究机构开展了大规模的替代泡沫塑料包装材料的研究工作。当前研究的产品主要包括植物纤维纸品和植物纤维/淀粉制品。国内外目前可以投入市场的植物纤维纸品主要有纸浆模塑制品和蜂窝纸板产品，植物纤维/淀粉制品尚处于研究开发之中。
虽然纸浆模塑制品和蜂窝纸板产品等具有良好的环保效益，同时可以减少石油资源的使用，但由于其制成原理仍然沿用造纸的工艺和理论，材料的自身密度仍然较大，只能通过采用设置缓冲腔等宏观结构的设计方法来满足产品的缓冲特性的需求。这就造成了比重大、脆性大、弹性模数小、回弹性差、缓冲系数小、多次冲击性差等缺点，以及只能做大面积产品，难以做高深度产品、含水量对结构性能影响敏感等致命的缺点。而且，最为致命的是它的生产成本远高于泡沫塑料缓冲包装材料，使得在追求经济效益最大化为目标的企业眼中并不受青睐，甚至被称为“质次价高”的产品。尽管有政府和社会各界的重视和呼吁，还是未能实现替代的任务。
尚处于研究开发之中的植物纤维/淀粉制品材料目前遇到的问题和它使用的淀粉材料密切相关。在这一制品中，植物纤维是分散相只起到增强和填充的作用，淀粉是连续相它决定了材料的特性。但淀粉材料自身存在的脆性较大、容易霉变等缺陷使其成果的应用受到阻碍，虽然，在经过添加一些小分子多元醇作为增塑剂后，降低了淀粉分子间的作用力，改善了材料的柔韧性和弹性，且易于加工成型。但由于增塑剂添加改性后，性能的改善有限，而且造成了生产成本的居高不下。因而它虽经过多年的开发仍无法成为人们所期待的替代产品[6]。
为此，研发能够真正在缓冲包装性能和经济特性两个方面均优于泡沫塑料缓冲包装材料，成为实现替代目标的重要标志。

1.2 缓冲材料的分类
    缓冲材料的分类方法一般有两种：按形状分类和按材质分类[7]。
     按形状分类：（1）垫块状；（2）成型品；（3）细片状、纤维状；（4）粒状；（5）隔板、衬垫、框架、压板；（6）缓冲结构（螺旋型弹簧、板状弹簧）。
       按材质分类：（1）纤维状物质：纤维素类：木丝、纸、纸浆、稻草、麦杆、合成纤维；动物纤维：猪鬃、羊毛、毛毡；矿物纤维：玻璃纤维、石棉、矿物棉。（2）气泡结构物质：具有适当柔软性能的天然橡胶、合成橡胶、泡沫塑料、气泡塑料薄膜。（3）瓦楞纸、蜂窝纸板、皱纹纸；（4）缓冲装置：弹簧、悬挂装置。

1.3 缓冲材料的特性
包装中使用缓冲材料的主要作用是用来缓和被包装产品在运输、装卸中受到的冲击和振动外力，以达到保护产品不被损坏的目的，所以缓冲材料是指一些具有高度压缩和复原性的弹性材料，因此它应具有如下特性：
1．冲击能量的吸收性。缓冲材料应能吸收受到冲击所产生的能量，但要注意材料的吸收性的大小应与所受冲击能量相适应，决不是吸收性大的材料就越好。一般硬性缓冲材料，具有较大的冲击能量吸收性，适合应用于受冲击力大的场合，所以在选择缓冲材料时，应根据各种材料的应力-应变曲线图来选用适当的材料。
2．振动吸收性。包装产品被损坏的原因，除受外力产生的冲击加速度外，还有就是振动加速度。一般在运输、搬运、装卸的时候，包装往往受到这两种外力的共同作用，震动外力使包装产品产生共振现象，增加振幅而易造成损坏，缓冲材料应具有吸收振动外力，达到衰减振动的性能。
3．复原性。缓冲材料加上负荷以后产生变形，当除去外加负荷后，材料变形恢复原来形状的程度叫作复原性。材料负荷有受长期静压荷重和受冲击振动荷重，这两者的区别，前者为静复原性，后者为动复原性。对于吸收能量大而复原性不好的材料则不宜做缓冲材料。
4．温湿度安定性。缓冲材料应在广泛的温湿度范围内，保持其缓冲性能，一般纤维材料中的纤维易受到湿度的影响，而热塑性塑料缓冲材料则易受到温度影响，缓冲性能变化较大，主要是在低温时材料变硬，各种材料的最低安全使用温度如下：
材料                    最低安全温度（℃）
聚氨酯泡沫塑料                -30
泡沫橡胶                      -20
动物纤维            &n

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