纸浆模塑是一种立体造纸技术,是以纸浆(植物纤维)为原料在纸浆模塑装备上用模具制造出一定形状的制品。食品级的纸浆模塑制品,原料通常由甘蔗纤维和竹纤维混合制成,可自然降解,洁净卫生,也可堆肥的纸浆模塑茶餐具正是其中的一种。
目前,行业已经做出了巨大的努力来开发可生物降解的材料,以替代传统的石油衍生塑料。因此,通过使用可持续资源,开发对食品包装安全且具有稳定机械强度的模塑纸浆产品,可以为替代传统食品包装开辟一条重要途径。
为了生产一种可再生和可生物降解的塑料食品容器替代品,行业开发了一种纤维杂交策略,将长竹纤维与短甘蔗渣纤维混合。长竹纤维具有长纤维、机械强度高、抗病毒性能好、性价比高等优点,而短甘蔗渣纤维可以与长竹纤维物理缠绕,形成紧密相互作用的网络,进一步增强衍生成品的力学性能。
塑料已成为我们日常生活中必不可少的一部分。随着塑料给我们带来的便利,塑料产量的增加造成了严重的环境污染。大量的塑料垃圾从陆地流入海洋,并积累在食物链中,这无疑对陆地和海洋生物都构成了威胁。
在这项工作中,我们使用来自木质纤维素生物质的可再生和可生物降解的天然纤维作为生产纸浆的原料,以制造绿色茶餐具作为食品包装塑料的替代品。用一种纤维杂交策略,将长竹纤维与短甘蔗渣纤维混合,形成竹纤维嵌入甘蔗渣纤维基体中并作为增强剂的高度缠绕复合材料。制造过程主要包括将甘蔗渣纤维与竹纤维混合、冷压成型、热压干燥和包装。
用相同的原材料和开发的工艺,可以制造出不同的模具形状和各种容器,如三克杯、六角茶具和餐盘等。该工艺代表了将来自大自然的原材料绿色和可持续地转化为具有卓越生物降解性的食品容器。
混合纤维的形貌和模塑浆的降解性能;如图所示,纸浆中可以很好地定义两种不同类型的纤维。相对较宽和较短的纤维来源于甘蔗渣浆,较细和细长的纤维来源于竹浆。这些混合纤维不仅比仅使用竹浆或木浆更具成本效益,而且可以保证复合材料的机械性能。图中显示了模塑纸浆杯表面和横截面的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。
为了评估模塑纸浆餐具的生物降解性,将它们埋在天然土壤中,并检查其形态和重量的变化。如图所示,掩埋20天后,在模塑纸浆餐具表面发现黄色真菌。掩埋30-45天后,餐具开始变形。60天后,原始模塑纸浆完全变形,逐渐消失。相比之下,清洗聚苯乙烯(PS)塑料餐具表面后,其形状和表面在埋藏60天后没有明显变化。
(纸浆模塑餐具的形态和生物降解性的表征)
不难评估出模塑纸浆作为食品餐具的性能。首先,食品安全是对食品容器的主要需求。食品容器中存在的重金属可能对人体健康有害,并已根据欧洲食品接触材料法规 (EC) No. 1935/2004 和中国食品安全国家标准 - 食品接触纸板材料及其制品(英文版)GB 4806.8–2016 进行监管,其中规定重金属Pb和As的含量应分别低于3.0 mg/kg和1.0 mg/kg。通过电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)的表征,我们的纸浆模塑餐具的铅含量为0.3633 mg/kg,而未检测到As。
这些数据证明了我们的模塑纸浆作为食品容器的安全性。如图所示,行业的模塑纸浆的耐油脂性为 6 级,远高于 SFMP(1 级)、商用甘蔗渣餐具(4 级)和滤纸(1 级),突出了其在室温下优异的耐油性。如图所示,热油一旦滴在 SFMP 和滤纸上(0 分钟),就会迅速渗透到它们中,而行业的模塑纸浆餐具表现出良好的抗热油性,因为没有观察到明显的渗透。如图所示,SFMP 和滤纸没有显示接触角,商业甘蔗渣餐具的接触角为 93°,而我们的模塑纸浆的接触角为 127°,与商业甘蔗渣餐具和 SFMP 相比,疏水性要高得多。此外,当SFMP和我们的模塑纸浆都放在去离子水上时,前者沉入底部,但后者漂浮在表面上。
(纸浆模塑餐具的重金属含量及耐水、耐油性能测试)
用可生物降解、可堆肥和环保的材料代替塑料是当务之急。行业开发了全天然可生物降解、卫生、水和油稳定的纸浆模塑方法,使用环保甘蔗渣纤维和竹纤维的低排放和低成本餐具。例如纤模社的环保一次性茶餐具等:
(功夫茶杯)
(六角茶具)
(一杯好茶)
(露营餐具套装)
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