纳米纤维素提升纸浆模塑产品特性的创新方案

纳米纤维素是通过化学、物理、生物或多种方式相结合处理纤维，得到的直径小于100纳米，长度从几十纳米到微米不等的纤维状材料，纳米纤维素最小的分子单元是葡萄糖。纳米纤维素丝状材料的分子结构中含有大量羟基基团，又有很大的长径比（200-2000），因此物理交织致密，能够呈现出高强度的特性。纸浆模塑（moldedfiber，或pulpmolding），是一种利用植物纤维原料，如废旧纸制品（如纸张、纸板）、木浆、草浆、甘蔗浆等，经过化学或机械处理制成的纸浆，再通过模具成型工艺将纸浆加工成具有特定立体形状和结构的材料。? 纸浆模塑产品其原料来源于自然，使用后废弃物可回收再利用，因而可广泛应用于食品包装（杯子、碗、盒子等）、日用品包装、化妆品包装以及零部件包装等。纸浆模塑被视为塑料包装的可持续替代品之一，有助于减少环境污染，推动绿色包装材料的发展。纸浆模塑是一种采用植物纤维作为基础框架的立体结构材料，通过添加化学助剂和辅助材料来增强其性能。纸浆模塑不仅要求具备出色的内部强度和表面强度，还需具备良好的阻隔性能，以及满足特种包装的精细化需求，如具有良好的防水防油、防掉粉掉屑，增加强度，能实现精美印刷等。在全球市场竞争日益加剧的背景下，纸浆模塑生产厂家面临降低成本、提升产品性价比的挑战。目前，许多厂家通过选用成本较低的植物纤维浆料替代高价浆料来降低成本。然而，这种原材料的简单替代可能会引起产品强度性能的波动，甚至带来质量风险。因此，生产厂家需要根据实际情况调整产品配方，以确保在控制成本的同时，维持产品的强度和质量。同时，要成为塑料包装的有效替代品，纸浆模塑产品必须满足更高的阻隔性能要求。在模塑杯子、碗、盒子等应用领域，许多企业已经开发了多种新产品和应用技术，包括乳液阻隔涂层、降解塑料淋膜、无氟防油剂的添加，以及表面涂层的涂布、喷涂或淋涂处理。尽管这些技术的发展令人鼓舞，但高成本和功能化程度不足的问题仍然存在。此外，高端纸浆模塑市场对产品的强度和精细化程度有更高的要求。通过精细化印刷技术和印后加工技术，纸浆模塑产品能够展现出精美的外观，赋予其更多的包装功能，更好的用户体验。纳米纤维素是一种具有纳米级尺寸的材料，其高长径比（200至2000）和丰富的网络化结构赋予了它独特的物理和化学特性。这种材料不仅具备防油和阻氧功能，还拥有绿色可降解的天然特性，使其可能成为提升纸浆模塑强度、阻隔功能和印刷适应性的创新方案之一。提升纸浆模塑强度将纳米纤维素添加到纸浆模塑的浆水体系中，利用其强大的吸附能力，紧密地与纸浆纤维结合，发挥其长径比大的丝状外观和网络化结构在物理上交织并捕获其他物料，如细小纤维和化学助剂。通过羟基的交联反应，这些交织结构的致密性和紧实性得到进一步加强，从而有效提升纸浆模塑的强度。提升阻隔效果、优化阻隔涂层加工纳米纤维素的纳米级尺寸使其能够与细小纤维、植物纤维和化学助剂等协同作用，共同修饰纸张和纸浆模塑的表面，实现更光滑和平整的质感，消除微米级的孔隙和凹坑。这种处理可增强了纸张的致密性和阻隔性，为后续的阻隔涂层加工提供坚实的材料基础。经过纳米纤维素处理的纸浆模塑表面，在进行液态阻隔涂层加工时，由于纸张或纸浆模塑表面的光滑和平整，减少了涂层向内部的渗透。此外，均匀的外表面有助于形成均一厚度的阻隔层，确保了阻隔层的一致性和有效性，避免了漏或透的产生。全球众多研究机构和企业正积极研发纳米纤维素在纸浆模塑领域的应用，尤其是在对阻隔性能和稳定性有长时间要求的产品中，如冷链运输中的家禽、肉类和鱼类托盘，需要长时间储存的冷冻乳制品杯、水瓶，以及化妆品、个人护理和家庭护理产品的罐子或瓶子，它们通常要求低水蒸气透过率（WVTR）、低氧气透过率（OTR）、防油防水以及阻隔氧气和潮气等性能。通过将纳米纤维素添加到纸浆中，即使是几十公斤的添加量，也能显著提升产品的内部强度，同时使立体容器的内部表面更加光滑和平整。这种处理方法不仅提高了整体的致密性和阻隔性，而且为后续的阻隔涂层加工提供了更好的基础，从而提高产品功能性的同时降低成本。举例来说，设计一种涂层（由纳米纤维素和丙烯酸乳液组成或其他类型的涂层制品），在纸浆中不添加纳米纤维素的情况下，涂层厚度需达到20微米才能满足防油和防水的需求。而通过在纸浆中添加纳米纤维素几十公斤来增强强度和表面修饰特性后，相同阻隔效果的涂层厚度可减至10微米。成本分析显示，此时在纸浆中添加纳米纤维素带来的成本增加为100-200元/吨，但是由于涂层厚度减少所带来的成本节省可能超过1000-2000元/吨。因此，纳米纤维素的添加使用，有可能成为实现提升纸浆模塑产品功能性，同时降低产品整体成本的创新方案。需要注意的是，以上新方案的介绍，只是部分客户的案例，具体情况仍需具体分析。作者：隋晓飞联系方式：18013501035