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木質包裝材料的發展現狀和前景展望

文字:[大][中][小] 發布時間:2013-12-17  瀏覽次數:1528
  摘要: 介紹了國內外木質包裝材料的應用現狀和研究進展,總結了木材作為包裝材料應用時存在的問題,並對人造板包裝材料的應用前景作了闡述。

 

  關鍵詞: 木質包裝材料; 人造板; 定向刨花板; 竹膠板; 麥秸   包裝材料的使用有著十分悠久的曆史,可以追溯到人類曆史文明的初期。早在有文字記載的曆史以前,古代人類就開始直接取用植物藤蔓、樹葉、禾草和竹子編製成筐簍,用來盛裝穀物、蔬菜,用竹筒作為飲水容器等。由木材製作的木包裝箱很早就被用作包裝容器和運輸器具,在現代包裝工業中,紙及紙製品、塑料、玻璃、金屬和木材是幾大常用的包裝材料。木材是一種生物質材料,具有很好的環境性能,作為包裝材料使用時具有很多性能優勢:如強重比高,抗機械損傷能力強、可承受較大的堆垛載荷、具有一定的緩衝性能、取材廣泛、製作比較容易、易於吊裝和回收性能好等特點[ 1 ] ,所以至今仍是機電設備與工業產品的主要運輸包裝容器,特別是很多笨重、易碎及需要特殊保護等產品不可或缺的儲運器具。

    木質包裝材料是指用於商品支撐、保護、或運載材料的木材和人造板產品等木質材料(不包括紙及紙製品) 。它包括填料、板條箱、木片、墊料、托盤、木筒和楔子等。木質包裝在國際貿易中被廣泛使用,但實木包裝材料能攜帶森林病蟲害,近年來其在國際間傳播擴散的速度和頻率呈現逐漸加快和增高的趨勢,世界上很多國家都對進境貨物木質包裝采取了更為嚴格的檢驗檢疫製度。我國森林資源又相對匱乏,近年來木材供需之間的矛盾也越來越激烈,使得實木在包裝工業中的繼續發展得到了限製。然而經幹燥、熱壓等深加工工藝生產的包裝用人造板,因其在資源、結構和檢驗檢疫方麵的優勢,近年來發展迅速,具有廣闊的應用前景。而且我國農林生物質資源(包括竹林和農作物秸稈)豐富[ 2 ] ,也為人造板工業的進一步發展提供了原料基礎,用其開發人造板包裝材料也逐漸引起了人們的關注。

    1 木質包裝材料應用現狀

    1. 1 國外木質包裝材料

    1. 1. 1 實木包裝材料應用現狀

    據資料顯示,美國實木包裝材料消費市場保持著平穩慢速增長的勢頭, 2002年用於木托盤和包裝容器的實木消費金額為26. 85億美元,相對於1997年的24. 95億美元, 5年時間內增長了7. 6%[ 3 - 4 ] ,雖然消費數量巨大,但實木包裝材料在發達國家包裝工業中所占比例相對其它包裝材料(如紙及紙製品和塑料等)較小。對全球三大包裝消費國的統計數據顯示:作為全球最大的包裝消費國———美國, 2003年包裝材料與容器消費總額超過2400億美元,木包裝消費額為85億美元,約占3%;包裝材料與容器消費總額僅次於美國的日本也達到了560億美元,木材包裝消耗額是33. 6億美元,占6%;德國作為西歐最大和全球第三大包裝消費國,其消費總額為550億美元,木材包裝消費額是16. 5億美元,約占3%[ 5 ]。

    木材是最早應用的托盤材料,也是全球最為常見的托盤材料,在美國同時使用的托盤數量高達19~20億個,木托盤占美國托盤市場的90% ~95%[ 6 ] ,每年用於製造木托盤的木材就超過了0. 14億m3 。

    托盤通常有2種類型: 4向進叉和2向進叉,因2向進叉托盤成本相對低廉,其托盤類型在美國最為常見。美國托盤通常的尺寸有: 1219mm ×1016mm、1067mm ×1067mm和1219mm×1067mm,其中1219mm ×1016mm尺寸的托盤最多,能占到每年新製造托盤總量的30%左右[ 7 ] ,被稱為“GMA”或者雜貨托盤。

    盡管全球一體化的進程加快,世界各個地區的托盤尺寸仍然存在很大的差異。為了便於商業貿易,提高運輸效率, ISO規定了6種托盤標準,見表2[ 8 ]。目前各國都在加大標準化托盤的使用量,日本標準化托盤的使用率為35% ,居亞洲之首,韓國為26. 7%。世界上澳大利亞標準化托盤使用率最高,達到90% ,其次為歐洲70% ,美國為55%。

    表2 ISO規定的木托盤標準

    Ta b. 2 Th e p a lle t s ta n d a rd p re sc r ib e d b y ISO

    規格尺寸使用地區備注

    1016mm ×1219mm 美國長方形

    1200mm ×1000mm 歐洲長方形

    1200mm ×800mm 歐洲長方形

    1140mm ×1140mm 澳大利亞正方形

    1067mm ×1067mm 澳大利亞正方形

    1100mm ×1100mm 亞洲正方形

    1. 1. 2 人造板包裝材料應用現狀

    定向刨花板、膠合板和單板層積材等人造板[ 4 ]也應用於包裝托盤的製造。目前定向結構刨花板(OSB)已成為發達國家木質包裝主要材料,歐盟將OSB應用於製造包裝托盤和木質包裝箱。在北美和歐洲地區,OSB被公認為是一種發展速度快且技術成熟的板材,OSB除了首選作為建築材料外,其中相當大一部分是用於包裝工業。它不僅可製作包裝箱的箱板和底板,還可製作包裝箱的框架,幾乎可以替代木材製作包裝箱的全部材料。國外定向刨花板工業非常發達,根據美國板業協會(APA)的統計,北美OSB 2001年為2000萬m3 , 2003年增至2200萬m3 , 2005年為2993萬m3 [ 8 ]。歐洲OSB 2001年為200.5萬m3 , 2003年為310. 0萬m3 , 2005年為350. 0萬m3。據統計, 80年代後期以來隨著美國和加拿大對本國OSB需求量的上升,其膠合板的用量呈下降趨勢[ 10 ] 。OSB因為經過製造過程中的高溫幹燥和高溫熱壓處理,有害生物、寄生蟲、真菌和腐朽菌等被全部殺死,是世界公認的免檢包裝材料,世界包裝協會將其列為“一級暴露”的包裝材料。用OSB製成包裝材料不需進行熏蒸殺蟲處理,回收再利用也比較簡便,目前是國外包裝箱和托盤工業最主要的包裝材料。

    1. 2 我國木質包裝現狀

    1. 2. 1實木包裝材料應用現狀

    我國較為常見的木質包裝容器有普通木箱、滑木箱、框架木箱、底盤和鋼絲捆紮箱,每年用於機電產品包裝的木材就達1000萬m3 ,我國木包裝製品應用方式如下:

    1) 大型木包裝箱(內裝物500kg或以上) :主要應用於大型機電設備、儀表、儀表櫃包裝。

    2) 小型木包裝箱(內裝物500kg以下) :主要應用於內燃機等小型機電設備、五金零部件、電子元件、衛生潔具、建築材料、家用電器、體育用品和食品水果等包裝。

    3) 木質底座:應用於大型機電設備及大型罐類容器的底座固定。

    4) 木質托盤:應用於纏繞包裝的托盤,如化工原料、生活用品、糧食等運輸托盤。

    5) 木質包裝充填輔料:主要應用於包裝箱的底托、隔板、支架、固定物、木軸楔等包裝結構。

    據中國物流與采購聯合會托盤專業委員會2002年9月對300多家托盤生產企業、托盤使用及銷售企業進行的初步調查顯示,當時我國擁有的各種類型托盤總數約為1. 2~1. 6億個,並保持每年2000萬個的速度增長。木材在我國托盤製造業中使用相當廣泛,木質托盤約占托盤總量的90% ,其它材料如塑料、鋼材、塑木複合材料等所占比例很小。目前我國流通中的托盤規格很多,標準化托盤的使用率遠遠低於其它發達國家[ 11 ] ,我國主要使用的托盤規格有: 1100mm ×1100mm 、1200mm ×1000mm 、2000mm ×1000mm、1500mm ×1100mm 等幾十種之多,前2種最為廣泛。

    1. 2. 2 人造板包裝材料應用現狀

    我國用於包裝的人造板有膠合板、刨花板和一些其它的板種。如細木工板也用於木質包裝箱,主要是一些儀器、食品和水果等物品的運輸,細木工板式包裝箱的特點是強度高、不易變形、不易損壞、全封閉,並且不需設防潮措施、美觀大方。國外開發成熟的定向刨花板並未在我國包裝行業得到很好的應用,與我國定向刨花板行業落後有著很大的關係。

    在一些異形包裝製品的開發方麵,也有人造板應用的相關報道,如包裝用人造板圓桶是用竹膠合板或纖維板以及它們的邊角料製成,用於染料,膠料,五金件和藥品等包裝。木質碎料經拌膠、幹燥後在特製的模具中經加高溫熱壓也能製成各種異形包裝製品,目前模壓異性包裝中應用較多的是管狀和圓盤狀包裝,如電纜包裝盤側板。

    我國很早就開始尋求用其它的材料來替代木材使用,據文獻記載,利用天然竹編包裝及原始竹節作為包裝曆史悠久。傳統的竹包裝技術隻能解決小包裝問題,多為竹簍竹筐,現在竹包裝板材多是采用高溫熱壓膠合工藝的製板成型技術,如竹膠合板。竹膠板與其它材質的框架組合(木框架)可用於大中型產品的運輸包裝,其重量、性能均優於實木包裝,尤其是價格低廉,能夠滿足海運、空運及其它運輸條件。目前已經開發生產的竹包裝材料有六大係列:竹編膠合板、特種竹編膠合板、竹材層壓板、竹材膠合板、竹材碎料板和竹材刨花複合板[ 12 ]。竹膠板具有良好的物理和機械性能,如耐磨、耐腐、耐蟲、強度高、韌性好和抗衝擊性強等,其包裝產品近年來開發應用較好。

    國內利用秸稈材料製得的包裝產品有餐具、托盤、包裝內襯以及各種包裝容器。武漢遠東綠世界公司研製的雙發泡植物纖維包裝新材料,利用高效複合發泡技術,生產了可以替代泡沫塑料製品EST的家電產品防振內襯;大連輕工業學院利用紅麻紙漿後廢棄的麻芯,將其作為添加物質按一定比例與刨花混合後模壓成刨花板;南京林業大學利用農作物秸稈或輕質木材通過刨削成薄長條刨花壓製成工業托盤[ 13 ]。目前在國外也有利用植物纖維製作包裝材料的研究和應用,但在其工藝和結構強度方麵需進一步改善。

    另外,在食品包裝行業中也應用了人造板板材,如無醛纖維板被用於一些高檔的月餅包裝盒和茶葉包裝,以提高產品附加值。竹材及竹製品也能作為餐具、食具和食品包裝容器。竹子具有特有的自然清香、淳樸色調和剛柔相濟的材性,是其它材料的產品無法比擬的,但其研發和生產仍處在起步階段。

    2 木質包裝材料存在的問題和發展趨勢

    2. 1 木包裝材料應用麵臨的問題

    2. 1. 1 木包裝材料能攜帶森林病蟲害

    木質包裝材料是森林病蟲害傳播的重要載體,若控製不當就會產生嚴重的影響,使企業和社會都蒙受巨大的損失。木質包裝材料經常在貨物運抵目的地拆卸後隨意丟棄,一旦包裝材料來自疫區國家,則鬆材線蟲極易擴散。在跨國貿易中,很多種類的森林病蟲害可以隨木質包裝材料在國際間傳播,鬆材線蟲(Bursaphelenchus xylo2philus)是中國禁止入境的植物危害性生物之一,也是國際上公認的重要有害生物。以鬆材線蟲為例,其最早是1929年由美國的斯蒂恩和布赫在得克薩斯州的實驗室裏分離得到而定名,日本的真宮和清源於1972年報道了鬆材線蟲引起鬆樹萎蔫病枯死情況,目前隻有北部清森和北海道兩縣尚未發現此病。我國於1982年在南京中山陵發現鬆材線蟲病, 1985年香港發現此類疫情, 1988年傳入廣東深圳,1991年山東省煙台地區,浙江省寧波市相繼發現疫情。從1998年8月~1999年10月間,我國寧波、上海、廣州、南京、深圳等出入境的檢疫局,已分別從美國、日本兩國輸華的木質包裝中截獲鬆材線蟲各達44和28批次[ 14 ]。此外鬆樹病木中羽化出的傳播媒介———天牛,可以攜帶大量鬆材線蟲,經人類的運輸工具也會形成長途傳播。

    2. 1. 2 木包裝材料的檢驗檢疫製度

    2002年3月,為防止林木有害生物隨貨物使用的木質包裝材料在國際間傳播蔓延,國際植物保護公約組織( IPPC)公布了國際植物檢疫措施標準第15號《國際貿易中的木質包裝材料管理準則》(以下均簡稱ISPM15) ,要求貨物使用的木質包裝材料應在出境前進行除害處理,並加施IPPC確定的專用標識,但經人工合成的材料或深加工的包裝用木質材料如膠合板、纖維板等並不在此列。此外,諸如鋸屑、刨花等木質包裝材料,也許不是檢疫性害蟲引入的傳播途徑,因此可不被控製,除非技術上證明有必要[ 15 ]。目前許多WTO成員國已基於該標準製定或采納了相應的措施,在發達國家中:美國、加拿大、歐盟、新西蘭和韓國都已完全實施ISPM15號國際標準實施除害處理,而澳大利亞和瑞士則是對本國進口木質包裝材料的衛生要求進行了修改,但修訂後的檢疫要求基本與ISPM15相符,除了ISPM15規定的以外,澳大利亞還將保持以下原有要求:無皮;每1m3 用48g溴甲烷熏蒸24h以上以及接受處理的木材最小刨麵直徑不得超過200mm。在發展中國家:墨西哥、土耳其、秘魯、印度、菲律賓、厄瓜多爾和多米尼加也都宣布采納IS2PM15,現已全麵實施。

    為防止林木有害生物隨進境貨物木質包裝傳入我國,我國也頒布了進境貨物木質包裝檢疫新規定,要求進境貨物木質包裝應按國際標準在輸出國家或地區進行檢疫除害處理,並加施IPPC專用標識,該規定已於2006年1月1日起施行。

    2. 1. 3 木質包裝材料的檢疫除害處理

    木質包裝材料的檢疫除害處理方法即關係到貨物的質量,又涉及到有害生物的致死程度,還影響到進境成本和通關速度。目前木質包裝材料檢疫中采用的技術手段有熏蒸、熱處理、藥劑噴灑法、輻射和微波處理法等[16 ]。在我國熏蒸處理是目前普遍使用的化學處理方法,而溴甲烷又是木質包裝出口貨物熏蒸中使用最多的熏蒸劑。ISPM15標準規定了溴甲烷熏蒸處理的最低標準: 熏蒸最低溫度不低於10℃,時間不少於16h,目前以澳大利亞等國對溴甲烷熏蒸處理的實施標準最為嚴格,被許多國家借鑒引用,見表3[17 ] ,該標準對10℃以下的溴甲烷熏蒸效果不予認可。目前我國認可的溴甲烷熏蒸標準規定還包括:在溫度≥5℃時投藥80g/m3 ,木質包裝的熏蒸時間為24h。

    2. 1. 4 實木包裝材料的回收利用

    木材是一種可回收再利用的生物質材料,而木材製成的木質包裝在使用廢棄之後,也可回收循環使用,或通過機械化學處理和分解處理等資源化利用途徑回收再利用,如木托盤和一些木包裝箱。目前已經有一些企業涉足這一新興行業,利用舊托盤、廢棄木包裝箱等為原料,製造刨花模壓製品。很多國家也十分重視包裝資源的回收利用,早在1990年,加拿大就通過了“加拿大優選包裝法”,明確規定要減少包裝材料用量和包裝廢棄物的回收再利用,隨後丹麥,荷蘭,德國,奧地利,日本和法國等國也相繼頒布了類似的法律[ 18 - 19 ]。由於我國相關法律法規製度還不健全,較多的木包裝箱在使用後被廢棄,回收難度很大。

    2. 2 人造板包裝材料的應用前景

    人造板是木材的深加工產品,其相對於實木包裝來說,不僅具有木材的一些天然特性,而且還具有一些獨特的優點,可以預見人造板逐步替代實木作為包裝材料將成為可能[ 20 ]。

    2. 2. 1 我國資源特點

    我國是一個森林資源匱乏而農林生物質資源相對豐富的國家。據統計:我國第6次森林資源清查的森林總麵積為1.75億hm2 , 其中人工速生林麵積為0. 53億hm2 ,人均擁有森林蓄積量10m3 ,遠遠低於世界71. 8m3 的水平[ 21 ]。而我國的竹類資源卻是世界上最豐富的國家, 現有竹林麵積達500 萬hm2 ,占世界竹林麵積的四分之一,竹林麵積、蓄積量、竹材產量均居世界之首[ 22 ] 。另外我國農作物秸稈資源也十分豐富,僅每年產生的農作物秸稈就達6億噸之多, 2 /3的秸稈資源已基本實現了機械化和過腹還田等綜合利用,還有約2億噸左右秸稈尚未得到有效利用[ 23 ]。隨著我國經濟社會的發展,木材供需之間的矛盾越來越激烈,而人造板工業能夠充分利用速生林資源、林木枝伢材、小徑木、加工邊角料以及豐富的竹材和農作物秸稈資源,具有廣闊的市場前景,因此大力發展人造板包裝材料勢在必行。統計資料顯示:我國人造板產業發展迅猛,2005年我國共有人造板生產企業6 000餘家,產量達6 000多萬m3 ,已替代美國成為世界人造板第一生產大國[ 24 ]。

    2. 2. 2 人造板包裝不受檢驗檢疫製度限製

    包裝用人造板板材是經幹燥、熱壓等深度加工工藝製成,製造過程中的高溫已將有害微生物全部殺死,所以不需再進行殺蟲熏蒸除害處理。利用人造板板材對貨物進行包裝即減小了跨國貿易中傳播森林病蟲害的風險,又加快了貨物的通關速度,也降低了木質包裝的成本。

    2. 2. 3 人造板結構具有可設計性

    木材是生物質材料,有著一些自身材料不可抗拒的特性,如木材易受溫度和濕度影響產生熱脹冷縮和吸濕解吸現象,導致箱體變形或裂縫,並且易燃和易腐朽。人造板作為包裝材料使用時,其結構性能具有可設計性,可以根據使用條件的不同(幹燥或潮濕環境) ,精確地設計其載荷等級。通過對板材厚度、密度以及熱壓工藝的控製,獲得不同的力學機械性能。不同用途的包裝箱體可以選擇不同的人造板結構板材,使得包裝箱體在力學結構上具有可控製性。當然人造板也能很好地滿足大型包裝箱體的幅麵要求。

    3 展 望

    我國木質包裝材料市場巨大,而且還在不斷增長。木質包裝材料作為一種環境協調性材料,具有綠色包裝材料的特點,將會受到人們越來越多的重視。

    1) 實木包裝材料是國際貿易中林木害蟲的重要載體和傳播介質,為了降低有害生物入侵風險,減小企業熏蒸除害處理成本,大力發展經過深加工的複合型包裝材料,將是我國木包裝的發展方向。

    2) 人造板包裝材料應用前景廣闊,可以根據使用條件的不同(幹燥或潮濕環境)來精確設計其結構載荷等級,以達到節約和經濟使用林木資源的目的。

    3) 選用農林生物質材料製得包裝用材也成為研究的熱點,用竹材製成的竹膠合板是近年一種開發較好的包裝材料。利用農作物秸稈壓製的包裝用人造板,其應用前景也十分廣闊,它將是一種很有前途的包裝材料。