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木质包装材料的发展现状和前景展望

文字:[大][中][小] 发布时间:2013-12-17  浏览次数:1204
  摘要: 介绍了国内外木质包装材料的应用现状和研究进展,总结了木材作为包装材料应用时存在的问题,并对人造板包装材料的应用前景作了阐述。

  关键词: 木质包装材料; 人造板; 定向刨花板; 竹胶板; 麦秸   包装材料的使用有着十分悠久的历史,可以追溯到人类历史文明的初期。早在有文字记载的历史以前,古代人类就开始直接取用植物藤蔓、树叶、禾草和竹子编制成筐篓,用来盛装谷物、蔬菜,用竹筒作为饮水容器等。由木材制作的木包装箱很早就被用作包装容器和运输器具,在现代包装工业中,纸及纸制品、塑料、玻璃、金属和木材是几大常用的包装材料。木材是一种生物质材料,具有很好的环境性能,作为包装材料使用时具有很多性能优势:如强重比高,抗机械损伤能力强、可承受较大的堆垛载荷、具有一定的缓冲性能、取材广泛、制作比较容易、易于吊装和回收性能好等特点[ 1 ] ,所以至今仍是机电设备与工业产品的主要运输包装容器,特别是很多笨重、易碎及需要特殊保护等产品不可或缺的储运器具。

木质包装材料是指用于商品支撑、保护、或运载材料的木材和人造板产品等木质材料(不包括纸及纸制品) 。它包括填料、板条箱、木片、垫料、托盘、木筒和楔子等。木质包装在国际贸易中被广泛使用,但实木包装材料能携带森林病虫害,近年来其在国际间传播扩散的速度和频率呈现逐渐加快和增高的趋势,世界上很多国家都对进境货物木质包装采取了更为严格的检验检疫制度。我国森林资源又相对匮乏,近年来木材供需之间的矛盾也越来越激烈,使得实木在包装工业中的继续发展得到了限制。然而经干燥、热压等深加工工艺生产的包装用人造板,因其在资源、结构和检验检疫方面的优势,近年来发展迅速,具有广阔的应用前景。而且我国农林生物质资源(包括竹林和农作物秸秆)丰富[ 2 ] ,也为人造板工业的进一步发展提供了原料基础,用其开发人造板包装材料也逐渐引起了人们的关注。

1 木质包装材料应用现状

1. 1 国外木质包装材料

1. 1. 1 实木包装材料应用现状

据资料显示,美国实木包装材料消费市场保持着平稳慢速增长的势头, 2002年用于木托盘和包装容器的实木消费金额为26. 85亿美元,相对于1997年的24. 95亿美元, 5年时间内增长了7. 6%[ 3 - 4 ] ,虽然消费数量巨大,但实木包装材料在发达国家包装工业中所占比例相对其它包装材料(如纸及纸制品和塑料等)较小。对全球三大包装消费国的统计数据显示:作为全球最大的包装消费国———美国, 2003年包装材料与容器消费总额超过2400亿美元,木包装消费额为85亿美元,约占3%;包装材料与容器消费总额仅次于美国的日本也达到了560亿美元,木材包装消耗额是33. 6亿美元,占6%;德国作为西欧最大和全球第三大包装消费国,其消费总额为550亿美元,木材包装消费额是16. 5亿美元,约占3%[ 5 ]。

木材是最早应用的托盘材料,也是全球最为常见的托盘材料,在美国同时使用的托盘数量高达19~20亿个,木托盘占美国托盘市场的90% ~95%[ 6 ] ,每年用于制造木托盘的木材就超过了0. 14亿m3 。

托盘通常有2种类型: 4向进叉和2向进叉,因2向进叉托盘成本相对低廉,其托盘类型在美国最为常见。美国托盘通常的尺寸有: 1219mm ×1016mm、1067mm ×1067mm和1219mm×1067mm,其中1219mm ×1016mm尺寸的托盘最多,能占到每年新制造托盘总量的30%左右[ 7 ] ,被称为“GMA”或者杂货托盘。

尽管全球一体化的进程加快,世界各个地区的托盘尺寸仍然存在很大的差异。为了便于商业贸易,提高运输效率, ISO规定了6种托盘标准,见表2[ 8 ]。目前各国都在加大标准化托盘的使用量,日本标准化托盘的使用率为35% ,居亚洲之首,韩国为26. 7%。世界上澳大利亚标准化托盘使用率最高,达到90% ,其次为欧洲70% ,美国为55%。

表2 ISO规定的木托盘标准

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

规格尺寸使用地区备注

1016mm ×1219mm 美国长方形

1200mm ×1000mm 欧洲长方形

1200mm ×800mm 欧洲长方形

1140mm ×1140mm 澳大利亚正方形

1067mm ×1067mm 澳大利亚正方形

1100mm ×1100mm 亚洲正方形

1. 1. 2 人造板包装材料应用现状

定向刨花板、胶合板和单板层积材等人造板[ 4 ]也应用于包装托盘的制造。目前定向结构刨花板(OSB)已成为发达国家木质包装主要材料,欧盟将OSB应用于制造包装托盘和木质包装箱。在北美和欧洲地区,OSB被公认为是一种发展速度快且技术成熟的板材,OSB除了首选作为建筑材料外,其中相当大一部分是用于包装工业。它不仅可制作包装箱的箱板和底板,还可制作包装箱的框架,几乎可以替代木材制作包装箱的全部材料。国外定向刨花板工业非常发达,根据美国板业协会(APA)的统计,北美OSB 2001年为2000万m3 , 2003年增至2200万m3 , 2005年为2993万m3 [ 8 ]。欧洲OSB 2001年为200.5万m3 , 2003年为310. 0万m3 , 2005年为350. 0万m3。据统计, 80年代后期以来随着美国和加拿大对本国OSB需求量的上升,其胶合板的用量呈下降趋势[ 10 ] 。OSB因为经过制造过程中的高温干燥和高温热压处理,有害生物、寄生虫、真菌和腐朽菌等被全部杀死,是世界公认的免检包装材料,世界包装协会将其列为“一级暴露”的包装材料。用OSB制成包装材料不需进行熏蒸杀虫处理,回收再利用也比较简便,目前是国外包装箱和托盘工业最主要的包装材料。

1. 2 我国木质包装现状

1. 2. 1实木包装材料应用现状

我国较为常见的木质包装容器有普通木箱、滑木箱、框架木箱、底盘和钢丝捆扎箱,每年用于机电产品包装的木材就达1000万m3 ,我国木包装制品应用方式如下:

1) 大型木包装箱(内装物500kg或以上) :主要应用于大型机电设备、仪表、仪表柜包装。

2) 小型木包装箱(内装物500kg以下) :主要应用于内燃机等小型机电设备、五金零部件、电子元件、卫生洁具、建筑材料、家用电器、体育用品和食品水果等包装。

3) 木质底座:应用于大型机电设备及大型罐类容器的底座固定。

4) 木质托盘:应用于缠绕包装的托盘,如化工原料、生活用品、粮食等运输托盘。

5) 木质包装充填辅料:主要应用于包装箱的底托、隔板、支架、固定物、木轴楔等包装结构。

据中国物流与采购联合会托盘专业委员会2002年9月对300多家托盘生产企业、托盘使用及销售企业进行的初步调查显示,当时我国拥有的各种类型托盘总数约为1. 2~1. 6亿个,并保持每年2000万个的速度增长。木材在我国托盘制造业中使用相当广泛,木质托盘约占托盘总量的90% ,其它材料如塑料、钢材、塑木复合材料等所占比例很小。目前我国流通中的托盘规格很多,标准化托盘的使用率远远低于其它发达国家[ 11 ] ,我国主要使用的托盘规格有: 1100mm ×1100mm 、1200mm ×1000mm 、2000mm ×1000mm、1500mm ×1100mm 等几十种之多,前2种最为广泛。

1. 2. 2 人造板包装材料应用现状

我国用于包装的人造板有胶合板、刨花板和一些其它的板种。如细木工板也用于木质包装箱,主要是一些仪器、食品和水果等物品的运输,细木工板式包装箱的特点是强度高、不易变形、不易损坏、全封闭,并且不需设防潮措施、美观大方。国外开发成熟的定向刨花板并未在我国包装行业得到很好的应用,与我国定向刨花板行业落后有着很大的关系。

在一些异形包装制品的开发方面,也有人造板应用的相关报道,如包装用人造板圆桶是用竹胶合板或纤维板以及它们的边角料制成,用于染料,胶料,五金件和药品等包装。木质碎料经拌胶、干燥后在特制的模具中经加高温热压也能制成各种异形包装制品,目前模压异性包装中应用较多的是管状和圆盘状包装,如电缆包装盘侧板。

我国很早就开始寻求用其它的材料来替代木材使用,据文献记载,利用天然竹编包装及原始竹节作为包装历史悠久。传统的竹包装技术只能解决小包装问题,多为竹篓竹筐,现在竹包装板材多是采用高温热压胶合工艺的制板成型技术,如竹胶合板。竹胶板与其它材质的框架组合(木框架)可用于大中型产品的运输包装,其重量、性能均优于实木包装,尤其是价格低廉,能够满足海运、空运及其它运输条件。目前已经开发生产的竹包装材料有六大系列:竹编胶合板、特种竹编胶合板、竹材层压板、竹材胶合板、竹材碎料板和竹材刨花复合板[ 12 ]。竹胶板具有良好的物理和机械性能,如耐磨、耐腐、耐虫、强度高、韧性好和抗冲击性强等,其包装产品近年来开发应用较好。

国内利用秸秆材料制得的包装产品有餐具、托盘、包装内衬以及各种包装容器。武汉远东绿世界公司研制的双发泡植物纤维包装新材料,利用高效复合发泡技术,生产了可以替代泡沫塑料制品EST的家电产品防振内衬;大连轻工业学院利用红麻纸浆后废弃的麻芯,将其作为添加物质按一定比例与刨花混合后模压成刨花板;南京林业大学利用农作物秸秆或轻质木材通过刨削成薄长条刨花压制成工业托盘[ 13 ]。目前在国外也有利用植物纤维制作包装材料的研究和应用,但在其工艺和结构强度方面需进一步改善。

另外,在食品包装行业中也应用了人造板板材,如无醛纤维板被用于一些高档的月饼包装盒和茶叶包装,以提高产品附加值。竹材及竹制品也能作为餐具、食具和食品包装容器。竹子具有特有的自然清香、淳朴色调和刚柔相济的材性,是其它材料的产品无法比拟的,但其研发和生产仍处在起步阶段。

2 木质包装材料存在的问题和发展趋势

2. 1 木包装材料应用面临的问题

2. 1. 1 木包装材料能携带森林病虫害

木质包装材料是森林病虫害传播的重要载体,若控制不当就会产生严重的影响,使企业和社会都蒙受巨大的损失。木质包装材料经常在货物运抵目的地拆卸后随意丢弃,一旦包装材料来自疫区国家,则松材线虫极易扩散。在跨国贸易中,很多种类的森林病虫害可以随木质包装材料在国际间传播,松材线虫(Bursaphelenchus xylo2philus)是中国禁止入境的植物危害性生物之一,也是国际上公认的重要有害生物。以松材线虫为例,其最早是1929年由美国的斯蒂恩和布赫在得克萨斯州的实验室里分离得到而定名,日本的真宫和清源于1972年报道了松材线虫引起松树萎蔫病枯死情况,目前只有北部清森和北海道两县尚未发现此病。我国于1982年在南京中山陵发现松材线虫病, 1985年香港发现此类疫情, 1988年传入广东深圳,1991年山东省烟台地区,浙江省宁波市相继发现疫情。从1998年8月~1999年10月间,我国宁波、上海、广州、南京、深圳等出入境的检疫局,已分别从美国、日本两国输华的木质包装中截获松材线虫各达44和28批次[ 14 ]。此外松树病木中羽化出的传播媒介———天牛,可以携带大量松材线虫,经人类的运输工具也会形成长途传播。

2. 1. 2 木包装材料的检验检疫制度

2002年3月,为防止林木有害生物随货物使用的木质包装材料在国际间传播蔓延,国际植物保护公约组织( IPPC)公布了国际植物检疫措施标准第15号《国际贸易中的木质包装材料管理准则》(以下均简称ISPM15) ,要求货物使用的木质包装材料应在出境前进行除害处理,并加施IPPC确定的专用标识,但经人工合成的材料或深加工的包装用木质材料如胶合板、纤维板等并不在此列。此外,诸如锯屑、刨花等木质包装材料,也许不是检疫性害虫引入的传播途径,因此可不被控制,除非技术上证明有必要[ 15 ]。目前许多WTO成员国已基于该标准制定或采纳了相应的措施,在发达国家中:美国、加拿大、欧盟、新西兰和韩国都已完全实施ISPM15号国际标准实施除害处理,而澳大利亚和瑞士则是对本国进口木质包装材料的卫生要求进行了修改,但修订后的检疫要求基本与ISPM15相符,除了ISPM15规定的以外,澳大利亚还将保持以下原有要求:无皮;每1m3 用48g溴甲烷熏蒸24h以上以及接受处理的木材最小刨面直径不得超过200mm。在发展中国家:墨西哥、土耳其、秘鲁、印度、菲律宾、厄瓜多尔和多米尼加也都宣布采纳IS2PM15,现已全面实施。

为防止林木有害生物随进境货物木质包装传入我国,我国也颁布了进境货物木质包装检疫新规定,要求进境货物木质包装应按国际标准在输出国家或地区进行检疫除害处理,并加施IPPC专用标识,该规定已于2006年1月1日起施行。

2. 1. 3 木质包装材料的检疫除害处理

木质包装材料的检疫除害处理方法即关系到货物的质量,又涉及到有害生物的致死程度,还影响到进境成本和通关速度。目前木质包装材料检疫中采用的技术手段有熏蒸、热处理、药剂喷洒法、辐射和微波处理法等[16 ]。在我国熏蒸处理是目前普遍使用的化学处理方法,而溴甲烷又是木质包装出口货物熏蒸中使用最多的熏蒸剂。ISPM15标准规定了溴甲烷熏蒸处理的最低标准: 熏蒸最低温度不低于10℃,时间不少于16h,目前以澳大利亚等国对溴甲烷熏蒸处理的实施标准最为严格,被许多国家借鉴引用,见表3[17 ] ,该标准对10℃以下的溴甲烷熏蒸效果不予认可。目前我国认可的溴甲烷熏蒸标准规定还包括:在温度≥5℃时投药80g/m3 ,木质包装的熏蒸时间为24h。

2. 1. 4 实木包装材料的回收利用

木材是一种可回收再利用的生物质材料,而木材制成的木质包装在使用废弃之后,也可回收循环使用,或通过机械化学处理和分解处理等资源化利用途径回收再利用,如木托盘和一些木包装箱。目前已经有一些企业涉足这一新兴行业,利用旧托盘、废弃木包装箱等为原料,制造刨花模压制品。很多国家也十分重视包装资源的回收利用,早在1990年,加拿大就通过了“加拿大优选包装法”,明确规定要减少包装材料用量和包装废弃物的回收再利用,随后丹麦,荷兰,德国,奥地利,日本和法国等国也相继颁布了类似的法律[ 18 - 19 ]。由于我国相关法律法规制度还不健全,较多的木包装箱在使用后被废弃,回收难度很大。

2. 2 人造板包装材料的应用前景

人造板是木材的深加工产品,其相对于实木包装来说,不仅具有木材的一些天然特性,而且还具有一些独特的优点,可以预见人造板逐步替代实木作为包装材料将成为可能[ 20 ]。

2. 2. 1 我国资源特点

我国是一个森林资源匮乏而农林生物质资源相对丰富的国家。据统计:我国第6次森林资源清查的森林总面积为1.75亿hm2 , 其中人工速生林面积为0. 53亿hm2 ,人均拥有森林蓄积量10m3 ,远远低于世界71. 8m3 的水平[ 21 ]。而我国的竹类资源却是世界上最丰富的国家, 现有竹林面积达500 万hm2 ,占世界竹林面积的四分之一,竹林面积、蓄积量、竹材产量均居世界之首[ 22 ] 。另外我国农作物秸秆资源也十分丰富,仅每年产生的农作物秸秆就达6亿吨之多, 2 /3的秸秆资源已基本实现了机械化和过腹还田等综合利用,还有约2亿吨左右秸秆尚未得到有效利用[ 23 ]。随着我国经济社会的发展,木材供需之间的矛盾越来越激烈,而人造板工业能够充分利用速生林资源、林木枝伢材、小径木、加工边角料以及丰富的竹材和农作物秸秆资源,具有广阔的市场前景,因此大力发展人造板包装材料势在必行。统计资料显示:我国人造板产业发展迅猛,2005年我国共有人造板生产企业6 000余家,产量达6 000多万m3 ,已替代美国成为世界人造板第一生产大国[ 24 ]。

2. 2. 2 人造板包装不受检验检疫制度限制

包装用人造板板材是经干燥、热压等深度加工工艺制成,制造过程中的高温已将有害微生物全部杀死,所以不需再进行杀虫熏蒸除害处理。利用人造板板材对货物进行包装即减小了跨国贸易中传播森林病虫害的风险,又加快了货物的通关速度,也降低了木质包装的成本。

2. 2. 3 人造板结构具有可设计性

木材是生物质材料,有着一些自身材料不可抗拒的特性,如木材易受温度和湿度影响产生热胀冷缩和吸湿解吸现象,导致箱体变形或裂缝,并且易燃和易腐朽。人造板作为包装材料使用时,其结构性能具有可设计性,可以根据使用条件的不同(干燥或潮湿环境) ,精确地设计其载荷等级。通过对板材厚度、密度以及热压工艺的控制,获得不同的力学机械性能。不同用途的包装箱体可以选择不同的人造板结构板材,使得包装箱体在力学结构上具有可控制性。当然人造板也能很好地满足大型包装箱体的幅面要求。

3 展 望

我国木质包装材料市场巨大,而且还在不断增长。木质包装材料作为一种环境协调性材料,具有绿色包装材料的特点,将会受到人们越来越多的重视。

1) 实木包装材料是国际贸易中林木害虫的重要载体和传播介质,为了降低有害生物入侵风险,减小企业熏蒸除害处理成本,大力发展经过深加工的复合型包装材料,将是我国木包装的发展方向。

2) 人造板包装材料应用前景广阔,可以根据使用条件的不同(干燥或潮湿环境)来精确设计其结构载荷等级,以达到节约和经济使用林木资源的目的。

3) 选用农林生物质材料制得包装用材也成为研究的热点,用竹材制成的竹胶合板是近年一种开发较好的包装材料。利用农作物秸秆压制的包装用人造板,其应用前景也十分广阔,它将是一种很有前途的包装材料。

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