摘 要: 基于一次性塑料餐盒對生態(tài)造成的嚴重環(huán)境污染， 國內外陸續出臺了一系列的 “限塑” 和 “禁 塑” 政策，可降解的一次性植物纖維餐盒發(fā)展勢頭強勁，文章歸納了不可降解的一次性塑料餐盒和可降 解植物纖維餐盒的產(chǎn)品使用現狀及優(yōu)劣勢，竹纖維餐盒作為植物纖維餐盒的一種，由于原料具有顯著(zhù)的 資源、 材性和技術(shù)等方面的優(yōu)勢， 可制備出耐水、 耐油、 耐微波、 可降解的綠色環(huán)保餐盒，市場(chǎng)容量迅速增長(cháng)，在此基礎上，重點(diǎn)闡述了一次性竹纖維餐盒的技術(shù)特點(diǎn)、 制備工藝和評價(jià)指標， 總結了其目前存 在的問(wèn)題和開(kāi)發(fā)方向，并對廢棄竹纖維餐盒的二次利用提出了新思路。
１ 一次性塑料餐盒現狀
1.1塑料及其一次性餐盒的現狀與危害
1.1塑料及其一次性餐盒的現狀與危害
近50年來(lái)，塑料的使用量持續增長(cháng)，低成本、 易加工的特點(diǎn)使其廣泛應用于包裝、 食品加 工、 電子、 建筑和農業(yè)等領(lǐng)域，目前全球平均每 年的塑料使用量高達4億t，但塑料制品在給社 會(huì )發(fā)展帶來(lái)方便的同時(shí)，也給全球環(huán)境帶來(lái)了“白色污染”，《自然: 可持續性》 在2020年報道 微塑料可進(jìn)入生菜、小麥等農作物的可食用部位，《科學(xué)》在2018年報道了甚至在地球最深的馬里 亞納海溝也發(fā)現了微塑料，并記錄了海洋生物如?？m纏于塑料的圖片，研究表明，塑料正演變?yōu)樵斐傻厍虮韺由鷳B(tài)系統污染最嚴重的威脅之一，并逐步影響人類(lèi)和海洋生物的生存環(huán)境，一次性餐具指僅一次性使用的用于餐食或類(lèi)似 用途的的器具，在眾多塑料制品中，在餐飲業(yè)中使 用的一次性聚丙烯餐盒占比極大，由于社會(huì )生活節 奏加快，外賣(mài)已成為最主流的就餐模式之一，新冠 肺炎防控期間職工和學(xué)生分餐分食的特殊條件加劇 了一次性餐飲具包裝的使用量，根據王怡人的報道，中國一次性塑料餐盒消耗量從2017年的198億個(gè)增長(cháng)到2019年的402億個(gè)，年復合增長(cháng)率為42.49％，預計2020年消耗量將達450億個(gè)，加之歐美等國外市場(chǎng)，市場(chǎng)規?？偭渴?/span>分巨大，中國是全球最大的一次性塑料快餐盒生產(chǎn)國，占全球一次性塑料快餐盒行業(yè)約44.3％。這不僅要求生產(chǎn)過(guò)程中需要消耗更多的石油和煤炭等不可再生資源，同時(shí)在大量使用后難以降解的缺點(diǎn)加劇了一次性塑料餐盒的環(huán)境問(wèn)題。根據中國2021年都市生活垃 圾處理方式的統計，一次性餐盒目前的處理方式仍 以52％的填埋和45％焚燒為主，簡(jiǎn)單的填埋處理方式會(huì )導致大量細菌潛伏在廢棄的塑料餐盒上并長(cháng)期污染土壤和地下水源，而焚燒釋放的二氧化硫、二惡英等更易造成人體的呼吸系統感染和身體病變，帶來(lái)嚴重的空氣污染。
1.2一次性塑料制品的限用、禁用政策
塑料餐具帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題促使國內外陸續出臺一系列“限塑”到 “禁塑”的政策 ，中國國家發(fā)展改革委計劃出臺在2025年前用可降解餐具替代一次性塑料餐具 30％以上 的政策措施，這將提高對植物纖維餐具的需求2020年9月習近平主席在第75屆聯(lián)合國大會(huì )上提 出，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施達到碳達峰和碳中和目標，“減碳”概念的推行也在逐步制約塑料餐具的使用。
在全球禁塑的大背景下，植物纖維餐盒相關(guān) 領(lǐng)域不斷涌現出新產(chǎn)品和新技術(shù)，新階段其發(fā)展面臨著(zhù)巨大的機遇，植物纖維餐盒是以甘蔗渣、 玉米稈、麥秸和竹纖維等為原料?；旌线m量的天然助劑 (甲基纖維素、大豆蛋白、 甘油等)，注入模具高溫高壓壓制成型，這類(lèi)餐盒不僅充分利用了農村秸稈、蔗渣等廢棄的植物資源，成本低廉，而且廢棄后可以降解，具有巨大的代替塑料餐盒的潛力。
２ 可降解植物纖維餐盒
2.1一次性植物纖維餐盒種類(lèi)
目前的植物纖維餐盒主要可以分為植物淀粉餐盒、紙板成型餐盒、紙漿模塑餐盒和植物纖維壓制餐盒，淀粉餐盒: 以植物淀粉為主要原料，采用生物復配、聚糖交聯(lián)等技術(shù)精制而成，淀粉類(lèi)餐盒因植物淀粉具有來(lái)源廣泛、 無(wú)毒、價(jià)格低廉、可降解等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多地被用于制備一次性 餐盒，但是，淀粉餐盒由于自身所具備的高吸 濕性、易被微生物污染等因素，其在長(cháng)時(shí)間儲放 的過(guò)程中易發(fā)生霉變，且受儲藏環(huán)境的溫度、濕度等因素的影響較大，紙板成型餐盒: 以木漿和草漿為原料，先抄造成滿(mǎn)足要求的紙，再在其表面涂覆聚乙烯塑料 薄膜，使其具有防水、防油的功能，該類(lèi)餐具使用安全、衛生，但生產(chǎn)成本較高，且涂覆的聚乙烯膜降解困難，紙漿模塑餐盒: 以木漿、 竹漿、 蘆葦漿、 蔗渣漿等為主要原料，添加適量的功能性化學(xué)藥品，經(jīng)過(guò)真空抽濾成型、加熱干燥而成，這類(lèi)餐具生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，是目前發(fā)泡餐具替代品中生產(chǎn) 能力最大、企業(yè)生產(chǎn)最多的產(chǎn)品，植物纖維壓制餐盒: 以植物纖維如甘蔗渣、小麥秸稈、稻殼、玉米秸稈等為原料，粉碎后加 上特質(zhì)的膠黏劑熱壓壓制成型，通過(guò)表面處理使其具有防水、防油、耐高溫等性能，該方法大大提高了農產(chǎn)品的附加價(jià)值，丟棄后易降解，但生物質(zhì)纖維餐盒也具有一定的吸濕性，郭元新等研究表明植物纖維熱壓制成的餐具耐滲漏性還有 待提高，不宜在潮濕環(huán)境下長(cháng)期保存，色澤和氣味上也有待改善。
2.2 中國竹纖維餐盒優(yōu)勢與現狀
竹纖維餐盒作為植物纖維餐盒之一， 在資源、,材性和技術(shù)等方面有著(zhù)獨特的優(yōu)勢，資源優(yōu)勢: 全球竹資源豐富， 儲量超3600萬(wàn)h㎡，且分布廣泛， 主要分布在地球的北緯46°至南緯47°之間的熱帶、亞熱帶和暖溫帶地區，竹材作為中國的特色資源，竹林面積已達641.16萬(wàn)h㎡，占世界的 30％以上，是世界上擁有竹林面積最大、竹材資源最豐富、竹材產(chǎn)業(yè)化程度最發(fā)達的國家，材性?xún)?yōu)勢: 竹材具有強韌性好、培育周期短的特點(diǎn)，竹纖維長(cháng)細比大，長(cháng)度約1-4 ｍｍ，微纖絲角較小，這使得其具備良好的機械 性能，其抗拉強度是木材的2倍，抗壓強度也略高于木材，竹纖維的戊糖及木質(zhì)素含量較高，易于高溫模壓形成挺度高、 耐滲性強、耐久性好的環(huán)保竹纖維復合材料，竹材生長(cháng)速快，3-5年即可成材，一經(jīng)栽培，可永續利用，原料來(lái)源具有可持續性，技術(shù)優(yōu)勢: 竹材的半纖維素多，非結晶區大，打漿過(guò)程潤脹效果明顯，細胞壁由寬窄相間的十幾個(gè)亞層交替形成，更易產(chǎn)生內帚化現象，打漿 過(guò)程的優(yōu)化有利于提升餐盒的交織結構，進(jìn)而提 升其挺度、耐滲性能等，竹纖維天然的材性?xún)?yōu)勢 (強韌性好、松厚比大、長(cháng)細比適中) 結合亞 硫酸鈉、 蒸汽爆破等簡(jiǎn)單的預處理方式，可制備 性能優(yōu)異的竹纖維餐盒原料，2018年中國竹產(chǎn)品的出口貿易額占全球貿易 總額的 13.1％，其中竹餐具占比,42.38％，由于竹材資源分布的區域特性，目前大部分的竹纖維餐盒加工企業(yè)主要集中在福建、浙江、江西、重慶、四川和安徽等省、市，中國現已發(fā)展成為 世界竹纖維餐盒生產(chǎn)和消費的第一大國，根據預測，竹纖維餐盒市場(chǎng)容量將迅速增長(cháng)，３年內可達50億個(gè)以上。
竹纖維餐盒作為植物纖維餐盒之一， 在資源、,材性和技術(shù)等方面有著(zhù)獨特的優(yōu)勢，資源優(yōu)勢: 全球竹資源豐富， 儲量超3600萬(wàn)h㎡，且分布廣泛， 主要分布在地球的北緯46°至南緯47°之間的熱帶、亞熱帶和暖溫帶地區，竹材作為中國的特色資源，竹林面積已達641.16萬(wàn)h㎡，占世界的 30％以上，是世界上擁有竹林面積最大、竹材資源最豐富、竹材產(chǎn)業(yè)化程度最發(fā)達的國家，材性?xún)?yōu)勢: 竹材具有強韌性好、培育周期短的特點(diǎn)，竹纖維長(cháng)細比大，長(cháng)度約1-4 ｍｍ，微纖絲角較小，這使得其具備良好的機械 性能，其抗拉強度是木材的2倍，抗壓強度也略高于木材，竹纖維的戊糖及木質(zhì)素含量較高，易于高溫模壓形成挺度高、 耐滲性強、耐久性好的環(huán)保竹纖維復合材料，竹材生長(cháng)速快，3-5年即可成材，一經(jīng)栽培，可永續利用，原料來(lái)源具有可持續性，技術(shù)優(yōu)勢: 竹材的半纖維素多，非結晶區大，打漿過(guò)程潤脹效果明顯，細胞壁由寬窄相間的十幾個(gè)亞層交替形成，更易產(chǎn)生內帚化現象，打漿 過(guò)程的優(yōu)化有利于提升餐盒的交織結構，進(jìn)而提 升其挺度、耐滲性能等，竹纖維天然的材性?xún)?yōu)勢 (強韌性好、松厚比大、長(cháng)細比適中) 結合亞 硫酸鈉、 蒸汽爆破等簡(jiǎn)單的預處理方式，可制備 性能優(yōu)異的竹纖維餐盒原料，2018年中國竹產(chǎn)品的出口貿易額占全球貿易 總額的 13.1％，其中竹餐具占比,42.38％，由于竹材資源分布的區域特性，目前大部分的竹纖維餐盒加工企業(yè)主要集中在福建、浙江、江西、重慶、四川和安徽等省、市，中國現已發(fā)展成為 世界竹纖維餐盒生產(chǎn)和消費的第一大國，根據預測，竹纖維餐盒市場(chǎng)容量將迅速增長(cháng)，３年內可達50億個(gè)以上。
３ 一次性竹纖維餐盒研究與開(kāi)發(fā)
3.1 一次性竹纖維餐盒技術(shù)特點(diǎn)
在全球禁塑和廢棄物資源利用大背景下，亟需創(chuàng )新竹纖維環(huán)保餐盒綠色制造與自動(dòng)化加工技術(shù)，區別于傳統的紙漿模塑、聚乳酸 (ＰＬＡ)、 甘蔗纖維等可降解餐具，以重慶瑞竹植物纖維制品 有限公司為代表生產(chǎn)的竹纖維環(huán)保餐盒采用濕法 纖維模壓工藝，零添加工業(yè)助劑，綠色環(huán)保，主要具有以下技術(shù)特點(diǎn):
１) 采用竹纖維高效無(wú)污染制備技術(shù)———蒸汽爆破法，構建餐盒用竹纖維 原漿綠色制造體系。
２) 創(chuàng )新竹纖維環(huán)保容器自膠合制造技術(shù)，無(wú)需工業(yè)助劑，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)“三 廢”，構建包裝用竹纖維容器成型技術(shù)體系。
３) 創(chuàng )新竹纖維環(huán)保餐容器功能化設計與自動(dòng)化、智能化加工技術(shù)， 研發(fā)可控降解竹纖維餐盒新材料，實(shí)現“以竹代塑”，該技術(shù)制備的竹纖維餐盒參 照美國食品藥品監督管理局 (ＦＤＡ)、 德國ＬＦＧＢ和中國國家標準(ＧＢ)的規定，測得的容積偏差、耐溫性能、耐熱水、耐熱油、跌落等性能均符合要求，產(chǎn)品可直接進(jìn)入微波爐、 烤箱及冰箱，耐溫性能好，使用后無(wú)有毒物析出，而且使用后能自然分解被土壤吸收，也可回收碎解后作肥料 或制作成雞蛋托等新材料，真正做到來(lái)于自然，回歸自然。
3.2加工工藝流程
一次性竹纖維餐盒主要有竹漿模塑和竹粉熱壓、壓制2種制備方式，竹漿模塑的工藝是借鑒紙頁(yè)成型的基本原理，開(kāi)發(fā)各種助劑和設備，通過(guò)打漿、 抄盒、冷壓和熱壓過(guò)程生產(chǎn)出模塑餐盒，屬于濕法纖維模壓工藝，竹粉的干法熱壓成型是直接將竹片粉碎成粒，添加一定量的助劑后混合攪拌，再熱壓成型。
3.3 評價(jià)標準和指標
針對一次性餐具制定的相關(guān)國家標準、輕工業(yè)標準和鐵道行業(yè)標準匯總見(jiàn)表３，相關(guān)單位借鑒上述紙漿餐盒、食品接觸用紙等的檢驗指標和 規定等級，正在制訂林業(yè)行業(yè)標準 《竹纖維模壓 容器》。
3.4 行業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題
盡管中國已發(fā)展成為世界竹纖維餐盒生產(chǎn)和消費第一大國，但整個(gè)竹纖維餐盒行業(yè)尚未形成統一的國家標準和行業(yè)標準，缺乏產(chǎn)品質(zhì)量的追溯體系，目前主要存在以下問(wèn)題:
1）化程度較弱，生產(chǎn)線(xiàn)落后，
植物纖維餐盒利用壓機模壓而成，現有的成型機在送料、成型到頂出產(chǎn)品的過(guò)程中往往需要投入大量的人力，大多數機器 不能全部實(shí)現自動(dòng)化， 生產(chǎn)產(chǎn)品的規格單一，不 能實(shí)現餐盒的系列化生產(chǎn)。
2）行業(yè)尚未形成具有明顯優(yōu)勢的龍頭企業(yè)，生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)規模較小，產(chǎn)品質(zhì)量參差不一，一些產(chǎn)品還存在顏色較深、,異味和強度不高等問(wèn)題， 其中異味和顏色主要與竹漿生產(chǎn)前期的預處理有關(guān)。
４ 一次性竹纖維餐盒研究與開(kāi)發(fā)方向
4.1 自動(dòng)化加工水平提升一次性竹纖維模塑餐盒設備主要以紙漿模塑 用專(zhuān)用成型機和液壓成型機設備為主，新階段下 模塑餐盒的工藝仍面臨著(zhù)落后設備的淘汰和轉型升級的挑戰，液壓成型機通常包括液壓缸、支座、 上下模、運動(dòng)導桿和液壓泵站部分， 這種成型機具有一模一腔和多腔類(lèi)型，一個(gè)流程一般需要7min左右，效率不高，專(zhuān)用成型機沿用紙漿 模塑的成型模式，雖然提高了生產(chǎn)效率，但成型 壓力較低，成型后的餐盒壁厚不均，且對原料配 方的要求較高，目前市場(chǎng)上尚未廣泛推廣，熱壓成型的主要工藝參數包含溫度壓力和物料在成型模具內的滯留時(shí)間，由于不同產(chǎn)地、種 類(lèi)的竹纖維粉料中纖維素、木質(zhì)素含量及物料的形狀不同，因此成型溫度和壓力參數值指標也不一樣。該工藝的主要特點(diǎn)是物料在模具內被擠壓 的同時(shí)，需對模具進(jìn)行外部加熱，將熱量傳遞給,物料，使物料溫度升高。
4.2 產(chǎn)品使用性能優(yōu)化目前針對竹纖維模塑餐盒的研究主要有2個(gè) 改良方面:
１) 助劑：竹纖維餐盒為達到防水防油的效果，通常會(huì )加入碳氟類(lèi)防油助劑和聚丙烯酸、烷基烯酮二聚體 (ＡＫＤ) 等防水劑，彭淵認為，植物纖維原料中的木素在模塑餐盒的熱干燥溫度 (150~ 210 ℃ ) 下可以熱熔重組，在餐盒中起到 膠聯(lián)和防水的作用， 可利用該特點(diǎn)在甚至不加助 劑的情況下，改善一次性餐盒防油、 防水的功能。
２) 漿料：竹纖維模塑餐盒前期通常是采用亞硫酸鹽法制漿，需進(jìn)行大量的蒸煮，在反應中會(huì )產(chǎn)生含硫化合溶出物和含硫氣體，這些氣體會(huì )殘 留在纖維間及纖維的細胞壁內，漿料在模塑成型 過(guò)程的溫度通常在180℃，在高溫條件下，殘留在纖維間及纖維細胞壁內的H2S等氣體會(huì )逸出,因而不可避免地產(chǎn)生難聞的氣味, 可采用蒸汽爆 破等清潔的物理預處理方式, 改善竹纖維餐盒加 工過(guò)程中殘存的氣味。
4.3 降解性能研究
近年來(lái)，國內外對植物纖維餐盒降解性能的主要研究方法有: 田間試驗、活性淤泥法、特定酶或微生物降解法、好氧堆肥法、厭氧試驗法 等，
郭安福等，采用霉菌侵蝕實(shí)驗法對植物 纖維餐盒的降解性能進(jìn)行了研究，結果表明植物纖維淀粉餐盒的微生物降解程度為Ⅴ級，生物降解率大于41％，廢棄的竹纖維餐盒丟棄在土壤中，可在2個(gè)月內全部降解，當前備受關(guān)注的 ＰＬＡ 餐盒雖然可降,解，但其降解條件較為苛刻 (濕度50％ ~ 60％，溫度５０~70 ℃)，在自然環(huán)境下的降解速度遠沒(méi)有竹纖維餐盒快，為優(yōu)化餐盒的使用性能，國內外學(xué)者通過(guò)調節打漿度、成型溫度和壓力等方法提高材料的挺度、抗壓性能，并配比不同助劑改善餐盒的耐水、耐油、 耐溫等性能，材料使用性能在不 斷提高的同時(shí)《其抵抗降解的能力也在增強。
4.4 廢棄纖維餐盒預處理與再利用纖維的回收利用可以節約造紙原料、減輕污染和節約能源，目前針對來(lái)源于紙和紙板的二次 纖維研究較多，其用途主要有造紙原料或制造蛋托、果托等，再回收利用率不到40％，纖維二次利用主要存在以下問(wèn)題:
１) 纖維品質(zhì)下降：成紙強度較差， 二次纖維的角質(zhì)化問(wèn)題是有效利用二次纖維所面臨的最重要的問(wèn)題，由于二次纖維在抄紙過(guò)程中纖維細胞腔產(chǎn)生不可逆收縮并形成內部氫鍵，相比于原纖維，濾水性能和潤脹 能力下降，因此形成的紙張抗張和耐折強度會(huì )普 遍降低。
２) 膠黏劑和細小纖維成分多且復雜：容易產(chǎn)生粘網(wǎng)，影響設備運行，廢棄竹纖維餐盒在使用過(guò)程中涉及的食用成 分復雜，對其回收利用的技術(shù)研究很少，張素鳳等通過(guò)水力攪拌和分離廢棄的液體包裝盒，以纖維平均長(cháng)度、平均寬度為評價(jià)指標，可回收到品質(zhì)較好的纖維，具有很高的再利用價(jià)值，該研 究思路也為廢棄竹纖維餐盒的再利用提供了新方向，如丟棄前通過(guò)簡(jiǎn)單的機械手段 (粉碎) 或農 業(yè)治理技術(shù) (微納氣泡) 進(jìn)行結構破壞和油水分離，使廢棄餐盒具有加速降解和二次纖維高質(zhì)量 利用的雙重作用護生態(tài)環(huán)境，可以更好地節約森林資源，保護生態(tài)環(huán)境。
5結語(yǔ)
綜上所述，以竹纖維為原料制備的一次性餐 盒，具有顯著(zhù)的資源、 材性和技術(shù)優(yōu)勢，產(chǎn)品性能優(yōu)良，具有良好的發(fā)展前景，但目前還存在一些需要克服的問(wèn)題和挑戰，如設備自動(dòng)化程度較 低、 產(chǎn)品質(zhì)量有待提高和缺乏系統的追溯體系等，廢棄竹纖維餐盒還可借鑒紙和紙板二次纖維的再打漿和抄造等方式，提高纖維的利用率。（文章來(lái)源：國際竹藤中心）
