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針對包裝行業,上海發那科展出了4套針對包裝行業各有特色的包裝生產流水線系統單元:
并聯六軸機器人結構是發那科獨有的,這種設計可以使得這款機器人產品擁有很高的柔性。在工作中不僅可以隨意地變換物品的角度,更適用于整列、裝配等多種作業。FANUC M-1iA機器人,配有適應復雜裝配作業的多軸手腕,靈活程度不亞于人類的手指,無論是分揀、標注,還是插取、搬運,它靈巧自如的手抓,流暢高效的作業,應用自如地為包裝行業的自動化生產提供了完善的解決方案。
拳頭機器人的先進性還體現在集成了很多其他先進的功能。作為FANUC家庭的一員,拳頭機器人同樣具有超強的“視覺”和“觸覺”。發那科是最早把視覺系統和機器人本身結合在一起運用的機器人公司。同時,公司非常注重視覺系統的研發,無論是最初的二維視覺系統還是目前的三維視覺系統的研發,發那科都一直走在技術的最前沿。
FANUC M-2iA機器人Picking系統,通過視覺與編碼器對運行輸送線上雜亂擺放的工件進行抓取,最快抓取節拍可以達到175次/分鐘,大大提高了撿取與整列的生產效率。
針對食品包裝生產流水線開發的經濟型瓶裝飲料產品線高速搬運,有助于客戶降低成本,FANUC M-710iC/50H高速機器人Packing系統,最快抓取節拍可達50次/分鐘,配置對應的手爪,可對應食品行業多種產品,大大降低裝箱生產過程中的勞動強度并提高了裝箱的穩定性。
自立袋:貨架展示效果達到極致
自立袋是一種底部具有水平支撐結構的軟包裝袋,其無需倚靠任何支撐物且無論包裝袋是否開啟都能實現自行站立。相比傳統的枕形袋,自立袋具有極佳的貨架展示性,特別適合大型購物中心、超級賣場的陳列展示,有助于提高產品檔次。而且,通過在包裝袋上增加吸嘴、螺旋蓋等輔助裝置,自立袋還具有食用方便和再次密封保鮮的功能。此外,為了滿足個性化的消費需求,自立袋還可以增加個性化的設計元素,如提手、曲線輪廓、可再封拉鏈等,從而大大提升消費者的購買欲。更值得一提的是,自立袋在生產、運輸和倉儲成本上都明顯低于金屬罐、塑料瓶和玻璃瓶,這愈發顯現出自立袋的成本優勢。
憑借諸多優勢,目前自立袋已在食品、果汁飲料、可吸果凍、調味品、寵物食品等包裝中得到了廣泛應用。近年來,一些非食品(如洗滌用品、日用品、化妝品、醫藥用品等)行業也開始逐漸應用自立袋。相信隨著國內包裝企業對自立袋認識的不斷提高,自立袋的應用領域將更加廣闊。
拉鏈袋:可再封技術提升消費便利性
拉鏈袋是指在原有軟包裝袋的基礎上增加一個拉鏈,從而為包裝袋增添可再封的功能,使消費者對未食用完的食品進行重復密封。這個創意起源于美國Zip-Pak公司,自20世紀50年代起,該公司便開始研究可再封拉鏈包裝,專門為食品行業提供可再封包裝解決方案,截至目前其已相繼開發了200多個專利拉鏈包裝。在歐美等發達國家和地區,拉鏈袋已廣泛應用于肉類、奶酪、冷凍食品、堅果、糖果和糕點等食品包裝領域。為了開拓中國市場,Zip-Pak公司于2008年在上海設立了辦事處,這預示著中國市場將會出現越來越多的可再封拉鏈袋。
目前,用于食品包裝的拉鏈袋主要包括三大系列:壓合式、滑塊式和拉鏈條式。這三大系列拉鏈袋的共同特點是:在拉鏈內側采用了獨特的“Peel-Seal”封口技術,在包裝開啟之前,這層封口能將食品與袋口有效隔開,以保證拉鏈的衛生性和食品的品質;而封口一旦撕開,便無法還原,因此,還可以由封口的完好與否來判斷包裝是否被盜啟,從而有效保障內裝食品的安全性。
最近,Zip-Pak公司推出了一款ZIP-PAK Retort耐蒸煮系列拉鏈袋,該拉鏈袋的獨特之處在于其采用了新型的聚丙烯拉鏈,且拉鏈下側連接有一個凸起的邊,可保證高溫蒸煮時包裝袋的密封性,從而確保內裝食品的品質,這一產品將可再封技術的優勢延伸到了蒸煮食品包裝領域。此外,為滿足消費市場的個性化需求,拉鏈袋“家族”不斷有新成員出現,如與自立袋融為一體的橫向拉鏈袋、適合奶粉等粉末狀食品的防粉拉鏈袋,以及防水拉鏈袋、可降解拉鏈袋等。
盒中袋:軟硬包裝的完美組合
顧名思義,盒中袋就是將軟包裝袋置于包裝盒(如紙盒、木盒、金屬盒等)內而形成的一種獨特的包裝形式。盒中袋最早出現在澳大利亞,主要用于葡萄酒包裝,由于其兼具軟、硬包裝的優點(內袋阻隔性好,外盒儲運方便),因此被認為是軟、硬包裝的完美組合。
傳統的葡萄酒、果汁等飲品包裝在開啟后大多無法進行有效保存,必須在極短的時間內飲用完,否則就會被氧化而失去原有的口味。而盒中袋恰好解決了這一問題,其配有專門的閥門,在飲用時打開閥門即可,完全不用擔心空氣的侵入。因此,采用盒中袋包裝的葡萄酒、果汁等飲品,在開啟后還可以再存放30~60天,在此期間消費者可以任意飲用,大大提高了消費者的便利性。同時,盒中袋不僅避免了玻璃瓶在運輸和使用過程中的破損問題,大大提高了安全性,而且自重輕,可節省80%的原輔材料,包裝綜合成本低。最重要的是,盒中袋所用包裝材料為紙板和可回收的塑料薄膜,使用后易于分離和回收,可實現循環再利用,完全符合當今綠色環保的要求。
【關鍵詞】食品包裝 納米復合材料 應用
1 納米復合材料在食品包裝中的優勢
納米復合材料多以聚合物為基底,是將柔性良好的高分子聚合物繳入納米尺寸(1nm~100nm)分子中或納米顆粒制備而成[1]。納米復合材料主要有無機納米材料和有機聚合物組成,這兩種材料都能改善包裝材料的特性,防止細菌滋生,從而有效保障食品的品質。
1.1柔性高
納米復合材料由柔性良好的高分子聚合物組成,所以其制成的包裝材料具有非常好的柔性,不易磨損,相對與傳統食品包裝材料使用壽命更長。且納米復合材料的可塑性高,食品包裝的設計者可以將納米復合材料設計成需要的造型,以便突出整個食品的特點與設計理念。
1.2物理化學性能穩定
納米粒子的直徑小,比表面積大,具有良好的物理化學性能,在高溫條件下也不會發生變形。納米復合材料的阻斷性能也好,能有效防止細菌滋生,祛除異味,延長食品的使用時間,保證了食品的質量。
1.3生產成本低且環保
隨著納米技術的發展與普及,納米復合材料的制作成本也得到了很大的降低。如新型抗菌材料PA66中就是加入了一種納米黏土復合材料,將納米氧化鋅運用到包裝材料的生產中,使得該材料的成本得到大幅度的降低。且納米復合材料具有良好的降解性,不會對環境造成任何危害[2]。納米復合材料中納米分子是微孔結構,具有高比表面積,能自主的選擇過濾氧氣與二氧化碳,為果蔬類食品形成了一個天然的氣調包裝,延長了果蔬類食品的保鮮時間。
2 納米復合材料在食品包裝中的應用
2.1在延長食品保鮮中的應用
果蔬類食品存放時會釋放乙烯,當乙烯達到一定濃度后會加速果蔬類視屏的腐爛。傳統的食品包裝材料中并不能夠很好的吸收乙烯,因此無法實現對果蔬類食品長時間保鮮的目的。但有研究發現納米銀可以催化乙烯,若在果蔬類食品包裝材料中加入納米銀,就能減少乙烯的濃度,延長果蔬類食品的保鮮時間。
2.2在提升食品包裝封閉性中的應用
食品包裝的封閉性主要是用于阻斷氧氣、二氧化碳及水蒸氣等,以延長食品的保存時間。聚合物納米復合材料及蒙脫土納米復合材料都具有良好的阻斷性,能提升食品包裝的封閉性,降低其滲透性。如岳青青研究發現,有機蒙脫土納米復合材料相較與天然橡膠,其對對氧氣的滲透量率降低了近50%,說明納米復合材料具有良好的氣體阻斷性,能有效提升食品包裝的封閉性[3]。
2.3在保證食品抗菌中的應用
納米復合材料本身就具有良好的抗菌性能,能有效抑制微生物的滋長,從而保證食品不受細菌污染。有研究顯示,在聚烯N薄膜中加入無菌納米抗菌劑和增增效劑,其殺菌力能夠達到98.13%,且阻斷性與封閉性沒有受到明顯影響,但其柔性、堅韌性就會有所下降。
3 納米復合材料在食品包裝中的安全性
雖然相對于傳統的食品包裝材料,納米復合材料具有良好的物理化學性能、抗菌性強、柔韌性高且材料環保,但其納米材料是否會與其他分子產生生物學效應,已經成為人們關注的重點。有研究發現,納米顆粒若產生大量的活性氧物質,那么在生物體內就會呈現出一定的毒性;若納米復合材料中有納米金屬或金屬氧化物,納米金屬納米顆粒就與生物體內的蛋白結合,造成蛋白功能異常,直接或間接呈現出基因毒性[4]。通過對納米復合材料的成分、溫度和時間等研究發現,納米金屬或金屬氧化物顆粒產生的毒性與其浸泡的溫度與時間有關,但具體關系目前尚無定論,仍需進一步的研究[5]。而納米金屬或金屬氧化顆粒進入到人體后歸宿、是否會對機體組織造成影響、造成怎樣的影響及相應的解決方案,都需要大量的研究與探討。
結語
納米復合材料因其良好的阻隔性、抑菌性與催化乙烯的等性能,能有效的延長食品的保鮮時間,抑制微生物的生長,保證了食品的安全與品質,延長了食品的保質期。且其造價成本低,對環境不造成任何危害,故而被廣泛的運用與食品包裝中。但因納米復合材料中的納米顆粒會與其他分子發生生物學效應,產生一定的毒性,故其安全性仍待商榷。
【參考文獻】
[1]韓偉,于艷軍,李寧濤,王利兵.納米復合材料在食品包裝中的應用及其安全評價[J].科學通報,2011,03:198-209.
[2]張宏康,G.S.Mittal.納米復合食品包裝材料研究進展[J].食品工業,2011,05:82-84.
[3]艾茜,胡長鷹,林勤保,王志偉,李河.納米銀/低密度聚乙烯復合食品包裝薄膜的表征及性能[J].食品工業科技,2014,22:294-298.
山東泉林紙業有限責任公司是以漿紙業為核心的大型集團化企業,主導產品有精制本色漿、本色文化紙、本色生活用紙、食品醫療包裝盒、綠色有機肥料五大類上百個品種,產品暢銷國內30多個省、市、自治區,部分產品遠銷歐美、日韓等國際市場。通過了國際質量、環境、職業健康與安全三合一管理體系認證和國家AAA-標準化良好行為企業認證,建有國家級企業技術中心,是國家創新型企業、國家第一批循環經濟試點企業。
問題
對于我國造紙工業而言,無論是可供木材資源,還是人均造紙林面積都和國外有巨大的差距,對進口木漿的高依存度已經成為制約我國造紙行業發展的最大瓶頸。與此同時,作為農業大國,我國每年產生的多達7億噸秸稈大部分被廢棄和燒掉,造成了嚴重的環境污染。草漿對木漿的替代一度被認為是能夠有利于環境保護,并有效扭轉我國森林資源匱乏、造紙產業對木漿進口依存度過高的被動局面,促進造紙產業可持續發展的重要解決方案。然而多年來,由于技術的限制,草漿不能生產高檔紙和制漿黑液處理難形成的環保瓶頸一直困擾著傳統秸稈制漿造紙業的發展,并且傳統草漿造紙的耗水也遠高于木漿造紙。在全球造紙業以木漿為主的大環境下,如何破解草漿制紙的技術難題、開拓造紙業可持續發展之路,成為了我國造紙企業重要的機遇與挑戰。
解決方案
泉林紙業在業內首先提出發展循環經濟、建設“綠色泉林、生態紙業”的概念,矢志實施農作物秸稈深度利用,依靠技術創新,“給秸稈找出路,為行業開新路”。
“秸稈清潔制漿技術”實現草漿向生產高檔紙的跨越
1998年,泉林紙業與中國制漿造紙研究院、南京林業大學等科研院所合作,成立了技術攻關小組,2001年,開發出“秸稈清潔制漿技術”,取代傳統草類蒸煮制漿工藝應用于生產實踐,并于2009年獲得中國輕工業聯合會的“國際領先技術成果鑒定”。該技術生產的秸稈漿關鍵質量指標優于闊葉木漿,取得了替代闊葉木漿用于生產高檔制品的良好效果。并且,應用該技術生產本色草漿,取消了傳統的漂白工段,不僅比漂白漿節能20%,從源頭上杜絕了有氯漂白過程中有機鹵化物AOX的產生,外排水體和產品中也均不含二噁英等有毒有害物質。得益于此,泉林以秸稈本色漿為主要原料開發的本色文化紙、生活用紙、食品包裝盒(紙)等高檔本色系列產品均通過了美國FDA和歐盟SGS等食品級檢測機構的檢測,是具有低碳、環保、健康等特點的食品級紙張,而餐盒等包裝制品還可替代塑料等石油產品。
基于在本色系列產品方面成熟的生產實踐,泉林參與了國家《紙和紙板(亮度)白度最高限量(GB/T24999-2010)》標準的制定,主持編制了本色漿、本色復印紙、本色生活用紙、本色食品包裝原紙、本色食品快餐具五個環境友好型產品的八項山東省地方標準,目前,正在環保部的推動下開展以上產品的國家標準制定工作。
制漿黑液用于生產木素有機肥破解黑液處理難題
泉林技術人員研究發現,黑液中的木質素在土壤中可很快轉化成黃腐酸,是制造有機肥的很好原料,于是他們首先調整制漿工藝,應用新亞銨法制漿,解決了堿法制漿黑液不能農用的問題,并進而開發出國際領先技術——“秸稈制漿廢液精制有機肥技術”,對銨法制漿黑液實施蒸發濃縮制造富含黃腐酸的有機肥。其肥料理化性狀穩定、商品性狀好,相比普通肥料,它可提高農作物的抗逆性,使糧食作物增產10%以上,降低化肥施用量10%以上。
目前,泉林紙業以環保為基礎,秸稈為原料,已經建立起農作物秸稈采用亞硫酸銨法清潔制漿技術生產優質本色漿,電廠銨法脫硫生成的副產物亞硫酸銨直接回用于蒸煮,以本色紙漿替代部分闊葉木漿生產高檔本色文化紙、本色生活用紙、本色食品包裝紙、本色食品包裝盒等制品,制漿過程中的廢液回收制造有機肥,制漿造紙中段水綜合處理后部分回用于生產,部分外排,有機肥回用于農業生產等多條橫向耦合、縱向銜接的循環經濟產業鏈,形成了資源一產品一再生資源的良性循環。
多方合作創新商業模式
為了滿足大規模生產中的秸稈原料供應,也為了廣泛解決秸稈的浪費及其造成的環保問題,泉林紙業通過建社布點、推廣麥草自動打捆機、肥料換秸稈或給予農民收購補貼等方式,建立了“企業+合作社+千噸點”三位一體的秸稈收儲網絡。這一方式與當地的農業銀行、農民等實現了多方的合作與共贏。成效
經濟效益
2000年曾因排污嚴重被環保部列入“黑名單”的泉林紙業,在2005年被確定為全國首批循環經濟試點企業。由于對秸稈綜合利用的技術探索,泉林實現了多項專利技術的創新,獲評“2012年國家技術創新示范企業”,并形成了運作成熟的秸稈造紙循環經濟產業模式。泉林秸稈綜合利用制漿造紙產業,把秸稈轉化成本色漿、本色生活用紙、本色文化用紙、本色餐盒和有機肥料,遠銷海內外,其中本色生活用紙更被認定為國家科技部的“國家重點新產品”。在生產經營方面,按照年處理80萬噸本色草漿測算,泉林每年可減少4.8萬噸漂白劑等化學品用量,年降低成本64000萬元。
社會效益
泉林的秸稈綜合利用制漿造紙項目對環境保護大有裨益。據測算,生產1噸麥草漿,可減少秸稈燃燒產生的二氧化碳2.5噸,減少秸稈堆放產生的面源污染COD總量2.6噸。按照目前泉林紙業正在建設的年處理150萬噸秸稈綜合利用項目的生產能力一年的生產將能夠減少150多萬噸二氧化碳的排放。而草漿替代木漿后,每年可節省木材240萬方,約合16萬公頃森林植被,年可產氧氣388萬噸,吸收二氧化碳439萬噸,減排溫室氣體效果顯著。而通過節水技術,泉林紙業生產流程中每年可節水3600萬噸,減排COD360萬噸;制漿過程取消漂白工段,杜絕可吸附有機鹵化物AOX與二嗯英的影響;用泉林本色漿生產的環保餐具可替代部分石化(塑料)產品,也節約了大量石油;泉林制造的富含黃腐酸的有機肥產品亦助益改造我國中低產田、提高化肥利用率、減輕農業面源污染,保障國家糧食安全和食品安全。
此外,這種循環經濟模式也催生了秸稈收購業,帶動秸稈收儲和運輸物流業發展。目前泉林紙業已在安徽、江蘇、河南等糧食大省及臨近的聊城、濟南、濟寧等地區建成21個秸稈專業合作社,千噸點建成600個。2011年已加入合作社的千噸點收儲能力達30萬噸。按每噸秸稈價格240元計,泉林紙業一年的生產能為農民帶來約48000萬元的收入。
在新的市場環境下,材料創新的要求已經不僅僅是開辟新的材料來源、開發和利用成本更低的替代材料那么簡單,每個行業的創新都對材料的改進和創新提出了全新的要求:便攜電子產品需要輕薄的材料,延長食品的貨架壽命需要阻隔性能好的包裝材料,沖鋒衣的里料需要保暖又透氣,跑鞋的底膠為了符合人體工學對材料提出了完全不同的要求……隨著企業產品更新速度的加快,一方面需要研發人員加快產品的創新速度,另一方面也需要在材料上進行持續創新。在帝斯曼工程塑料業務部總裁Roelof Westerbeek看來,行業中最容易操作的創新前人已經做完了,接下來的事情一定更復雜、更難,對于材料供應商來說,挑戰是巨大的。
C:材料行業的新趨勢是什么?
W:材料行業的一個趨勢是生物基可再生材料。現在已經有一些新產品,包括可呼吸材料、可呼吸薄膜,還有汽車上使用的熱塑性塑料復合材料,都是環保產品,同時也具有很高的性能。另一個趨勢是,隨著電子產品的尺寸越來越小,材料生產商要為之生產微型部件。這就需要很特別的材料,而這些材料的物理結構和性能都是我們不太熟悉的。還有一個趨勢是塑料和電子產品的融合。這需要特別的技術,現在絕大多數的電子元器件是焊接在電路板上的,以后許多部件都可以集成在塑料材料上面,拆卸安裝都很方便。
C:對于一家傳統的制造型企業,如何才能保證技術的領先性,并同時確保推出新產品的速度?
W:每一年,為了產品更新換代,我們都準備好丟失15%至20%的業務量。我們會在全球市場挑選十幾個創新領域,包括電子、電器、汽車、運動器材、醫療器材、食品包裝等,然后開發新的解決方案。這些領域可以歸入兩大范疇,一個范疇我們稱為“藍盒子”,指現有市場,另一個我們稱為“紅盒子”,指全新的理念、全新的客戶、全新的解決方案。我們在現有市場注入創新成果,同時,我們將10%至20%的創新資源投入到全新的領域,為5到10年后的創新做準備。我們不僅在“藍盒子”領域投入資金和人員,也關注“紅盒子”領域。我們專門分配了資金和人員,還任命了創新經理,負責面向未來的創 新。
C:作為一個B2B的材料供應商,帝斯曼和下游客戶的合作模式是什么樣的?
W:我們一般會和客戶共同開發,提供一個全面的解決方案。如果和客戶共同開發引擎,我們就要理解所有相關應用,而不只是關心我們的材料。例如,汽車里有動力傳輸系統,不管是手動檔還是自動檔汽車,都有復雜的變速箱,我們開發塑料材料替換變速箱里的金屬件,包括變速箱里的傳感器,這些部件都很復雜,要求很高。為了說服客戶,讓他們用我們的塑料替換變速箱里的金屬件,我們就要懂得變速箱的原理,不僅要懂得材料,還要懂得變速箱的其他要求。所以,我們不僅提供材料,還提供與材料相關的知識和應用。例如,我們為手機廠商提供材料,不僅要了解塑料,還要了解整個手機。所以,我們的工程師通常不僅僅是材料工程師,他們大多數來自應用產業,包括一些塑料專家,也有一些電子專家、機械工程專家等。