《Journal of the Indian Chemical Society》：Development of Eco-Friendly Packaging from Krajood (
Lepironia articulata) Waste Materials for Biodegradable Products
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本研究利用泰国南部Krajood（水蜡烛）废纤维为原料，通过碱处理工艺制备可降解包装纸，探究最佳制浆条件（5% NaOH溶液煮沸30分钟）对纸张厚度、 grammage（定量）、抗拉强度及吸水率的影响，发现纸张性能随废料添加量增加而提升，并验证生物涂层可加速降解，成型温度120℃、纤维量500g/40×40cm2时产品结构稳定，为可持续包装提供新方案。
乔卡伊·穆安马斯（Chokchai Mueanmas）|蒂普蒂瓦·桑潘塔米特（Tiptiwa Sampantamit）|尼拉蒂赛·拉克马克（Nirattisai Rakmak）|阿里萨·索帕贾恩（Arrisa Sopajarn）
泰国帕塔隆（Phatthalung）塔克辛大学（Thaksin University）工程学院，邮编93210
摘要
本研究的主要目标是利用克拉乔德（Krajood）废弃物生产可生物降解的包装材料。本文探讨了造纸工艺、所得纸张的物理性质及其降解过程，以期为可生物降解包装材料提供参考。实验结果表明，最佳的制浆条件是在5%的碱性溶液中煮沸30分钟。物理分析显示，随着克拉乔德浆料用量的增加，纸张的厚度、克重、抗拉强度、断裂伸长率和吸水时间均有所提高，而密度则有所下降。该纸张具有天然的生物降解性，通过生物塑料涂层处理后，其降解速度进一步加快。对于食品包装样品，最佳的成型条件是在120°C下使用500克纤维压制60秒，从而得到结构稳定、表面均匀的产品。所开发的包装材料具备适用于环保应用的功能特性。
引言
塑料因其轻便、耐用和成本效益而在现代社会得到广泛应用。然而，其对化石基材料的依赖以及一次性使用的特性引发了日益严重的环境问题。全球近40%的塑料产量用于包装，其中大部分在环境中长期累积且难以分解[1]。塑料垃圾对环境的影响，加上资源枯竭、生物多样性丧失和污染等更广泛的问题，加剧了对可持续发展策略的需求。为应对这些挑战，泰国认识到在经济增长与环境保护之间取得平衡的紧迫性。该国面临资源退化、经济波动和社会不平等等紧迫问题，这些问题因气候变化和污染而更加严重。为解决这些问题，泰国政府制定了为期20年的国家战略（2018-2038年）和第13个国民经济和社会发展计划草案，其中包含了2021-2026年的生物循环绿色经济（Bio-Circular-Green Economy, BCG）模式。该模式利用泰国丰富的生物多样性和文化遗产，促进可持续经济发展，与自给自足经济理念（Sufficiency Economy Philosophy, SEP）和联合国可持续发展目标（United Nations Sustainable Development Goals, SDGs）保持一致。通过重点发展可持续产业、推动创新和保护环境（目标6、13、14和15），BCG模式整合了科学知识、技术和创新，以实现自然资源和文化遗产的最大价值，将可持续性置于经济进步的核心位置。
从传统塑料包装转向环保替代品，要求这些新材料具备与化石基塑料相似的性能。因此，对更可持续的包装解决方案的需求日益增长。源自可再生资源（如生物基材料）的材料已成为减少环境破坏、保护有限资源和支持循环经济的重要途径。其中，纤维素纤维因可再生性和更快的降解速度而在食品包装领域越来越受欢迎，成为传统塑料包装的可行且可持续的替代品。
许多研究探讨了使用植物纤维替代塑料包装的可能性。例如，Alirach等人（2024年）[2]研究了利用甘蔗渣（sugarcane bagasse）制备生物纸张的方法及其性能。这些甘蔗渣来自乌干达的一家当地加工厂，在不同温度（150°C、160°C和170°C）和不同淀粉（2%、4%和6%）及树脂含量（1.25%、2.5%和3.75%）条件下进行控制消化处理后，结果显示其具有良好的机械性能，如条带强度25.3公斤力、撕裂强度0.34公斤力、抗张强度2.39公斤/平方厘米和吸水率156%。这些生物纸张还具备足够的抗湿性，符合国际包装应用标准。这些研究突显了利用甘蔗渣生产可生物降解材料的可行性，为塑料垃圾污染问题提供了环保的解决方案。Harikrishnan等人（2023年）[3]开发了使用水葫芦纤维（water hyacinth fibers）和废纸、甘蔗叶纤维（sugarcane leaf fibers）作为增强剂的可生物降解餐具。研究比较了无粘合剂板材和使用淀粉作为粘合剂的板材，并探讨了环氧蓖麻油（epoxidized castor oil）涂层对材料疏水性的影响。最佳配方含有20%的香蕉纤维（BF-20），表现出最高的抗拉强度（6.23兆帕）和伸长率（10.09%），而甘蔗纤维（SC-30）则具有最佳的疏水性，接触角为124.3°。降解测试表明，大多数样品在20天内完全分解。Chungsiriporn等人（2022年）[4]研究了利用油棕纤维（oil palm fiber）制备具有增强防水性的包装纸，并应用了蜂蜡-壳聚糖（beeswax-chitosan）涂层。研究考察了不同NaOH浓度（15%、17.5%和20%）对纤维制备的影响，并在受控条件下使用不同纤维重量（200克、250克和300克）生产纸张。经过热压处理的涂层纸张在物理和机械性能上有所提升，最大抗拉强度达到21.74千牛/米，吸水时间长达96分钟。此外，生物降解测试显示该材料在土壤中埋藏60天后重量减少了约70%。Chollakup等人（2021年）[5]研究了利用稻草纤维（rice straw fiber）制备包装纸，并应用了蜂蜡-壳聚糖涂层以提高其防水性能。研究考察了不同NaOH浓度对纤维制备的影响，并在控制条件下使用不同纤维重量生产纸张。涂层纸张在物理和机械性能上均有显著改善，最大抗拉强度为21.74千牛/米，吸水时间长达96分钟。此外，生物降解测试表明材料在60天内重量减少了约70%。
克拉乔德（Krajood，学名Lepironia articulata）是一种生长在湖泊和湿地中的湿生植物，在泰国南部和东部地区尤为常见[7]，特别是在帕塔隆、那空是贪玛叻（Nakhon Si Thammarat）和宋卡（Songkhla）等地。这种植物广泛用于制作手工艺品，如垫子、袋子等。这些产品的生产每月产生约1.98吨废弃物，主要是编织或成型过程中的剩余纤维。尽管克拉乔德纤维具有强度、柔韧性和耐用性等优良物理和机械特性，但这些废弃物通常被丢弃。利用克拉乔德纤维制作纸浆具有多重优势：其韧性使克拉乔德浆料适合生产耐用且可生物降解的包装材料，有助于解决塑料垃圾问题。将克拉乔德纳入包装材料可促进使用对环境影响较小的天然材料，同时增加这种本地种植植物的价值，并通过为农产品创造价值来支持当地社区的可持续发展。克拉乔德能在积水地区生长，是一种不会与粮食生产用地竞争的可持续资源，为纸浆生产提供了环保的替代方案。将克拉乔德应用于环保产业可以创造新的商业机会，满足对可持续材料的需求。
本研究的新颖之处在于利用了克拉乔德废弃物——一种原产于东南亚湿地的非木质纤维。与传统通常由木材浆料制成的牛皮纸或纸板不同，克拉乔德纤维是一种更可持续且可快速再生的替代品。虽然以往的研究多关注稻草或甘蔗渣等常见农业废弃物，但本研究重点关注了克拉乔德的独特机械性能和纤维结构，突显了其在循环经济背景下作为传统木质包装替代品的潜力。具体而言，该材料具有独特的纤维韧性和中空结构，需要精确优化加工参数以充分发挥其天然机械强度。研究内容包括从这些废弃物中制备纸浆，并全面评估所得纸张的物理性能和生物降解性，旨在提升这些原本无经济价值的材料的价值，直接支持生物循环绿色经济（Bio-Circular-Green, BCG）模式，减少环境影响。
材料制备与纸张生产过程
克拉乔德手工艺废弃物来自泰国帕塔隆省的Lenoi Craft社区企业。废弃物被切成约5-7厘米长的小段，然后采用化学制浆法（碱法制浆）将其转化为纸浆。具体操作为：将500克干燥的克拉乔德纤维放入5000毫升浓度介于0%至6.25%（重量/体积）的氢氧化钠（NaOH）溶液中，在100°C下煮沸15至120分钟。
克拉乔德手工艺废弃物的物理特性
克拉乔德手工艺废弃物主要由长度在10-60厘米之间、厚度约为1毫米的纤维组成。这些纤维中常含有棕榈叶残余部分，颜色呈淡棕色。克拉乔德的天然颜色为浅棕色，在编织过程中会用红色、黑色和绿色等天然染料进行染色（图1(a)）。为了制备纸浆，这些纤维需要经过进一步处理。
结论
总之，本研究展示了将Lenoi Craft社区企业的克拉乔德废弃物回收利用为环保包装材料的潜力。经碱性处理的纸浆制成的纸张呈现出独特的浅棕色、质朴的纹理和均匀的纤维分布。物理性能（如厚度、克重、抗拉强度和吸水率）受所用纸浆量的直接影响，而纸张密度则受到其他因素的影响。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
作者贡献声明
阿里萨·索帕贾恩（Arrisa Sopajarn）：负责写作、审稿与编辑、数据收集与分析、方法论构建及概念构思。
蒂普蒂瓦·桑潘塔米特（Tiptiwa Sampantamit）：负责写作、审稿与编辑、结果验证、方法论设计及概念框架构建。
尼拉蒂赛·拉克马克（Nirattisai Rakmak）：负责写作、审稿与编辑、初稿撰写、数据分析及形式化分析。
乔卡伊·穆安马斯（Chokchai Mueanmas）：负责写作、审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资源协调、方法论设计、资金筹集、数据分析及概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了塔克辛大学（Thaksin University）研究基金的支持。作者感谢塔克辛大学工程学院提供的研究设备和设施。
