CN109972443B - 一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品及其制备方法与应用。所述防霉防水纸浆模塑制品包括以下质量份组分：防霉剂2～5份、阳离子淀粉3～5份、聚乙烯醇1～3份、湿强剂0.5～1.5份、改性聚乙烯醇纤维1～3份和竹浆100份；其制备方法为：(1)将防霉剂、竹浆和湿强剂混合均匀，然后热压定型切边后制得纸浆模塑制品干坯；(2)在纸浆塑制品干坯表面均匀涂覆喷涂溶液，干燥，制得防霉抗水育苗纸浆模塑制品。本发明制备的防水防霉育苗纸浆模塑制品的制备方法绿色环保，制品易于降解，有效解决了塑料制品带来的白色污染问题，降低生态环境压力，防霉防水效果显著，可用于材料包装、农业栽培育苗杯，有良好的应用前景。

Description

一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品及其制备方法与应用。
背景技术
2017年7月，国务院办公厅印发《关于禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》，要求全面禁止包括废塑料、未分类的废纸等“洋垃圾”入境。农业栽培公司目前所使用的育苗杯为PE塑料产品，再加上禁塑令的推行，急需更换新的可降解材料替代原有塑料产品。
纸浆模塑是以一定浓度的一次纤维或二次纤维纸浆、适量化学助剂为原料，用特殊的模具在适当压力(负压或正压)、温度、时间等条件下，使纤维均匀分布在模具表面脱水后形成具有一定几何形状的湿纸模坯，再进一步脱水脱模、干燥整形塑造出的一体化生产的环保型包装产品。该制品原料来源丰富，生产与使用过程无公害，产品重量轻，抗压强度大，缓冲性能好，使用后易于回收再利用，属经典的绿色包装产品，以纸浆模塑代替PE塑料，越来越受到国内外人士的关注。
但是在以纸浆模塑代替PE塑料在进行育苗时容易出现两个问题：一是在进行浇水时，纸浆模塑吸水比较严重，育苗杯变得松软，没有足够的强度；二是在育苗期间，容易发生霉变，影响幼苗质量。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品。
本申请的另一目的在于提供上述一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品的制备方法。
本申请的再一目的在于提供上述一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品在育苗和材料包装领域的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品，包括以下质量份组分：
防霉剂2～5份、阳离子淀粉3～5份、聚乙烯醇1～3份、湿强剂0.5～1.5份、改性聚乙烯醇纤维1～3份和竹浆100份；所述竹浆按绝干质量份计。
所述防霉抗水育苗纸浆模塑制品，优选为包括以下质量份组分：
防霉剂2～4份、阳离子淀粉3～5份、聚乙烯醇2～3份、湿强剂0.5～1.5份、改性聚乙烯醇纤维1～3份和竹浆100份。
所述防霉剂优选为负载2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和茶多酚的蒙脱土。
所述蒙脱土、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和茶多酚的质量比优选为10：(1～2)：(1～2)：(4～5)；更为优选10：1：1：4。
所述防霉剂优选为由以下方法制备得到：将10质量份蒙脱土加至水中溶解，搅拌条件下加入(1～2)质量份2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、(1～2)质量份2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和(4～5)质量份茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩、冷冻干燥，制得防霉剂。
所述真空浓缩的温度优选为50℃～70℃；所述冷冻干燥的温度优选为-30～-20℃，时间优选为2～4h，使防霉剂中的水分完全去除。
所述阳离子淀粉的取代度优选为0.02～0.06。
所述聚乙烯醇优选为粉末状，粒度为80～120目。
所述湿强剂优选为PAE湿强剂。
所述改性聚乙烯醇纤维由以下方法制备得到：将水、聚乙烯醇纤维和甲基丙烯酸缩水甘油酯加入反应器中，调节为酸性，搅拌，制得分散均匀的聚乙烯醇纤维悬浮液；加入酸性硝酸铈铵(CAN)溶液，加热反应，过滤，洗涤，用丙酮抽提，真空干燥，得到改性聚乙烯醇纤维。
所述水、聚乙烯醇纤维和甲基丙烯酸缩水甘油酯的比例优选为75ml：(4～6)g：(20～25)ml，所述酸性硝酸铈铵溶液与甲基丙烯酸缩水甘油酯体积比优选为3:(4～6)。
所述酸性硝酸铈铵溶液的固含量优选为0.5～1.5％。
所述加热反应的温度优选为35～45℃，反应时间优选为3～4h。
所述聚乙烯醇纤维的水溶温度优选为70～90℃；更为优选为90℃；所述改性聚乙烯醇纤维的水溶温度同聚乙烯醇纤维的水溶温度。
所述用丙酮抽提的目的在于除去产物表面的均聚物。
所述真空干燥温度为40℃～50℃，干燥至恒重。
所述竹浆优选为本色竹浆，其打浆度为28～30°SR。
上述一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品的制备方法，包括以下步骤：
(1)将防霉剂、竹浆和湿强剂混合均匀，然后热压定型，切边后制得纸浆模塑制品干坯；
(2)在步骤(1)的纸浆模塑制品干坯表面均匀涂覆喷涂溶液，干燥，制得防霉抗水育苗纸浆模塑制品；
其中，所述喷涂溶液为质量比为100：(3～5)：(1～3)的水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的混合液。
步骤(1)所述热压的温度优选为160～180℃，热压时间优选为60～120s。
步骤(2)所述喷涂溶液的粘度优选为25～30mpa·s。
步骤(2)所述水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比优选为100：3：2。
步骤(2)所述干燥温度优选为80～100℃，干燥时间优选为90～150s。
上述一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品在育苗和材料包装领域的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明的防霉抗水育苗纸浆模塑制品绿色环保，易于降解，有效解决了育苗PE塑料制品带来的白色污染问题，降低了生态环境压力。
(2)本发明的防霉抗水育苗纸浆模塑制品有良好的防霉效果，在育苗一个周期内，不会发生霉变。
(3)本发明的防霉抗水育苗纸浆模塑制品具有良好的防水效果，不会发生吸湿变形的现象，而且强度较好，可用做材料包装、农业栽培育苗杯，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制得的育苗纸浆模塑制品种入Vene水芹菜一个周期后的发霉情况。
图2为对比例1制得的育苗纸浆模塑制品种入Vene水芹菜一个周期后的发霉情况。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本申请实施例中各项性能测试标准为：
Cobb值测定参照标准GB/T 1540《纸和纸板吸水性的测定法(可勃法)》。
干抗张强度测定参照GB/T12914-2018《纸和纸板抗张强度的测定(恒速拉伸法)。
湿抗张强度测定参照ISO 12625-5:2005薄纸和薄纸制品第5部分：湿抗拉强度的测定。
抗张强度保留率＝湿抗张强度/干抗张强度×100％。
本申请实施例所用的改性聚乙烯醇纤维由以下方法制备得到：
将150mL蒸馏水、8g聚乙烯醇纤维和40mL甲基丙烯酸缩水甘油酯加入到三口烧瓶中，调节为酸性，然后搅拌，制得分散均匀的聚乙烯醇纤维悬浮液。再向体系中加入30mL固含量1％的酸性硝酸铈铵(CAN)溶液，在40℃恒温水浴锅中反应3h。产物经过滤、洗涤，用丙酮抽提以除去纤维表面的均聚物，在40℃下真空干燥至恒重，即可得到改性聚乙烯醇纤维。
实施例1
1.将10g蒙脱土加至2倍质量的水中溶解，搅拌条件下加入1g 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1g 2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和4g茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩(50℃)，冷冻干燥(温度-30℃，时间2h，完全去除水分)，制得防霉剂；
2.将0.16g防霉剂与经碎解分散的8g打浆至28°SR的本色竹浆(绝干)、0.08g改性聚乙烯醇纤维(水溶温度90℃)及0.04g PAE湿强剂进行混合，最后热压(温度160℃，时间60s)定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
3.在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂覆8.4g(所述8.4g喷涂液中含有8g蒸馏水、0.24g阳离子淀粉和0.16g聚乙烯醇)喷涂溶液，并进行干燥(温度80℃，时间90s)；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉(取代度0.02)、蒸馏水、聚乙烯醇(80目)的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：3：2喷涂溶液黏度26mPa·s，得到防霉抗水育苗纸浆模塑制品。
实施例2
1.将10g蒙脱土加至2.5倍的水中溶解，搅拌条件下加入1.5g 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1.5g 2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和4.5g茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩(60℃)，冷冻干燥(温度-25℃，时间3h，完全去除水分)，制得防霉剂；
2.将0.24g防霉剂与经碎解分散的8g打浆至29°SR的本色竹浆(绝干)、0.16g改性聚乙烯醇纤维(水溶温度80℃)及0.08g PAE湿强剂进行混合，最后热压(温度170℃，时间90s)定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
3.在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂8.48g(所述8.48g喷涂液中含有8g蒸馏水、0.32g阳离子淀粉和0.16g聚乙烯醇)覆喷涂溶液，并进行干燥(温度90℃，时间120s)；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉(取代度0.04)、蒸馏水、聚乙烯醇(100目)的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：4：2，喷涂溶液黏度28mPa·s，得到防霉抗水育苗纸浆模塑制品。
实施例3
1.将10g蒙脱土加至3倍的水中溶解，搅拌条件下加入2g 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2g 2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和5g茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩(70℃)，冷冻干燥(温度-20℃，时间4h，完全去除水分)，制得防霉剂；
2.将0.32g防霉剂与经碎解分散的8g打浆至30°SR的本色竹浆(绝干)、0.24g改性聚乙烯醇纤维(水溶温度70℃)及0.12g PAE湿强剂进行混合，最后热压(温度180℃，时间120s)定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
3.在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂覆8.64g(所述8.64g喷涂液中含有8g蒸馏水0.4g阳离子淀粉和0.24g聚乙烯醇)喷涂溶液，并进行干燥(温度100℃，时间150s)；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉(取代度0.06)、蒸馏水、聚乙烯醇(120目)的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：5：3，喷涂溶液黏度30mPa·s，得到防霉抗水育苗纸浆模塑制品。
对比例1
1.将碎解分散的8g打浆至28°SR的本色竹浆(绝干)、0.08g改性聚乙烯醇纤维(水溶温度90℃)及0.04g PAE湿强剂进行混合，最后热压(温度160℃，时间60s)定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
2.在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂覆8.4g(所述8.4g喷涂液中含有8g蒸馏水0.24g阳离子淀粉和0.16g聚乙烯醇)喷涂溶液，并进行干燥(温度80℃，时间90s)；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉(取代度0.02)、蒸馏水、聚乙烯醇(80目)的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：3：2，喷涂溶液黏度26mPa·s，得到育苗纸浆模塑制品。
对比例2
1.将10g蒙脱土加至2倍质量的水中溶解，搅拌条件下加入1g 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1g 2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和4g茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩(50℃)，冷冻干燥(温度-30℃，时间2h，完全去除水分)，制得防霉剂；
2.将0.16g防霉剂与碎解分散的8g打浆至28°SR的本色竹浆(绝干)、0.32g改性聚乙烯醇纤维(水溶温度90℃)及0.04g PAE湿强剂进行混合，最后热压(温度160℃，时间60s)定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
3.在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂覆8.4g(所述8.4g喷涂液中含有8g蒸馏水0.24g阳离子淀粉和0.16g聚乙烯醇)喷涂溶液，并进行干燥(温度80℃，时间90s)；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉(取代度0.02)、蒸馏水、聚乙烯醇(80目)的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：3：2，喷涂溶液黏度26mPa·s，得到育苗纸浆模塑制品。
对比例3
1.将10g蒙脱土加至2倍质量的水中溶解，搅拌条件下加入1g 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1g 2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和4g茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩(50℃)，冷冻干燥(温度-30℃，时间2h，完全去除水分)，制得防霉剂；
2.将0.16g防霉剂与碎解分散的8g打浆至28°SR的本色竹浆(绝干)、0.08g改性聚乙烯醇纤维(水溶温度90℃)及0.04g PAE湿强剂进行混合，最后热压(温度160℃，时间60s)定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
3.在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂覆8.8g(所述8.8g喷涂液中含有8g蒸馏水0.48g阳离子淀粉和0.32g聚乙烯醇)喷涂溶液，并进行干燥(温度80℃，时间90s)；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉(取代度0.02)、蒸馏水、聚乙烯醇(80目)的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：6：4，喷涂溶液黏度33mPa·s，得到育苗纸浆模塑制品。
在对比例1和实施例1所得育苗纸浆模塑制品中同时种入Vene水芹菜(由杭州西红柿环保科技有限公司提供，一个生长周期为夏季21天或冬季35天)，同种环境下培养，固定时间段浇同等量的水，观察两种育苗纸浆模塑制品在一个周期后的发霉情况。图1和图2分别为实施例1和对比例1的育苗纸浆模塑制品一个周期(Vene水芹菜的生长周期，此处为夏季21天)，后的发霉情况。
未加防霉剂的对比例1发霉非常严重，添加防霉剂的实施例1中的育苗纸浆模塑制品没有发霉，本发明的育苗纸浆模塑制品防霉效果比较好。
表1记录了普通纸塑(普通纸塑由东莞裕同包装科技股份有限公司提供)与本申请实施案例制得的育苗纸浆模塑制品的吸水值、干强以及湿强度。与普通育苗纸塑相比，本申请实施案例制得的育苗纸浆模塑制品吸水值较小，干强与湿强有明显提高，抗张强度保留率达62％左右，说明本申请有效地解决了“育苗纸塑吸水比较严重，吸水以后变得松软，没有足够的强度”等问题。
对比例2与实施例1相比，改性聚乙烯醇纤维用量为4份(多于本申请限定的范围)，制得的育苗纸浆模塑制品各项指标都有所下降，这是因为聚乙烯醇纤维添加量过高时，导致聚乙烯醇纤维在纸浆中分散性能变差，使得聚乙烯醇纤维发生交联，降低了与纸浆纤维的粘结作用，因此制品各项指标都有所下降。
对比例3与实施例1相比，在其他条件相同的情况下，增大了阳离子淀粉与聚乙烯醇的含量，且均高于本申请限定的范围，但制得的制品Cobb值、湿抗张强度、干抗张强度和抗张强度保留率均低于实施例1的，说明阳离子淀粉与聚乙烯醇的用量并不是越多，制得的制品的性能就越佳。
表1普通纸塑与不同实施案例的吸水值、干强以及湿强数据
Figure BDA0001994583230000091
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于由以下方法制备得到：
（1）将10g蒙脱土加至2倍质量的水中溶解，搅拌条件下加入1g 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1g 2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和4g 茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩，冷冻干燥，制得防霉剂；
（2）将0.16g防霉剂与经碎解分散的8g打浆至28°SR的本色竹浆、0.08g改性聚乙烯醇纤维及0.04g PAE湿强剂进行混合，最后热压定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
（3）在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂覆8.4g喷涂溶液，并进行干燥；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉、蒸馏水、聚乙烯醇的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：3：2，喷涂溶液黏度26mPa•s，得到防霉抗水育苗纸浆模塑制品。
2.根据权利要求1所述防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于：
将150mL蒸馏水、8g聚乙烯醇纤维和40mL甲基丙烯酸缩水甘油酯加入到三口烧瓶中，调节为酸性，然后搅拌，制得分散均匀的聚乙烯醇纤维悬浮液；再向体系中加入30mL固含量1%的酸性硝酸铈铵溶液，在40℃恒温水浴锅中反应3h；产物经过滤、洗涤，用丙酮抽提以除去纤维表面的均聚物，在40℃下真空干燥至恒重，即可得到步骤（2）所述改性聚乙烯醇纤维。
3.根据权利要求1所述防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于：
步骤（1）所述混合液真空浓缩的温度为50℃，冷冻干燥的条件为温度-30℃，时间2h，完全去除水分；
步骤（2）所述聚乙烯醇纤维的水溶温度为90℃；所述热压的温度为160℃，热压时间为60s；
步骤（3）所述阳离子淀粉的取代度为0.02；所述聚乙烯醇为粉末状，粒度为80目；所述干燥温度80℃，干燥时间90s。
4.一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于由以下方法制备得到：
（1）将10g蒙脱土加至2.5倍的水中溶解，搅拌条件下加入1.5 g 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、1.5 g 2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和4.5 g 茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩，冷冻干燥，制得防霉剂；
（2）将0.24 g防霉剂与经碎解分散的8 g打浆至29°SR的本色竹浆、0.16 g改性聚乙烯醇纤维及0.08 g PAE湿强剂进行混合，最后热压定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
（3）在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂8.48g覆喷涂溶液，并进行干燥；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉、蒸馏水、聚乙烯醇的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：4：2，喷涂溶液黏度28 mPa•s，得到防霉抗水育苗纸浆模塑制品。
5.根据权利要求4所述的防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于：
将150mL蒸馏水、8g聚乙烯醇纤维和40mL甲基丙烯酸缩水甘油酯加入到三口烧瓶中，调节为酸性，然后搅拌，制得分散均匀的聚乙烯醇纤维悬浮液；再向体系中加入30mL固含量1%的酸性硝酸铈铵溶液，在40℃恒温水浴锅中反应3h；产物经过滤、洗涤，用丙酮抽提以除去纤维表面的均聚物，在40℃下真空干燥至恒重，即可得到步骤（2）所述改性聚乙烯醇纤维。
6.根据权利要求4所述的防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于：
步骤（1）所述混合液真空浓缩的温度为60℃，冷冻干燥的条件为温度-25℃，时间3h，完全去除水分；
步骤（2）所述热压的温度为170℃，热压时间为90s；所述聚乙烯醇纤维的水溶温度为80℃；
步骤（3）所述阳离子淀粉的取代度为0.04；所述聚乙烯醇为粉末状，粒度为100目；所述干燥温度90℃，干燥时间120s。
7.一种防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于由以下方法制备得到：
（1）将10g蒙脱土加至3倍的水中溶解，搅拌条件下加入2 g 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2 g 2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和5 g 茶多酚，得到混合液，将混合液真空浓缩，冷冻干燥，制得防霉剂；
（2）将0.32 g防霉剂与经碎解分散的8 g打浆至30°SR的本色竹浆、0.24 g改性聚乙烯醇纤维及0.12 g PAE湿强剂进行混合，最后热压定型切边后得纸浆模塑制品干坯；
（3）在所述纸浆塑制品干坯的表面均匀涂覆8.64g喷涂溶液，并进行干燥；其中，所述喷涂溶液为阳离子淀粉、蒸馏水、聚乙烯醇的混合溶液，蒸馏水、阳离子淀粉和聚乙烯醇的质量比为100：5：3，喷涂溶液黏度30 mPa•s，得到防霉抗水育苗纸浆模塑制品。
8.根据权利要求7所述防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于：
将150mL蒸馏水、8g聚乙烯醇纤维和40mL甲基丙烯酸缩水甘油酯加入到三口烧瓶中，调节为酸性，然后搅拌，制得分散均匀的聚乙烯醇纤维悬浮液；再向体系中加入30mL固含量1%的酸性硝酸铈铵溶液，在40℃恒温水浴锅中反应3h；产物经过滤、洗涤，用丙酮抽提以除去纤维表面的均聚物，在40℃下真空干燥至恒重，即可得到步骤（2）所述改性聚乙烯醇纤维。
9.根据权利要求7所述防霉抗水育苗纸浆模塑制品，其特征在于：
步骤（1）所述混合液真空浓缩的温度为70℃，冷冻干燥的条件为温度-20℃，时间4h，完全去除水分；
步骤（2）所述热压的温度为180℃，热压时间为120s；所述聚乙烯醇纤维的水溶温度为70℃；
步骤（3）所述阳离子淀粉的取代度为0.06；所述聚乙烯醇为粉末状，粒度为120目；所述干燥温度100℃，干燥时间150s。
10.权利要求1~9任一项所述防霉抗水育苗纸浆模塑制品在育苗和材料包装领域的应用。
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