【摘要】：現(xiàn)如今塑料包裝材料導(dǎo)致的“白色污染”及生物資源利用效率低下等環(huán)境問(wèn)題亟待解決,本文針對(duì)此問(wèn)題成功制備出一種可全降解性的生物質(zhì)緩沖包裝材料—以劍麻纖維為骨架,淀粉作為粘結(jié)劑的淀粉基復(fù)合材料。但目前普遍存在淀粉改性對(duì)淀粉基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響機(jī)理研究不夠深入、淀粉基復(fù)合材料防水性不足、淀粉基復(fù)合材料成型工藝不成熟等問(wèn)題。為了解決以上問(wèn)題,本文開(kāi)展了以下研究:為探究淀粉改性對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響機(jī)理,本文深入研究了淀粉的單一/復(fù)合改性對(duì)淀粉基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。其中,淀粉單一改性方式包括:塑化改性、氧化改性和酯化改性;復(fù)合改性方式包括:塑酯改性、氧酯改性。本文首次從韌性和拉伸強(qiáng)度的角度進(jìn)行力學(xué)性能影響的闡述,并且運(yùn)用氫鍵強(qiáng)度、結(jié)晶度和微觀(guān)形貌等微觀(guān)表征方式揭示了其微觀(guān)機(jī)理。經(jīng)力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,淀粉的復(fù)合改性提高淀粉基復(fù)合材料的韌性,單一改性提高淀粉基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。為了揭示其性能變化的內(nèi)在機(jī)理,通過(guò)傅里葉變換紅外分析(FTIR)發(fā)現(xiàn),淀粉的改性過(guò)程使得淀粉內(nèi)部官能基團(tuán)發(fā)生改變,形成更強(qiáng)的氫鍵,其中淀粉酯化改性后形成的氫鍵最強(qiáng),與纖維結(jié)合更牢固。X射線(xiàn)衍射分析(XRD)得到,淀粉經(jīng)過(guò)氧酯改性后,結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞,與劍麻纖維結(jié)合的支鏈更多,更不易于被拉斷。掃描電鏡觀(guān)察分析(SEM)圖像顯示氧酯淀粉基復(fù)合材料內(nèi)部形成了很好的泡孔結(jié)構(gòu),淀粉分子均勻地分布在劍麻纖維表層,淀粉分子和劍麻纖維緊密的結(jié)合。為推動(dòng)生物質(zhì)緩沖包裝材料的多樣化需求進(jìn)程,解決原有生物質(zhì)材料的防水性能差等問(wèn)題,本文為復(fù)合材料加裝了可全降解性的生物質(zhì)混配薄膜,并對(duì)其進(jìn)行拉伸和防水的性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明混配薄膜很好地阻止了水分子的進(jìn)入,顯著提升了復(fù)合材料的防水性能,并提高了產(chǎn)品的拉伸性能。為進(jìn)一步探究薄膜對(duì)復(fù)合材料防水性能的影響,本文運(yùn)用掃描電鏡分析系統(tǒng)地闡述了薄膜對(duì)復(fù)合材料性能影響的微觀(guān)機(jī)理。測(cè)試圖像表明,當(dāng)吸水率較低時(shí),薄膜表面十分致密,可以很好地阻擋水分子的進(jìn)入;隨著吸水率的增加,薄膜表面出現(xiàn)了一些裂紋和褶皺,水分子逐漸進(jìn)入,但仍然能夠?qū)λ肿拥臐B入起到阻擋作用,直到薄膜表面出現(xiàn)大面積的潰爛,薄膜的防水作用進(jìn)一步降低,導(dǎo)致了水分子的加速進(jìn)入,產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度急劇下降。由于薄膜本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然局部存在,也具有一定的拉伸強(qiáng)度,那么加裝薄膜的生物質(zhì)產(chǎn)品最終會(huì)出現(xiàn)比原產(chǎn)品較高的拉伸性能,吸水后的產(chǎn)品拉伸強(qiáng)度提高幅度為100%。SEM結(jié)果證明了拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為分析生物質(zhì)緩沖包裝產(chǎn)品的多樣化需求前景,本文分析了手機(jī)內(nèi)包裝的生產(chǎn)裝備現(xiàn)狀和性能研究現(xiàn)狀。本文針對(duì)成型模具目前的排氣不暢、排氣不均勻等問(wèn)題,提出制備型腔可組合排列分布式的塊狀體模具的可行方案。本文評(píng)估了手機(jī)內(nèi)包裝的抗壓、緩沖和防水性能。力學(xué)測(cè)試研究結(jié)果表明,相比于EPS材料,手機(jī)內(nèi)包裝具有更好的抗壓表現(xiàn)和相似的緩沖表現(xiàn),在力學(xué)性能方面已滿(mǎn)足多樣化需求的抗壓性能和緩沖性能條件。防水性能研究結(jié)果表明,原手機(jī)內(nèi)包裝邊緣出現(xiàn)斷裂,未能達(dá)到防水要求,而與此同時(shí),加裝薄膜后的手機(jī)內(nèi)包裝基本沒(méi)有出現(xiàn)變形情況,且手機(jī)內(nèi)包裝邊緣保存完好,能夠很好地滿(mǎn)足防水性要求,這說(shuō)明了加裝薄膜的重要性。防水性測(cè)試結(jié)果證明了生物質(zhì)緩沖包裝材料防水性能研究的重大意義。本文研究了淀粉的單一/復(fù)合改性對(duì)淀粉基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,并對(duì)其微觀(guān)機(jī)理進(jìn)行了探究,清楚地闡述出淀粉單一/復(fù)合改性對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能影響的差異;本文研究了適宜的復(fù)合材料防水方案,從微觀(guān)角度闡述了混配薄膜的防水機(jī)理,大大加快了復(fù)合材料的多樣化需求進(jìn)程;本文應(yīng)用生物質(zhì)緩沖包裝產(chǎn)品—手機(jī)內(nèi)包裝,對(duì)生物質(zhì)緩沖包裝材料的多樣化需求進(jìn)程進(jìn)行了評(píng)估,測(cè)試結(jié)果表明,手機(jī)內(nèi)包裝產(chǎn)品在多樣化需求所要求的主要指標(biāo)方面已基本達(dá)到市場(chǎng)要求,但裝備工藝方面亟待改善,并針對(duì)裝備工藝提供了方案借鑒,為下一步復(fù)合材料的多樣化需求進(jìn)程提供了方案支持。
【圖文】：

的混配薄膜提升其防水性能；以生物質(zhì)緩沖包裝產(chǎn)品一手機(jī)內(nèi)包裝為研究對(duì)象分逡逑析了緩沖包裝材料多樣化需求前景，并分析了目前產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，針對(duì)產(chǎn)品逡逑劣勢(shì)提出了切實(shí)可行的解決方案，如圖１－１所示。具體如下：逡逑第一章介紹本課題的研究背景和意義，以生物質(zhì)緩沖包裝材料現(xiàn)狀為載體逡逑展開(kāi)論述，，并從不同方面綜述了復(fù)合材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，從中歸納出現(xiàn)有研逡逑究所存在的三個(gè)不足之處，根據(jù)不足提出本文的研究?jī)?nèi)容。逡逑第二章運(yùn)用淀粉單一改性的方式制備出了塑化淀粉基復(fù)合材料、氧化淀粉逡逑基復(fù)合材料和酯化淀粉基復(fù)合材料。運(yùn)用淀粉復(fù)合改性的方式制成塑酯淀粉基復(fù)逡逑合材料和氧酯淀粉基復(fù)合材料。文章以拉伸強(qiáng)度、韌性和緩沖性展示了改性淀粉逡逑基復(fù)合材料力學(xué)性能方面的差異，并從氫鍵強(qiáng)度、結(jié)晶度和微觀(guān)表面結(jié)構(gòu)的角度逡逑對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行深入研宄。文章首次引入初性的概念，并以楊氏模量和斷裂伸逡逑長(zhǎng)率進(jìn)行表征，為以后生物質(zhì)緩沖包裝材料的多樣化需求進(jìn)程研宄提供理論支撐。逡逑第三章針對(duì)如今復(fù)合材料防水性能不足問(wèn)題，探究了可行性較高的防水方逡逑式一加裝一種可全降解性的生物質(zhì)薄膜。本章從防水性能和力學(xué)性能兩個(gè)方面對(duì)逡逑加裝薄膜后的材料和原材料進(jìn)行了對(duì)比分析

圖２－２淀粉基復(fù)合材料應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)逡逑２．４．２邐生物質(zhì)緩沖包裝材料緩沖性能分析逡逑原生淀粉基復(fù)合材料和單一／復(fù)合改性淀粉基復(fù)合材料Ｃ－５曲線(xiàn)如圖２－３所示。逡逑分析結(jié)果表明，淀粉單一邋／復(fù)合改性淀粉基復(fù)合材料的緩沖系數(shù)基本相當(dāng)，并且逡逑比ＮＳ復(fù)合材料要小，且隨著施加力的增加，這些值逐漸減小，最終所得系數(shù)范逡逑圍為４．２－５．８，緩沖性能明顯優(yōu)于ＮＳ復(fù)合材料，與聚苯乙烯發(fā)泡塑料（ＥＰＳ）壓逡逑縮應(yīng)力０．３ＭＰａ，緩沖系數(shù)為４？５相比［８３］，改性淀粉基復(fù)合材料緩沖性能與ＥＰＳ逡逑相當(dāng)。綜上，淀粉的單一邋／復(fù)合改性方式可以在一定程度上改善復(fù)合材料的緩沖逡逑性能，且改性淀粉基復(fù)合材料的緩沖性能與ＥＰＳ相當(dāng)，兩者的緩沖性能并沒(méi)有逡逑較大差異。逡逑１４逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB484

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本文編號(hào)：2644775