發(fā)布時(shí)間：2020-05-23 16:20

【摘要】：包裝材料的綠色發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展和循環(huán)發(fā)展是世界各國(guó)追求的共同目標(biāo)和本質(zhì)要求。在所有包裝形式中,緩沖包裝所占比例最大,目前,我國(guó)緩沖用包裝材料以發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)和發(fā)泡聚乙烯(EPE)為主,雖然其質(zhì)輕、防水、耐油、廉價(jià)、壓縮性能良好,但無(wú)法自然降解,對(duì)環(huán)境造成巨大污染。由于沒(méi)有更好的替代品,EPS和EPE的使用已成為無(wú)奈之舉,而植物纖維類發(fā)泡緩沖包裝材料由于其原料的廣泛性、環(huán)境的友好性和成本的低廉性,在緩沖包裝材料中有著廣闊的市場(chǎng)空間和發(fā)展優(yōu)勢(shì)。木質(zhì)纖維因其木質(zhì)化增厚的細(xì)胞壁和纖維本身的多孔性及適宜的長(zhǎng)徑比,是制備綠色緩沖材料的最佳原料,已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注,成為新的研究熱點(diǎn),新產(chǎn)品和新成果不斷涌現(xiàn)。本論文以楊木纖維和木粉為主要原料,以發(fā)泡劑、膠黏劑等為輔助材料,研制一種楊木纖維多孔緩沖包裝材料。主要確定材料泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)及定量表征方法,確定材料成型工藝,優(yōu)化制備配方,表征材料的靜、動(dòng)態(tài)緩沖性能并建立力學(xué)模型,研究材料發(fā)泡機(jī)理及發(fā)泡過(guò)程影響因素,為進(jìn)一步調(diào)控楊木纖維多孔緩沖包裝材料的泡孔結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ),為楊木纖維多孔緩沖包裝材料的產(chǎn)業(yè)化提供理論與實(shí)踐支撐。本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)根據(jù)楊木纖維多孔緩沖包裝材料的特點(diǎn),確定孔隙率、泡孔平均直徑和孔徑分布標(biāo)準(zhǔn)差為表征楊木纖維多孔緩沖包裝材料泡孔結(jié)構(gòu)的參數(shù),引入基于體視學(xué)原理和數(shù)字圖像處理技術(shù)的定量表征方法——顯微鏡-數(shù)字圖像處理法為泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量表征方法。(2)通過(guò)研究不同成型工藝對(duì)楊木纖維多孔緩沖包裝材料的微觀形貌、成分構(gòu)成、泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)、靜態(tài)特性和設(shè)備能量消耗的影響,確定多孔緩沖包裝材料的成型工藝。研究結(jié)果表明,采用微波成型工藝制備的楊木纖維多孔緩沖包裝材料發(fā)泡均勻,靜態(tài)特性優(yōu)良,且微波成型工藝升溫迅速,熱效率高,確定微波成型工藝為楊木纖維多孔緩沖包裝材料的成型工藝,工藝參數(shù)為第一階段微波功率280 W,時(shí)間3 min;第二階段微波功率700 W,時(shí)間7 min。(3)采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)法優(yōu)選得出楊木纖維多孔緩沖包裝材料的最佳配方。通過(guò)單因素試驗(yàn)方法,選定6.8%、7.1%和7.4%作為正交試驗(yàn)?zāi)纠w維用量的3個(gè)水平,61.0%、61.4%和61.8%作為正交試驗(yàn)加水量的3個(gè)水平,1.2%、1.4%和1.6%作為正交試驗(yàn)AC用量的3個(gè)水平,9.0%、9.5%和10.0%作為正交試驗(yàn)?zāi)痉塾昧康?個(gè)水平;通過(guò)正交試驗(yàn)法優(yōu)選得出最佳配方為木纖維用量6.8%,加水量61.8%,AC用量1.6%,木粉用量9.0%,且通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)證明優(yōu)化后材料性能有明顯的改善。(4)采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn),評(píng)價(jià)材料的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)緩沖性能,并通過(guò)MATLAB軟件建立楊木纖維多孔緩沖包裝材料靜態(tài)和動(dòng)態(tài)緩沖性能曲線模型。結(jié)果表明,楊木纖維多孔緩沖包裝材料的最小緩沖系數(shù)與幾種常用緩沖包裝材料的最小緩沖系數(shù)相差較小,適合作為脆值較大產(chǎn)品的緩沖材料;材料的最大加速度-靜應(yīng)力曲線呈凹谷狀,開口向上,在同一跌落高度和沖擊載荷的條件下,厚度越大,材料的動(dòng)態(tài)緩沖性能越好;材料的靜態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線符合正切加雙曲正切型模型,最大加速度-靜應(yīng)力曲線符合二次型模型。(5)通過(guò)探討纖維打漿度對(duì)材料泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響,研究楊木纖維多孔緩沖材料泡孔壁形成機(jī)理,采取將多孔緩沖包裝材料發(fā)泡過(guò)程逐步分解的方式,研究楊木纖維多孔緩沖包裝材料的發(fā)泡機(jī)理;通過(guò)探討PVA用量和微波功率兩個(gè)因素對(duì)楊木纖維多孔緩沖包裝材料泡孔結(jié)構(gòu)的影響,研究胚體黏度和溫度對(duì)材料氣泡增長(zhǎng)過(guò)程的影響規(guī)律。結(jié)果表明,孔壁是由木纖維與木粉搭接而成的纖維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),泡孔壁的結(jié)合主要通過(guò)氫鍵結(jié)合力,木纖維和木粉與膠黏劑的膠結(jié)力;混料胚體的均勻性、成核劑的添加、發(fā)泡體系產(chǎn)生的外部壓力與泡孔內(nèi)壓的合理調(diào)控以及固化時(shí)間是原料混合、氣泡成核、氣泡增長(zhǎng)、氣泡穩(wěn)定固化4個(gè)階段的關(guān)鍵要素,決定了多孔緩沖材料泡孔參數(shù)的合理性及發(fā)泡質(zhì)量和效果;胚體黏度通過(guò)調(diào)控氣泡在增長(zhǎng)過(guò)程中所受的外壓,溫度通過(guò)控制發(fā)泡劑的分解以及氣泡的內(nèi)壓,影響楊木纖維多孔緩沖包裝材料的泡孔直徑大小與均勻性,當(dāng)PVA用量為3.3%,微波功率280 W時(shí),楊木纖維多孔緩沖包裝材料的泡孔結(jié)構(gòu)參數(shù)綜合情況較好。
【圖文】：

°Ｃ，加熱３０邋ｍｉｎ，循環(huán)水冷卻定型，脫模、干燥，得到所需材料。熱壓過(guò)程中壓機(jī)壓力逡逑為０，即熱壓機(jī)的壓板起模具作用，制備流程如圖２－１所示。逡逑木粉邋一逡逑＿預(yù)糊b\0．．卜混作逡逑邐邋．千料邐邐逡逑ＡＣ邋ＺｎＯ邋—均習(xí)邐邋＿砂逡逑滑石粉邋￣逡逑邐邐邐｛a邋Ａ邋ｐ－一邐邐邐邐邋邐逡逑混合物料一Ｉ濕胚逡逑￣＾邋￣邋１邐均；ｊ邐１邐■逡逑木纖維邋［－￣邐邐逡逑ｐ＼％ｖ邐，￣＾挸摔邋ｒ—邐ｊ邐熱ＩＲ邋成Ｓ逡逑丨「？二邐濕料」逡逑丙二醇［ －，ｍｎ邋＾ｎ廣逡逑ＶＡＦ邋」邐多孔緩沖村料ｍｍ逡逑圖２－１熱壓成型工藝楊木纖維多孔緩沖包裝材料的制備流程逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｏｐｌａｒ邋ｆｉｂｅｒ邋ｐｏｒｏｕｓ邋ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇ邋ｐａｃｋａｇｉｎｇ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｂｙ邋ｈｏｔ邋ｐｒｅｓｓｉｎｇ逡逑２．２．３微波成型工藝多孔緩沖包裝材料制備逡逑２．２．３．１物料混合逡逑同邋２．２．２．１。逡逑２＿２．３．２材料成型逡逑將濕胚置于鋪裝好脫模材料（聚四氟乙烯）的自制模具中，第一階段微波功率為逡逑２８０邋Ｗ，時(shí)間為３邋ｍｉｎ；第二階段微波功率為７００邋Ｗ，時(shí)間為７邋ｍｉｎ。成型后的材料置于逡逑５０°Ｃ的干燥箱恒溫干燥４ｈ，得到所需材料，制備流程如圖２－２所示。逡逑２．３楊木纖維多孔緩沖包裝材料的結(jié)構(gòu)表征逡逑楊木纖維多孔緩沖包裝材料的性能與其微觀結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系

°Ｃ，加熱３０邋ｍｉｎ，循環(huán)水冷卻定型，，脫模、干燥，得到所需材料。熱壓過(guò)程中壓機(jī)壓力逡逑為０，即熱壓機(jī)的壓板起模具作用，制備流程如圖２－１所示。逡逑木粉邋一逡逑＿預(yù)糊b\0．．卜混作逡逑邐邋．千料邐邐逡逑ＡＣ邋ＺｎＯ邋—均習(xí)邐邋＿砂逡逑滑石粉邋￣逡逑邐邐邐｛a邋Ａ邋ｐ－一邐邐邐邐邋邐逡逑混合物料一Ｉ濕胚逡逑￣＾邋￣邋１邐均；ｊ邐１邐■逡逑木纖維邋［－￣邐邐逡逑ｐ＼％ｖ邐，￣＾挸摔邋ｒ—邐ｊ邐熱ＩＲ邋成Ｓ逡逑丨「？二邐濕料」逡逑丙二醇［ －，ｍｎ邋＾ｎ廣逡逑ＶＡＦ邋」邐多孔緩沖村料ｍｍ逡逑圖２－１熱壓成型工藝楊木纖維多孔緩沖包裝材料的制備流程逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｏｐｌａｒ邋ｆｉｂｅｒ邋ｐｏｒｏｕｓ邋ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇ邋ｐａｃｋａｇｉｎｇ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｂｙ邋ｈｏｔ邋ｐｒｅｓｓｉｎｇ逡逑２．２．３微波成型工藝多孔緩沖包裝材料制備逡逑２．２．３．１物料混合逡逑同邋２．２．２．１。逡逑２＿２．３．２材料成型逡逑將濕胚置于鋪裝好脫模材料（聚四氟乙烯）的自制模具中，第一階段微波功率為逡逑２８０邋Ｗ，時(shí)間為３邋ｍｉｎ；第二階段微波功率為７００邋Ｗ，時(shí)間為７邋ｍｉｎ。成型后的材料置于逡逑５０°Ｃ的干燥箱恒溫干燥４ｈ，得到所需材料，制備流程如圖２－２所示。逡逑２．３楊木纖維多孔緩沖包裝材料的結(jié)構(gòu)表征逡逑楊木纖維多孔緩沖包裝材料的性能與其微觀結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB484

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2677625