【摘要】：為了解決塑料包裝材料帶來的“白色污染”等環(huán)境污染問題,本文提出了一種具有多孔微觀結構的新型可降解生物質緩沖包裝材料。但目前生物質緩沖包裝材料普遍存在著緩沖性能不足、通過試錯法進行新產品配方研發(fā)時面臨的研發(fā)周期過長、原有成型設備無法滿足該新型生物質緩沖包裝材料對制備工藝的需求等問題。為了解決以上問題,本文開展了以下研究:為了提升該新型生物質緩沖包裝材料的緩沖性能,解決生物質材料緩沖性能普遍不足的問題。本文通過能量吸收效率-應力曲線研究了纖維堿化改性、淀粉塑化改性和纖維含量對生物質緩沖包裝材料緩沖性能的影響,并首次從多孔微觀結構和淀粉與纖維之間的氫鍵結合強度及其相容性三個方面對其影響機理進行了探究。研究發(fā)現纖維堿化改性和淀粉塑化改性均提升了纖維和淀粉兩者之間的相容性,促進生物質緩沖包裝材料內部形成了更致密的多孔微觀結構,從而提升了該材料的緩沖性能。纖維堿化改性和淀粉塑化改性促使堿化劍麻纖維和塑化淀粉(TPS)兩者之間形成了更強的氫鍵,即增強了堿化劍麻纖維和TPS兩者之間的界面粘附強度,從而提升了該材料的緩沖性能;隨著纖維含量的增加,生物質緩沖包裝材料內部的多孔微觀結構先變致密后變松散,從而使該材料的緩沖性能先增加后減小。當堿化劍麻纖維和TPS的質量比為4:13時,生物質緩沖包裝材料內部的多孔微觀結構最致密,其緩沖性能最佳。通過為期4周的降解性能測試試驗研究發(fā)現,生物質緩沖包裝材料的質量損失率達62.36%,表明該材料具有優(yōu)越的降解性能,在自然環(huán)境條件下可降解。當壓縮載荷較大時(0.7-7 MPa),該可降解生物質緩沖包裝材料的緩沖性能優(yōu)于EPS(發(fā)泡聚苯乙烯),可以替代EPS作為緩沖包裝材料。為了解決原有生物質材料配方研發(fā)時多采用試錯法導致的新材料開發(fā)周期長、研發(fā)成本高等問題。本文提出了以產品性能為驅動的生物質緩沖包裝材料配伍組分快速設計方法,建立了生物質緩沖包裝材料基于各配伍組分的材料力學性能、密度和成本的數學預測模型。在生物質緩沖包裝材料新產品的研發(fā)過程中,可以通過上述材料性能的數學預測模型,以新產品的性能為驅動,對該材料的配伍組分進行快速設計,從而大幅縮短新產品的研發(fā)周期;在滿足新產品對材料力學性能的要求的情況下,可以對該材料的密度和成本進行優(yōu)化設計,實現對該復合材料的輕量化設計,同時可以對該復合材料的成本進行最優(yōu)化設計。為了滿足該新型生物質緩沖包裝材料對成型設備要求,彌補原有成型設備的不足,并進一步提升生物質緩沖包裝材料的緩沖性能。本文研發(fā)了一套溫度場及壓力場動態(tài)可控成型設備,具體包括模壓系統、溫度控制系統和壓力控制系統。通過以上三個系統的協同調控,可以對該成型設備模具型腔內的溫度場和壓力場實現準確調控。通過仿真優(yōu)化設計方法,對原有成型模具進行了一系列優(yōu)化改進設計,解決了原成型模具無法形成穩(wěn)定壓力場、模具型腔內的溫度場及壓力場不均一等問題。最終實現了在該新型成型設備的模具型腔內形成穩(wěn)定、均一的溫度場及壓力場,并能對其實現準確動態(tài)調控。本文研究了纖維堿化改性、淀粉塑化改性和纖維含量對生物質緩沖包裝材料緩沖性能的影響,并對其深層影響機理進行了探究,提升了生物質緩沖包裝材料的緩沖性能,制備了可以替代EPS的新型生物質緩沖包裝材料;本文建立了以產品性能為驅動生物質緩沖包裝材料配伍組分的快速設計方法、研發(fā)了一套適用于該新型生物質材料的溫度場及壓力場動態(tài)可控的成型設備。為該新型生物質緩沖包裝材料的大規(guī)模市場化應用提供了理論和技術支撐。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB484
【圖文】：

圖１－１論文框架圖逡逑

圖２－２生物質緩沖包裝材料的能量吸收效率－應力（￡■－0０曲線逡逑通過２．３，１節(jié)所述步驟獲得了邋３種生物質緩沖包裝材料的能量吸收效率－應力逡逑（五－ｃｔ）曲線如圖２－２所示。隨著壓縮載荷的增加，材料的能量吸收效率先逐漸逡逑增大后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后各組試樣最大能量吸收效率的大小關系為：■Ｅ＇ｎｓ＋ｕｎｆ邋＜逡逑＾＾ａｆＣＥｔｐｓ＋ａｆ。這表明ＮＳ＋ＵＮＦ復合材料的緩沖性能最差，而纖維堿化改性增逡逑強了復合材料的緩沖性能，淀粉塑化改性進一步增強了該復合材料的緩沖性能。逡逑綜上所述，纖維堿化改性和淀粉塑化改性均提升了生物質包裝材料的緩沖性能。逡逑２．４．２微觀形貌分析逡逑圖２－３所示為未改性劍麻纖維、堿化改性劍麻纖維和３種生物質包裝材料的逡逑ＳＥＭ圖。由圖２－３邋（ａ）可以看出，未堿化改性的劍麻纖維表面完整、無分支。逡逑１２逡逑

第２章纖維及淀粉改性對生物質緩沖包裝材料緩沖性能的影響逡逑如圖２－３邋（ｂ）所示，由于堿化改性去除了劍麻纖維表面的果膠、半纖維素等雜質，逡逑將劍麻纖維原纖化，使纖維分絲暴露出來，將整束纖維分成了更小的多束纖維，逡逑同時使纖維的表面變得粗糙，從而增大了纖維與淀粉的結合面積，提升了纖維與逡逑淀粉之間的相容性。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2757875