生物质缓冲包装材料淀粉改性机理及防水性能研究

发布时间：2020-04-29 16:38

【摘要】：现如今塑料包装材料导致的“白色污染”及生物资源利用效率低下等环境问题亟待解决,本文针对此问题成功制备出一种可全降解性的生物质缓冲包装材料—以剑麻纤维为骨架,淀粉作为粘结剂的淀粉基复合材料。但目前普遍存在淀粉改性对淀粉基复合材料力学性能的影响机理研究不够深入、淀粉基复合材料防水性不足、淀粉基复合材料成型工艺不成熟等问题。为了解决以上问题,本文开展了以下研究:为探究淀粉改性对复合材料力学性能的影响机理,本文深入研究了淀粉的单一/复合改性对淀粉基复合材料力学性能的影响。其中,淀粉单一改性方式包括:塑化改性、氧化改性和酯化改性;复合改性方式包括:塑酯改性、氧酯改性。本文首次从韧性和拉伸强度的角度进行力学性能影响的阐述,并且运用氢键强度、结晶度和微观形貌等微观表征方式揭示了其微观机理。经力学测试结果表明,淀粉的复合改性提高淀粉基复合材料的韧性,单一改性提高淀粉基复合材料的拉伸强度。为了揭示其性能变化的内在机理,通过傅里叶变换红外分析(FTIR)发现,淀粉的改性过程使得淀粉内部官能基团发生改变,形成更强的氢键,其中淀粉酯化改性后形成的氢键最强,与纤维结合更牢固。X射线衍射分析(XRD)得到,淀粉经过氧酯改性后,结构被严重破坏,与剑麻纤维结合的支链更多,更不易于被拉断。扫描电镜观察分析(SEM)图像显示氧酯淀粉基复合材料内部形成了很好的泡孔结构,淀粉分子均匀地分布在剑麻纤维表层,淀粉分子和剑麻纤维紧密的结合。为推动生物质缓冲包装材料的多样化需求进程,解决原有生物质材料的防水性能差等问题,本文为复合材料加装了可全降解性的生物质混配薄膜,并对其进行拉伸和防水的性能测试。测试结果表明混配薄膜很好地阻止了水分子的进入,显著提升了复合材料的防水性能,并提高了产品的拉伸性能。为进一步探究薄膜对复合材料防水性能的影响,本文运用扫描电镜分析系统地阐述了薄膜对复合材料性能影响的微观机理。测试图像表明,当吸水率较低时,薄膜表面十分致密,可以很好地阻挡水分子的进入;随着吸水率的增加,薄膜表面出现了一些裂纹和褶皱,水分子逐渐进入,但仍然能够对水分子的渗入起到阻挡作用,直到薄膜表面出现大面积的溃烂,薄膜的防水作用进一步降低,导致了水分子的加速进入,产品拉伸强度急剧下降。由于薄膜本身的内部结构仍然局部存在,也具有一定的拉伸强度,那么加装薄膜的生物质产品最终会出现比原产品较高的拉伸性能,吸水后的产品拉伸强度提高幅度为100%。SEM结果证明了拉伸实验结果的准确性。为分析生物质缓冲包装产品的多样化需求前景,本文分析了手机内包装的生产装备现状和性能研究现状。本文针对成型模具目前的排气不畅、排气不均匀等问题,提出制备型腔可组合排列分布式的块状体模具的可行方案。本文评估了手机内包装的抗压、缓冲和防水性能。力学测试研究结果表明,相比于EPS材料,手机内包装具有更好的抗压表现和相似的缓冲表现,在力学性能方面已满足多样化需求的抗压性能和缓冲性能条件。防水性能研究结果表明,原手机内包装边缘出现断裂,未能达到防水要求,而与此同时,加装薄膜后的手机内包装基本没有出现变形情况,且手机内包装边缘保存完好,能够很好地满足防水性要求,这说明了加装薄膜的重要性。防水性测试结果证明了生物质缓冲包装材料防水性能研究的重大意义。本文研究了淀粉的单一/复合改性对淀粉基复合材料力学性能的影响,并对其微观机理进行了探究,清楚地阐述出淀粉单一/复合改性对复合材料力学性能影响的差异;本文研究了适宜的复合材料防水方案,从微观角度阐述了混配薄膜的防水机理,大大加快了复合材料的多样化需求进程;本文应用生物质缓冲包装产品—手机内包装,对生物质缓冲包装材料的多样化需求进程进行了评估,测试结果表明,手机内包装产品在多样化需求所要求的主要指标方面已基本达到市场要求,但装备工艺方面亟待改善,并针对装备工艺提供了方案借鉴,为下一步复合材料的多样化需求进程提供了方案支持。
【图文】：

整体框架,论文

的混配薄膜提升其防水性能；以生物质缓冲包装产品一手机内包装为研究对象分逡逑析了缓冲包装材料多样化需求前景，并分析了目前产品的优势和劣势，针对产品逡逑劣势提出了切实可行的解决方案，如图１－１所示。具体如下：逡逑第一章介绍本课题的研究背景和意义，以生物质缓冲包装材料现状为载体逡逑展开论述，，并从不同方面综述了复合材料的国内外研究现状，从中归纳出现有研逡逑究所存在的三个不足之处，根据不足提出本文的研究内容。逡逑第二章运用淀粉单一改性的方式制备出了塑化淀粉基复合材料、氧化淀粉逡逑基复合材料和酯化淀粉基复合材料。运用淀粉复合改性的方式制成塑酯淀粉基复逡逑合材料和氧酯淀粉基复合材料。文章以拉伸强度、韧性和缓冲性展示了改性淀粉逡逑基复合材料力学性能方面的差异，并从氢键强度、结晶度和微观表面结构的角度逡逑对其影响机理进行深入研宄。文章首次引入初性的概念，并以杨氏模量和断裂伸逡逑长率进行表征，为以后生物质缓冲包装材料的多样化需求进程研宄提供理论支撑。逡逑第三章针对如今复合材料防水性能不足问题，探究了可行性较高的防水方逡逑式一加装一种可全降解性的生物质薄膜。本章从防水性能和力学性能两个方面对逡逑加装薄膜后的材料和原材料进行了对比分析

曲线,淀粉基,缓冲性能,曲线

图２－２淀粉基复合材料应力－应变曲线逡逑２．４．２逦生物质缓冲包装材料缓冲性能分析逡逑原生淀粉基复合材料和单一／复合改性淀粉基复合材料Ｃ－５曲线如图２－３所示。逡逑分析结果表明，淀粉单一邋／复合改性淀粉基复合材料的缓冲系数基本相当，并且逡逑比ＮＳ复合材料要小，且随着施加力的增加，这些值逐渐减小，最终所得系数范逡逑围为４．２－５．８，缓冲性能明显优于ＮＳ复合材料，与聚苯乙烯发泡塑料（ＥＰＳ）压逡逑缩应力０．３ＭＰａ，缓冲系数为４？５相比［８３］，改性淀粉基复合材料缓冲性能与ＥＰＳ逡逑相当。综上，淀粉的单一邋／复合改性方式可以在一定程度上改善复合材料的缓冲逡逑性能，且改性淀粉基复合材料的缓冲性能与ＥＰＳ相当，两者的缓冲性能并没有逡逑较大差异。逡逑１４逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB484

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