生物质缓冲包装材料成分配伍优化及微观机理研究

发布时间：2017-05-20 20:11

  本文关键词：生物质缓冲包装材料成分配伍优化及微观机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,国内外市场上家用电器、精密仪器、电子产品、食品包装等缓冲包装制品大量使用石油基塑料包装,塑料包装废弃物难以自然生物降解和再回收,造成严重的环境污染和不可再生资源消耗问题。对于纸浆模塑类、瓦楞纸板类、蜂窝纸板类等已经广泛使用的绿色缓冲包装制品来说,大部分存在耗费木材、综合性能无法满足使用要求等问题。因此,开发新型的植物纤维增强的生物质缓冲包装材料具有重要意义,该研究已成为食品包装、工业包装以及快餐包装等领域的研究热点。生物质缓冲包装材料是以植物纤维为骨架增强体、淀粉为主要基质,同时添加一定的辅助试剂通过特殊工艺模压发泡而成,具有原料来源广且可再生、制备工艺简单、成本低且性能好、可自然降解无污染等优点。但是,国内外对生物质材料的研究尚处于初级阶段,其配方成型工艺不成熟的问题严重制约着生物质材料的标准化和工业化进程,其原材料定向处理机制及各成分间微观作用机理研究的缺失也直接影响着生物质材料的力学性能和缓冲性能。(1)采用红外光谱实验和X射线衍射实验分析了单一／复合塑化剂制备的热塑性淀粉基质,根据微观氢键的变化和结晶度的对比确定最佳塑化剂含量为淀粉：塑化剂=10：3,最佳复合塑化剂配比为甲酰胺：尿素=2：1。通过差示扫描量热分析和热重分析探究了热塑性淀粉的热稳定性,淀粉塑化过程提高了淀粉的熔点,降低了淀粉的玻璃化转变温度。(2)针对生物质材料配伍制备工艺不成熟的问题,本文采用正交实验的方法设计了四因素三水平正交实验,优化剑麻纤维复合材料的成分配伍和制备工艺流程,研究了剑麻纤维长度、剑麻纤维含量、发泡剂ac含量、填料含量对剑麻纤维复合材料力学性能的影响,得到各因素对剑麻纤维材料力学性能影响的大小顺序,并得到四因素的最佳组合。(3)分别以剑麻纤维、纸浆纤维、稻草纤维、木质素纤维为骨架增强体,制备了四种生物质缓冲包装材料,首次采用红外光谱分析揭示了几种材料中植物纤维和热塑性淀粉基质间氢键的变化规律,建立了浆料混配阶段和模压成型阶段的分子联接模型,其中,剑麻纤维复合材料中纤维与淀粉基质形成的氢键最强。通过SEM显微观察、力学性能试验、热稳定性试验验证了上述微观机理的论证分析。本课题对生物质缓冲包装材料的热塑性淀粉基质制备、配伍成型工艺优化、材料微观作用机理及其试验验证进行了深入研究,为制备工艺的进一步优化、制品综合性能的提升以及气泡生长机理的研究提供理论依据,为推动生物质缓冲包装制品的工业化生产提供基础数据和技术支持。
【关键词】：生物质缓冲包装材料 成分配伍优化 微观机理 热稳定性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB484
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 课题背景及意义13-15
• 1.2 缓冲包装材料发展趋势15-16
• 1.3 生物质缓冲包装材料研究现状及存在问题16-18
• 1.4 课题的提出18
• 1.5 论文的研究内容及组织结构18-20
• 第2章 单一/复合塑化剂制备热塑性淀粉20-38
• 2.1 热塑性淀粉的制备20-22
• 2.1.1 天然淀粉的特性20-21
• 2.1.2 试验材料和设备21
• 2.1.3 制备热塑性淀粉21-22
• 2.2 热塑性淀粉红外光谱分析22-28
• 2.2.1 试验设备与方法22-23
• 2.2.2 试验原理23-24
• 2.2.3 结果与分析24-28
• 2.3 热塑性淀粉结晶度测试28-32
• 2.3.1 试验材料与设备28-29
• 2.3.2 试验方法29
• 2.3.3 结果与分析29-32
• 2.4 热塑性淀粉热稳定性分析32-37
• 2.4.1 差示扫描量热分析32-35
• 2.4.2 热重分析35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 剑麻纤维生物质材料配伍工艺优化38-47
• 3.1 配伍成型工艺38-41
• 3.1.1 成分配伍38-40
• 3.1.2 混配/成型工艺40-41
• 3.2 配方优化试验方案41-43
• 3.2.1 试验材料及设备41
• 3.2.2 试验流程41-42
• 3.2.3 力学性能试验42-43
• 3.3 试验结果与分析43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 生物质材料微观机理及试验验证47-66
• 4.1 材料的微观机理分析47-52
• 4.1.1 红外光谱分析47-51
• 4.1.2 分子联接模型的建立51-52
• 4.2 SEM显微观察52-57
• 4.2.1 原材料预处理52-53
• 4.2.2 材料的微观结构对比53-57
• 4.3 力学试验验证57-59
• 4.4 材料的热稳定性分析59-65
• 4.4.1 差示扫描量热分析59-62
• 4.4.2 热重分析62-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 工作展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间发表学术论文、参与科研项目情况71-73
• 致谢73-74
• 附件74

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本文编号：382674