魔芋葡甘聚糖缓冲包装材料的制备与性能研究

发布时间：2017-06-16 13:06

  本文关键词：魔芋葡甘聚糖缓冲包装材料的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的发展,在我们生活中各类产品的流通越来越频繁,缓冲包装在运输过程中起着重要的作用。目前,应用最广泛的缓冲包装材料是低密度发泡聚苯乙烯,然而低密度发泡聚苯乙烯难以降解。因此,开发一种具有天然可降解特性的缓冲包装材料,以替代目前应用广泛的低密度发泡聚苯乙烯,具有巨大的意义。魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan简称KGM)是魔芋的主要成分,不仅资源丰富,而且具有可降解性。其水溶液具有凝胶性,具备加工成为缓冲包装材料的条件。本文以魔芋葡甘聚糖为原料,采用冷冻干燥法制备一种新型的可生物降解的缓冲包装材料。研究KGM缓冲包装材料的结构和缓冲性能,并分析KGM浓度、冷冻温度、冷冻时间变化对KGM缓冲包装材料的密度、孔隙率、孔径等的影响,及其对静态压缩性能和回弹性能的影响。最后根据KGM缓冲包装材料的微观结构建立部件模型,应用有限元软件ABAQUS/Standard对KGM缓冲包装材料的静态压缩过程进行模拟研究。模拟结果与实验结果大致相同,说明有限元模拟方法的合理性和可行性,从而可以利用有限元模拟来代替实验,缩短实验周期,节约研究费用。主要包括如下研究结果:(1)随着KGM浓度的增加,KGM缓冲包装材料孔隙率降低、回弹性降低,但孔径、弹性模量和屈服应力增大,同时材料的密实化阶段有所提前。(2)随着冷冻温度降低,缓冲包装材料孔隙率降低、孔径降低,但弹性模量和屈服应力增大,同时材料的密实化阶段有所提前,回弹率也升高。随着冷冻时间的的延长,缓冲包装材料孔隙率增大,孔径增大,但弹性模量和屈服应力降低,回弹率也略有降低。(3)KGM浓度为3%,冷冻温度为-20℃,冷冻时间为12h的缓冲包装材料,取得的最小的缓冲系数为2.79时,其静应力最大为0.156Mpa,能量吸收性能与低密度发泡聚苯乙烯相近,具有进一步生产应用的潜能。(4)有限元模拟的压缩过程与实际状况相符,模拟结果也与实验结果大致相同,整个压缩过程都包括了三个阶段:弹性阶段、屈服阶段和密实化阶段。随着材料孔隙率降低,弹性模量和屈服应力增大,同时材料的密实化阶段有所提前;随着缓冲包装材料孔径增大,弹性模量和屈服应力略有降低,同时材料的密实化阶段有所推迟。
【关键词】：魔芋葡甘聚糖 缓冲包装材料 冷冻干燥法 有限元
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB484
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 魔芋葡甘聚糖概述10-12
• 1.2.1 魔芋葡甘聚糖的化学结构10-11
• 1.2.2 魔芋葡甘聚糖的凝胶特性11
• 1.2.3 魔芋葡甘聚糖的流变性11-12
• 1.2.4 魔芋葡甘聚糖的应用12
• 1.3 缓冲包装材料的制备方法12
• 1.4 冷冻干燥技术12-16
• 1.4.1 冷冻过程13-14
• 1.4.2 一次干燥14-15
• 1.4.3 二次干燥15
• 1.4.4 冷冻干燥技术的应用15-16
• 1.5 课题研究的提出16-18
• 1.5.1 研究目的及意义16
• 1.5.2 研究方法及内容16-18
• 第2章 KGM缓冲包装材料的制备与性能18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 实验部分18-22
• 2.2.1 实验材料与设备18-19
• 2.2.2 实验步骤19
• 2.2.3 测试与表征19-20
• 2.2.4 数据处理方法20-22
• 2.3 结果与讨论22-28
• 2.3.1 表观密度和孔隙率22
• 2.3.2 结构与形貌22-24
• 2.3.3 孔径24
• 2.3.4 静态压缩24-25
• 2.3.5 能量吸收25-26
• 2.3.6 回弹性能26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 冷冻条件对KGM缓冲包装材料性能的影响29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 实验部分29-30
• 3.2.1 实验材料与设备29-30
• 3.2.2 实验步骤30
• 3.2.3 测试及表征30
• 3.3 结果与讨论30-40
• 3.3.1 冷冻温度的影响30-36
• 3.3.2 冷冻时间的影响36-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 KGM缓冲包装材料静态压缩性能的有限元模拟42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 有限元模型的建立42-46
• 4.2.1 KGM缓冲包装材料部件模型的建立42-44
• 4.2.2KGM缓冲包装材料属性的定义44-45
• 4.2.3 其他设定45-46
• 4.3 有限元模型模拟结果分析46-49
• 4.3.1 模拟静态压缩变形过程分析46-47
• 4.3.2 静态压缩结果对比47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 总结与展望50-52
• 5.1 总结50-51
• 5.2 展望51-52
• 参考文献52-57
• 攻读硕士期间的研究成果57-58
• 致谢58

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