【摘要】：現(xiàn)如今塑料包裝材料導致的“白色污染”及生物資源利用效率低下等環(huán)境問題亟待解決,本文針對此問題成功制備出一種可全降解性的生物質(zhì)緩沖包裝材料—以劍麻纖維為骨架,淀粉作為粘結(jié)劑的淀粉基復合材料。但目前普遍存在淀粉改性對淀粉基復合材料力學性能的影響機理研究不夠深入、淀粉基復合材料防水性不足、淀粉基復合材料成型工藝不成熟等問題。為了解決以上問題,本文開展了以下研究:為探究淀粉改性對復合材料力學性能的影響機理,本文深入研究了淀粉的單一/復合改性對淀粉基復合材料力學性能的影響。其中,淀粉單一改性方式包括:塑化改性、氧化改性和酯化改性;復合改性方式包括:塑酯改性、氧酯改性。本文首次從韌性和拉伸強度的角度進行力學性能影響的闡述,并且運用氫鍵強度、結(jié)晶度和微觀形貌等微觀表征方式揭示了其微觀機理。經(jīng)力學測試結(jié)果表明,淀粉的復合改性提高淀粉基復合材料的韌性,單一改性提高淀粉基復合材料的拉伸強度。為了揭示其性能變化的內(nèi)在機理,通過傅里葉變換紅外分析(FTIR)發(fā)現(xiàn),淀粉的改性過程使得淀粉內(nèi)部官能基團發(fā)生改變,形成更強的氫鍵,其中淀粉酯化改性后形成的氫鍵最強,與纖維結(jié)合更牢固。X射線衍射分析(XRD)得到,淀粉經(jīng)過氧酯改性后,結(jié)構被嚴重破壞,與劍麻纖維結(jié)合的支鏈更多,更不易于被拉斷。掃描電鏡觀察分析(SEM)圖像顯示氧酯淀粉基復合材料內(nèi)部形成了很好的泡孔結(jié)構,淀粉分子均勻地分布在劍麻纖維表層,淀粉分子和劍麻纖維緊密的結(jié)合。為推動生物質(zhì)緩沖包裝材料的多樣化需求進程,解決原有生物質(zhì)材料的防水性能差等問題,本文為復合材料加裝了可全降解性的生物質(zhì)混配薄膜,并對其進行拉伸和防水的性能測試。測試結(jié)果表明混配薄膜很好地阻止了水分子的進入,顯著提升了復合材料的防水性能,并提高了產(chǎn)品的拉伸性能。為進一步探究薄膜對復合材料防水性能的影響,本文運用掃描電鏡分析系統(tǒng)地闡述了薄膜對復合材料性能影響的微觀機理。測試圖像表明,當吸水率較低時,薄膜表面十分致密,可以很好地阻擋水分子的進入;隨著吸水率的增加,薄膜表面出現(xiàn)了一些裂紋和褶皺,水分子逐漸進入,但仍然能夠?qū)λ肿拥臐B入起到阻擋作用,直到薄膜表面出現(xiàn)大面積的潰爛,薄膜的防水作用進一步降低,導致了水分子的加速進入,產(chǎn)品拉伸強度急劇下降。由于薄膜本身的內(nèi)部結(jié)構仍然局部存在,也具有一定的拉伸強度,那么加裝薄膜的生物質(zhì)產(chǎn)品最終會出現(xiàn)比原產(chǎn)品較高的拉伸性能,吸水后的產(chǎn)品拉伸強度提高幅度為100%。SEM結(jié)果證明了拉伸實驗結(jié)果的準確性。為分析生物質(zhì)緩沖包裝產(chǎn)品的多樣化需求前景,本文分析了手機內(nèi)包裝的生產(chǎn)裝備現(xiàn)狀和性能研究現(xiàn)狀。本文針對成型模具目前的排氣不暢、排氣不均勻等問題,提出制備型腔可組合排列分布式的塊狀體模具的可行方案。本文評估了手機內(nèi)包裝的抗壓、緩沖和防水性能。力學測試研究結(jié)果表明,相比于EPS材料,手機內(nèi)包裝具有更好的抗壓表現(xiàn)和相似的緩沖表現(xiàn),在力學性能方面已滿足多樣化需求的抗壓性能和緩沖性能條件。防水性能研究結(jié)果表明,原手機內(nèi)包裝邊緣出現(xiàn)斷裂,未能達到防水要求,而與此同時,加裝薄膜后的手機內(nèi)包裝基本沒有出現(xiàn)變形情況,且手機內(nèi)包裝邊緣保存完好,能夠很好地滿足防水性要求,這說明了加裝薄膜的重要性。防水性測試結(jié)果證明了生物質(zhì)緩沖包裝材料防水性能研究的重大意義。本文研究了淀粉的單一/復合改性對淀粉基復合材料力學性能的影響,并對其微觀機理進行了探究,清楚地闡述出淀粉單一/復合改性對復合材料力學性能影響的差異;本文研究了適宜的復合材料防水方案,從微觀角度闡述了混配薄膜的防水機理,大大加快了復合材料的多樣化需求進程;本文應用生物質(zhì)緩沖包裝產(chǎn)品—手機內(nèi)包裝,對生物質(zhì)緩沖包裝材料的多樣化需求進程進行了評估,測試結(jié)果表明,手機內(nèi)包裝產(chǎn)品在多樣化需求所要求的主要指標方面已基本達到市場要求,但裝備工藝方面亟待改善,并針對裝備工藝提供了方案借鑒,為下一步復合材料的多樣化需求進程提供了方案支持。
【圖文】：

的混配薄膜提升其防水性能；以生物質(zhì)緩沖包裝產(chǎn)品一手機內(nèi)包裝為研究對象分逡逑析了緩沖包裝材料多樣化需求前景，并分析了目前產(chǎn)品的優(yōu)勢和劣勢，針對產(chǎn)品逡逑劣勢提出了切實可行的解決方案，如圖１－１所示。具體如下：逡逑第一章介紹本課題的研究背景和意義，以生物質(zhì)緩沖包裝材料現(xiàn)狀為載體逡逑展開論述，，并從不同方面綜述了復合材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，從中歸納出現(xiàn)有研逡逑究所存在的三個不足之處，根據(jù)不足提出本文的研究內(nèi)容。逡逑第二章運用淀粉單一改性的方式制備出了塑化淀粉基復合材料、氧化淀粉逡逑基復合材料和酯化淀粉基復合材料。運用淀粉復合改性的方式制成塑酯淀粉基復逡逑合材料和氧酯淀粉基復合材料。文章以拉伸強度、韌性和緩沖性展示了改性淀粉逡逑基復合材料力學性能方面的差異，并從氫鍵強度、結(jié)晶度和微觀表面結(jié)構的角度逡逑對其影響機理進行深入研宄。文章首次引入初性的概念，并以楊氏模量和斷裂伸逡逑長率進行表征，為以后生物質(zhì)緩沖包裝材料的多樣化需求進程研宄提供理論支撐。逡逑第三章針對如今復合材料防水性能不足問題，探究了可行性較高的防水方逡逑式一加裝一種可全降解性的生物質(zhì)薄膜。本章從防水性能和力學性能兩個方面對逡逑加裝薄膜后的材料和原材料進行了對比分析

圖２－２淀粉基復合材料應力－應變曲線逡逑２．４．２邐生物質(zhì)緩沖包裝材料緩沖性能分析逡逑原生淀粉基復合材料和單一／復合改性淀粉基復合材料Ｃ－５曲線如圖２－３所示。逡逑分析結(jié)果表明，淀粉單一邋／復合改性淀粉基復合材料的緩沖系數(shù)基本相當，并且逡逑比ＮＳ復合材料要小，且隨著施加力的增加，這些值逐漸減小，最終所得系數(shù)范逡逑圍為４．２－５．８，緩沖性能明顯優(yōu)于ＮＳ復合材料，與聚苯乙烯發(fā)泡塑料（ＥＰＳ）壓逡逑縮應力０．３ＭＰａ，緩沖系數(shù)為４？５相比［８３］，改性淀粉基復合材料緩沖性能與ＥＰＳ逡逑相當。綜上，淀粉的單一邋／復合改性方式可以在一定程度上改善復合材料的緩沖逡逑性能，且改性淀粉基復合材料的緩沖性能與ＥＰＳ相當，兩者的緩沖性能并沒有逡逑較大差異。逡逑１４逡逑
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB484

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本文編號：2644775