【摘要】：包裝材料的綠色發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展和循環(huán)發(fā)展是世界各國追求的共同目標和本質要求。在所有包裝形式中,緩沖包裝所占比例最大,目前,我國緩沖用包裝材料以發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)和發(fā)泡聚乙烯(EPE)為主,雖然其質輕、防水、耐油、廉價、壓縮性能良好,但無法自然降解,對環(huán)境造成巨大污染。由于沒有更好的替代品,EPS和EPE的使用已成為無奈之舉,而植物纖維類發(fā)泡緩沖包裝材料由于其原料的廣泛性、環(huán)境的友好性和成本的低廉性,在緩沖包裝材料中有著廣闊的市場空間和發(fā)展優(yōu)勢。木質纖維因其木質化增厚的細胞壁和纖維本身的多孔性及適宜的長徑比,是制備綠色緩沖材料的最佳原料,已被國內外學者廣泛關注,成為新的研究熱點,新產品和新成果不斷涌現。本論文以楊木纖維和木粉為主要原料,以發(fā)泡劑、膠黏劑等為輔助材料,研制一種楊木纖維多孔緩沖包裝材料。主要確定材料泡孔結構參數及定量表征方法,確定材料成型工藝,優(yōu)化制備配方,表征材料的靜、動態(tài)緩沖性能并建立力學模型,研究材料發(fā)泡機理及發(fā)泡過程影響因素,為進一步調控楊木纖維多孔緩沖包裝材料的泡孔結構奠定基礎,為楊木纖維多孔緩沖包裝材料的產業(yè)化提供理論與實踐支撐。本論文的主要研究內容及結果如下:(1)根據楊木纖維多孔緩沖包裝材料的特點,確定孔隙率、泡孔平均直徑和孔徑分布標準差為表征楊木纖維多孔緩沖包裝材料泡孔結構的參數,引入基于體視學原理和數字圖像處理技術的定量表征方法——顯微鏡-數字圖像處理法為泡孔結構參數的定量表征方法。(2)通過研究不同成型工藝對楊木纖維多孔緩沖包裝材料的微觀形貌、成分構成、泡孔結構參數、靜態(tài)特性和設備能量消耗的影響,確定多孔緩沖包裝材料的成型工藝。研究結果表明,采用微波成型工藝制備的楊木纖維多孔緩沖包裝材料發(fā)泡均勻,靜態(tài)特性優(yōu)良,且微波成型工藝升溫迅速,熱效率高,確定微波成型工藝為楊木纖維多孔緩沖包裝材料的成型工藝,工藝參數為第一階段微波功率280 W,時間3 min;第二階段微波功率700 W,時間7 min。(3)采用單因素試驗和正交試驗法優(yōu)選得出楊木纖維多孔緩沖包裝材料的最佳配方。通過單因素試驗方法,選定6.8%、7.1%和7.4%作為正交試驗木纖維用量的3個水平,61.0%、61.4%和61.8%作為正交試驗加水量的3個水平,1.2%、1.4%和1.6%作為正交試驗AC用量的3個水平,9.0%、9.5%和10.0%作為正交試驗木粉用量的3個水平;通過正交試驗法優(yōu)選得出最佳配方為木纖維用量6.8%,加水量61.8%,AC用量1.6%,木粉用量9.0%,且通過驗證試驗證明優(yōu)化后材料性能有明顯的改善。(4)采用靜態(tài)和動態(tài)壓縮試驗,評價材料的靜態(tài)和動態(tài)緩沖性能,并通過MATLAB軟件建立楊木纖維多孔緩沖包裝材料靜態(tài)和動態(tài)緩沖性能曲線模型。結果表明,楊木纖維多孔緩沖包裝材料的最小緩沖系數與幾種常用緩沖包裝材料的最小緩沖系數相差較小,適合作為脆值較大產品的緩沖材料;材料的最大加速度-靜應力曲線呈凹谷狀,開口向上,在同一跌落高度和沖擊載荷的條件下,厚度越大,材料的動態(tài)緩沖性能越好;材料的靜態(tài)應力-應變曲線符合正切加雙曲正切型模型,最大加速度-靜應力曲線符合二次型模型。(5)通過探討纖維打漿度對材料泡孔結構參數的影響,研究楊木纖維多孔緩沖材料泡孔壁形成機理,采取將多孔緩沖包裝材料發(fā)泡過程逐步分解的方式,研究楊木纖維多孔緩沖包裝材料的發(fā)泡機理;通過探討PVA用量和微波功率兩個因素對楊木纖維多孔緩沖包裝材料泡孔結構的影響,研究胚體黏度和溫度對材料氣泡增長過程的影響規(guī)律。結果表明,孔壁是由木纖維與木粉搭接而成的纖維空間網狀結構,泡孔壁的結合主要通過氫鍵結合力,木纖維和木粉與膠黏劑的膠結力;混料胚體的均勻性、成核劑的添加、發(fā)泡體系產生的外部壓力與泡孔內壓的合理調控以及固化時間是原料混合、氣泡成核、氣泡增長、氣泡穩(wěn)定固化4個階段的關鍵要素,決定了多孔緩沖材料泡孔參數的合理性及發(fā)泡質量和效果;胚體黏度通過調控氣泡在增長過程中所受的外壓,溫度通過控制發(fā)泡劑的分解以及氣泡的內壓,影響楊木纖維多孔緩沖包裝材料的泡孔直徑大小與均勻性,當PVA用量為3.3%,微波功率280 W時,楊木纖維多孔緩沖包裝材料的泡孔結構參數綜合情況較好。
【圖文】：

°Ｃ，加熱３０邋ｍｉｎ，循環(huán)水冷卻定型，脫模、干燥，得到所需材料。熱壓過程中壓機壓力逡逑為０，即熱壓機的壓板起模具作用，制備流程如圖２－１所示。逡逑木粉邋一逡逑＿預糊b\0．．卜混作逡逑邐邋．千料邐邐逡逑ＡＣ邋ＺｎＯ邋—均習邐邋＿砂逡逑滑石粉邋￣逡逑邐邐邐｛a邋Ａ邋ｐ－一邐邐邐邐邋邐逡逑混合物料一Ｉ濕胚逡逑￣＾邋￣邋１邐均；ｊ邐１邐■逡逑木纖維邋［－￣邐邐逡逑ｐ＼％ｖ邐，￣＾挸摔邋ｒ—邐ｊ邐熱ＩＲ邋成Ｓ逡逑丨「？二邐濕料」逡逑丙二醇［ －，ｍｎ邋＾ｎ廣逡逑ＶＡＦ邋」邐多孔緩沖村料ｍｍ逡逑圖２－１熱壓成型工藝楊木纖維多孔緩沖包裝材料的制備流程逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｏｐｌａｒ邋ｆｉｂｅｒ邋ｐｏｒｏｕｓ邋ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇ邋ｐａｃｋａｇｉｎｇ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｂｙ邋ｈｏｔ邋ｐｒｅｓｓｉｎｇ逡逑２．２．３微波成型工藝多孔緩沖包裝材料制備逡逑２．２．３．１物料混合逡逑同邋２．２．２．１。逡逑２＿２．３．２材料成型逡逑將濕胚置于鋪裝好脫模材料（聚四氟乙烯）的自制模具中，第一階段微波功率為逡逑２８０邋Ｗ，時間為３邋ｍｉｎ；第二階段微波功率為７００邋Ｗ，時間為７邋ｍｉｎ。成型后的材料置于逡逑５０°Ｃ的干燥箱恒溫干燥４ｈ，得到所需材料，制備流程如圖２－２所示。逡逑２．３楊木纖維多孔緩沖包裝材料的結構表征逡逑楊木纖維多孔緩沖包裝材料的性能與其微觀結構有著密切的關系

°Ｃ，加熱３０邋ｍｉｎ，循環(huán)水冷卻定型，，脫模、干燥，得到所需材料。熱壓過程中壓機壓力逡逑為０，即熱壓機的壓板起模具作用，制備流程如圖２－１所示。逡逑木粉邋一逡逑＿預糊b\0．．卜混作逡逑邐邋．千料邐邐逡逑ＡＣ邋ＺｎＯ邋—均習邐邋＿砂逡逑滑石粉邋￣逡逑邐邐邐｛a邋Ａ邋ｐ－一邐邐邐邐邋邐逡逑混合物料一Ｉ濕胚逡逑￣＾邋￣邋１邐均；ｊ邐１邐■逡逑木纖維邋［－￣邐邐逡逑ｐ＼％ｖ邐，￣＾挸摔邋ｒ—邐ｊ邐熱ＩＲ邋成Ｓ逡逑丨「？二邐濕料」逡逑丙二醇［ －，ｍｎ邋＾ｎ廣逡逑ＶＡＦ邋」邐多孔緩沖村料ｍｍ逡逑圖２－１熱壓成型工藝楊木纖維多孔緩沖包裝材料的制備流程逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｏｐｌａｒ邋ｆｉｂｅｒ邋ｐｏｒｏｕｓ邋ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇ邋ｐａｃｋａｇｉｎｇ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｂｙ邋ｈｏｔ邋ｐｒｅｓｓｉｎｇ逡逑２．２．３微波成型工藝多孔緩沖包裝材料制備逡逑２．２．３．１物料混合逡逑同邋２．２．２．１。逡逑２＿２．３．２材料成型逡逑將濕胚置于鋪裝好脫模材料（聚四氟乙烯）的自制模具中，第一階段微波功率為逡逑２８０邋Ｗ，時間為３邋ｍｉｎ；第二階段微波功率為７００邋Ｗ，時間為７邋ｍｉｎ。成型后的材料置于逡逑５０°Ｃ的干燥箱恒溫干燥４ｈ，得到所需材料，制備流程如圖２－２所示。逡逑２．３楊木纖維多孔緩沖包裝材料的結構表征逡逑楊木纖維多孔緩沖包裝材料的性能與其微觀結構有著密切的關系
【學位授予單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB484

【參考文獻】

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本文編號：2677625