【摘要】：塑料包裝在廣泛使用的同時也引起了嚴重的環(huán)境污染問題。由于大多數(shù)塑料包裝制品來源于不可再生的石油資源，因此尋找一種新的行之有效的方法來處理塑料包裝材料造成的污染，同時擺脫對石油基材料的過度依賴成為全球的熱點問題。本論文以造紙工業(yè)的廢棄物蔗髓（BP）為原料，分別將其與淀粉熔融共混制備生物質(zhì)復合包裝材料，與亞硫酸鹽制漿廢液混合制備生物質(zhì)緩沖包裝材料。研究了蔗髓生物質(zhì)包裝材料的增強機理及制備工藝，對所制備材料的力學性能、流變性、熱穩(wěn)定性和吸濕性進行了分析，為蔗髓在新型包裝材料領(lǐng)域中的應用提供了依據(jù)。 采用甘油和尿素混合增塑劑制備熱塑性淀粉（TPS），TPS的X-射線衍射說明尿素和甘油的質(zhì)量比大于1:1時，混合增塑劑能夠抑制淀粉的老化回生。掃描電鏡（SEM）和轉(zhuǎn)矩流變儀流變曲線顯示增塑劑中尿素含量增加，其對淀粉的塑化效果變好。綜合力學性能和包裝材料加工特性要求，甘油和尿素混合增塑熱塑性淀粉的適宜質(zhì)量比為1:1。 以TPS為基體，蔗髓作為增強相通過熔融共混法制備蔗髓/熱塑性淀粉復合包裝材料（BP/TPS）。研究了混合增塑劑用量、蔗髓用量、轉(zhuǎn)速、加工溫度對材料拉伸性能和彎曲性能的影響，同時優(yōu)化得到最佳的制備工藝為蔗髓用量10wt%（以絕干淀粉質(zhì)量計），混合增塑劑用量45wt%（以絕干淀粉質(zhì)量計），m（甘油）：m（尿素）=1:1，轉(zhuǎn)速40r/min，加工溫度140°C。此時得到的包裝材料的拉伸強度和斷裂伸長率分別為16.71MPa和15.18%，彎曲強度和彎曲模量分別為21.91MPa和1267.55MPa，具有較好的力學性能。 研究了40～60目間蔗髓的含量對BP/TPS流變性、力學性能、熱穩(wěn)定性和吸濕性的影響。結(jié)果表明，蔗髓含量增加，混合物料塑化時間延長，平衡轉(zhuǎn)矩增大；BP/TPS的拉伸強度和彎曲強度增大，熱穩(wěn)定性提高；在低相對濕度（RH=43%）下，蔗髓加入導致TPS吸濕率上升；在高相對濕度（RH㧐75%）下，蔗髓加入降低了TPS吸濕率。而在RH=75%時，蔗髓對TPS吸濕率的影響取決于其加入量的多少。紅外光譜（FT-IR）和掃描電鏡（SEM）顯示，蔗髓和TPS基體之間形成的分子間氫鍵以及二者之間良好的界面結(jié)合是蔗髓作為增強相的根本原因。 研究了蔗髓粒徑對BP/TPS的流變性、力學性能和吸濕性的影響，并建立了最大轉(zhuǎn)矩和蔗髓粒徑的關(guān)系函數(shù)。結(jié)果表明，隨著蔗髓粒徑變小，材料的拉伸強度和斷裂伸長率都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其中60～100目間的蔗髓增強熱塑性淀粉材料的拉伸性能最好；隨著蔗髓粒徑變小，BP/TPS包裝材料的彎曲強度增加，而彎曲模量降低；當蔗髓含量為10wt%時，在低相對濕度（RH=43%）下，實驗中所用四種粒徑的蔗髓都不能夠抑制TPS的吸濕；而在高相對濕度（RH㧐75%）下，實驗中所用四種粒徑的蔗髓都能夠抑制TPS的吸水。 通過對蔗髓進行不同濃度、溫度下的堿處理和酸堿混合處理，研究了蔗髓中木素含量對BP/TPS力學性能的影響。結(jié)果表明，隨著木素含量的降低，BP/TPS材料的拉伸強度逐漸增大，而斷裂伸長率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當在30°C下脫出蔗髓中的木素時，隨著木素含量降低，BP/TPS材料的彎曲強度和彎曲模量表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，木素含量為12.70%的蔗髓填充的材料的彎曲強度和彎曲模量最大，分別比未處理蔗髓材料增加14%和34%。 以蔗髓為基材，蔗渣亞硫酸氫鎂制漿廢液為膠黏劑，氣相法白炭黑為補強填料，通過常溫模壓工藝制備蔗髓緩沖包裝材料（BPCPMs）。研究了蔗髓用量、白炭黑用量、以及白炭黑比表面積對BPCPMs表觀密度和力學性能的影響。BPCPMs的微觀形態(tài)分析表明，氣相法白炭黑對于材料的增強是白炭黑填料-聚合物基體間以及白炭黑填料-填料間相互作用的綜合結(jié)果，白炭黑與基體間的氫鍵結(jié)合以及其在基體中的分散情況均是影響B(tài)PCPMs性能的重要因素。BPCPMs具備良好的緩沖性能，可以代替高密度EPS（硬質(zhì)泡沫塑料）包裝脆值較高、質(zhì)量較大的產(chǎn)品。 BP/TPS和BPCPMs的微生物降解實驗結(jié)果表明，經(jīng)過15d處理，前者的降解率都大于80%，后者的降解率最高達到52.5%，說明蔗髓生物質(zhì)包裝材料在霉菌作用下具有良好的降解性能。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB484;TS724
【圖文】：

華南理工大學博士學位論文為水和二氧化碳或通過堆肥作為肥料再利用的天然聚合物、竹材、農(nóng)作物秸稈及其加工剩余物和廢棄物，通過物理加工制成性能優(yōu)異、環(huán)境友好、經(jīng)濟附加值高的新材料，合材料[8]。在石油資源日益枯竭的社會環(huán)境下，用生物質(zhì)降解塑料材料，不但能夠滿足社會發(fā)展和人民群眾生活的續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟的理念。裝材料的特點包裝材料的核心內(nèi)容是碳的循環(huán)利用，與傳統(tǒng)的石油基塑是從可再生的生物質(zhì)或生物有機物直接轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔镏笫�。而傳統(tǒng)塑料則是從石油到聚合物再到二氧化碳。

.3.3.1 轉(zhuǎn)矩流變儀的結(jié)構(gòu)與功能轉(zhuǎn)矩流變儀是一種多功能流變學測試系統(tǒng)，其原理是轉(zhuǎn)矩的大小與樣品的黏度和功率的多少成正比，通過記錄被測試樣品在混合過程中對于轉(zhuǎn)子或螺桿產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)溫度和時間的變化圖，可研究樣品在加工過程中的分散行為，流動行為和結(jié)構(gòu)變化（定性、交聯(lián)等）[70]。由于轉(zhuǎn)矩流變儀與實際生產(chǎn)設備（密煉機、單螺桿擠出機、雙擠出機等）結(jié)構(gòu)類似，且所用原料量少，所以可以在實驗室環(huán)境中模擬實際的加工，并實現(xiàn)在模擬過程中對加工溫度、速度的精確控制，使試驗結(jié)果具有重復性。轉(zhuǎn)矩流變儀的基本結(jié)構(gòu)可分為三部分：計算機測量及控制系統(tǒng)，用于實驗參數(shù)的和實驗結(jié)果的顯示；轉(zhuǎn)矩傳感器及驅(qū)動系統(tǒng)，用于測量測試過程中轉(zhuǎn)矩、溫度和能時間的變化；可更換的實驗部件，一般根據(jù)實驗的需要配備密煉機測量單元或螺桿機（如圖 1-4 所示）。

【參考文獻】

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本文編號：2734382