【摘要】：為了解決塑料包裝材料帶來(lái)的“白色污染”等環(huán)境污染問(wèn)題,本文提出了一種具有多孔微觀結(jié)構(gòu)的新型可降解生物質(zhì)緩沖包裝材料。但目前生物質(zhì)緩沖包裝材料普遍存在著緩沖性能不足、通過(guò)試錯(cuò)法進(jìn)行新產(chǎn)品配方研發(fā)時(shí)面臨的研發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)、原有成型設(shè)備無(wú)法滿足該新型生物質(zhì)緩沖包裝材料對(duì)制備工藝的需求等問(wèn)題。為了解決以上問(wèn)題,本文開(kāi)展了以下研究:為了提升該新型生物質(zhì)緩沖包裝材料的緩沖性能,解決生物質(zhì)材料緩沖性能普遍不足的問(wèn)題。本文通過(guò)能量吸收效率-應(yīng)力曲線研究了纖維堿化改性、淀粉塑化改性和纖維含量對(duì)生物質(zhì)緩沖包裝材料緩沖性能的影響,并首次從多孔微觀結(jié)構(gòu)和淀粉與纖維之間的氫鍵結(jié)合強(qiáng)度及其相容性三個(gè)方面對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行了探究。研究發(fā)現(xiàn)纖維堿化改性和淀粉塑化改性均提升了纖維和淀粉兩者之間的相容性,促進(jìn)生物質(zhì)緩沖包裝材料內(nèi)部形成了更致密的多孔微觀結(jié)構(gòu),從而提升了該材料的緩沖性能。纖維堿化改性和淀粉塑化改性促使堿化劍麻纖維和塑化淀粉(TPS)兩者之間形成了更強(qiáng)的氫鍵,即增強(qiáng)了堿化劍麻纖維和TPS兩者之間的界面粘附強(qiáng)度,從而提升了該材料的緩沖性能;隨著纖維含量的增加,生物質(zhì)緩沖包裝材料內(nèi)部的多孔微觀結(jié)構(gòu)先變致密后變松散,從而使該材料的緩沖性能先增加后減小。當(dāng)堿化劍麻纖維和TPS的質(zhì)量比為4:13時(shí),生物質(zhì)緩沖包裝材料內(nèi)部的多孔微觀結(jié)構(gòu)最致密,其緩沖性能最佳。通過(guò)為期4周的降解性能測(cè)試試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)緩沖包裝材料的質(zhì)量損失率達(dá)62.36%,表明該材料具有優(yōu)越的降解性能,在自然環(huán)境條件下可降解。當(dāng)壓縮載荷較大時(shí)(0.7-7 MPa),該可降解生物質(zhì)緩沖包裝材料的緩沖性能優(yōu)于EPS(發(fā)泡聚苯乙烯),可以替代EPS作為緩沖包裝材料。為了解決原有生物質(zhì)材料配方研發(fā)時(shí)多采用試錯(cuò)法導(dǎo)致的新材料開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、研發(fā)成本高等問(wèn)題。本文提出了以產(chǎn)品性能為驅(qū)動(dòng)的生物質(zhì)緩沖包裝材料配伍組分快速設(shè)計(jì)方法,建立了生物質(zhì)緩沖包裝材料基于各配伍組分的材料力學(xué)性能、密度和成本的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型。在生物質(zhì)緩沖包裝材料新產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中,可以通過(guò)上述材料性能的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型,以新產(chǎn)品的性能為驅(qū)動(dòng),對(duì)該材料的配伍組分進(jìn)行快速設(shè)計(jì),從而大幅縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期;在滿足新產(chǎn)品對(duì)材料力學(xué)性能的要求的情況下,可以對(duì)該材料的密度和成本進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)該復(fù)合材料的輕量化設(shè)計(jì),同時(shí)可以對(duì)該復(fù)合材料的成本進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了滿足該新型生物質(zhì)緩沖包裝材料對(duì)成型設(shè)備要求,彌補(bǔ)原有成型設(shè)備的不足,并進(jìn)一步提升生物質(zhì)緩沖包裝材料的緩沖性能。本文研發(fā)了一套溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)動(dòng)態(tài)可控成型設(shè)備,具體包括模壓系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)。通過(guò)以上三個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)控,可以對(duì)該成型設(shè)備模具型腔內(nèi)的溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確調(diào)控。通過(guò)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,對(duì)原有成型模具進(jìn)行了一系列優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì),解決了原成型模具無(wú)法形成穩(wěn)定壓力場(chǎng)、模具型腔內(nèi)的溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)不均一等問(wèn)題。最終實(shí)現(xiàn)了在該新型成型設(shè)備的模具型腔內(nèi)形成穩(wěn)定、均一的溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng),并能對(duì)其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確動(dòng)態(tài)調(diào)控。本文研究了纖維堿化改性、淀粉塑化改性和纖維含量對(duì)生物質(zhì)緩沖包裝材料緩沖性能的影響,并對(duì)其深層影響機(jī)理進(jìn)行了探究,提升了生物質(zhì)緩沖包裝材料的緩沖性能,制備了可以替代EPS的新型生物質(zhì)緩沖包裝材料;本文建立了以產(chǎn)品性能為驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)緩沖包裝材料配伍組分的快速設(shè)計(jì)方法、研發(fā)了一套適用于該新型生物質(zhì)材料的溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)動(dòng)態(tài)可控的成型設(shè)備。為該新型生物質(zhì)緩沖包裝材料的大規(guī)模市場(chǎng)化應(yīng)用提供了理論和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB484
【圖文】：

圖１－１論文框架圖逡逑

圖２－２生物質(zhì)緩沖包裝材料的能量吸收效率－應(yīng)力（￡■－0０曲線逡逑通過(guò)２．３，１節(jié)所述步驟獲得了邋３種生物質(zhì)緩沖包裝材料的能量吸收效率－應(yīng)力逡逑（五－ｃｔ）曲線如圖２－２所示。隨著壓縮載荷的增加，材料的能量吸收效率先逐漸逡逑增大后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后各組試樣最大能量吸收效率的大小關(guān)系為：■Ｅ＇ｎｓ＋ｕｎｆ邋＜逡逑＾＾ａｆＣＥｔｐｓ＋ａｆ。這表明ＮＳ＋ＵＮＦ復(fù)合材料的緩沖性能最差，而纖維堿化改性增逡逑強(qiáng)了復(fù)合材料的緩沖性能，淀粉塑化改性進(jìn)一步增強(qiáng)了該復(fù)合材料的緩沖性能。逡逑綜上所述，纖維堿化改性和淀粉塑化改性均提升了生物質(zhì)包裝材料的緩沖性能。逡逑２．４．２微觀形貌分析逡逑圖２－３所示為未改性劍麻纖維、堿化改性劍麻纖維和３種生物質(zhì)包裝材料的逡逑ＳＥＭ圖。由圖２－３邋（ａ）可以看出，未堿化改性的劍麻纖維表面完整、無(wú)分支。逡逑１２逡逑

第２章纖維及淀粉改性對(duì)生物質(zhì)緩沖包裝材料緩沖性能的影響逡逑如圖２－３邋（ｂ）所示，由于堿化改性去除了劍麻纖維表面的果膠、半纖維素等雜質(zhì)，逡逑將劍麻纖維原纖化，使纖維分絲暴露出來(lái)，將整束纖維分成了更小的多束纖維，逡逑同時(shí)使纖維的表面變得粗糙，從而增大了纖維與淀粉的結(jié)合面積，提升了纖維與逡逑淀粉之間的相容性。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 賀正楚;潘紅玉;;德國(guó)“工業(yè)4.0”與“中國(guó)制造2025”[J];長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版);2015年03期

2 李方義;管凱凱;郭安福;劉鵬;李劍峰;王成釗;;纖維/淀粉復(fù)合處理對(duì)生物質(zhì)緩沖包裝材料性能的影響[J];功能材料;2014年14期

3 肖生苓;曹斌;;木塑復(fù)合緩沖包裝材料發(fā)泡及其界面的研究動(dòng)態(tài)[J];森林工程;2011年06期

4 李超民;;美國(guó)生物質(zhì)能源政策激勵(lì)與糧食消費(fèi)展望[J];農(nóng)業(yè)展望;2010年03期

5 魯海寧;賈秀杰;李劍峰;李方義;王霞;李建勇;;全降解餐盒成型模具熱分析與優(yōu)化[J];模具工業(yè);2010年03期

6 王裕銀;劉民榮;高子棟;李國(guó)忠;;堿處理對(duì)秸稈纖維石膏基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J];墻材革新與建筑節(jié)能;2009年11期

7 鮑甫成;;發(fā)展生物質(zhì)材料與生物質(zhì)材料科學(xué)[J];林產(chǎn)工業(yè);2008年04期

8 李媛媛;戴宏民;;植物纖維緩沖制品的改性及發(fā)泡技術(shù)探討[J];重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年03期

9 陳耀武;趙良知;黃錦強(qiáng);;基于Pro/E與ANSYS的一模多腔模具熱分析[J];模具技術(shù);2007年06期

10 劉壯;王勇;孫智慧;高德;;玉米秸稈纖維復(fù)合緩沖包裝材料的研究[J];哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 劉鵬;生物質(zhì)緩沖包裝材料成分配伍優(yōu)化及微觀機(jī)理研究[D];山東大學(xué);2015年

2 管凱凱;生物質(zhì)緩沖包裝材料配伍成型及模具開(kāi)發(fā)[D];山東大學(xué);2014年

3 李剛;生物質(zhì)緩沖包裝制品漿料流變性及緩沖特性研究[D];山東大學(xué);2013年

4 呂禹;生物質(zhì)緩沖包裝材料成型機(jī)理及緩沖特性研究[D];山東大學(xué);2012年

5 魯海寧;生物質(zhì)全降解餐飲具模具結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[D];山東大學(xué);2010年

6 焦安勇;基于有限元模擬分析的生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的研發(fā)[D];吉林大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2757875