【摘要】：嚴(yán)重的環(huán)境污染、大量的資源能源消耗,足制約21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大問題。為治理“白色污染”,目前國內(nèi)外已有多種綠色產(chǎn)品推出：淀粉基塑料類、紙漿模塑類、生物質(zhì)全降解類等。其中,生物質(zhì)全降解類餐盒是以植物纖維(稻草纖維、秸稈纖維、蔗渣纖維)和淀粉為主料,其他添加劑為輔料,經(jīng)過發(fā)泡成型、噴涂防水防油膠、殺菌包裝等工藝生產(chǎn)出的綠色環(huán)保產(chǎn)品。該綠色產(chǎn)品具有原料可再生、環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點,是塑料產(chǎn)品的最佳替代品。目前,生物質(zhì)全降解一次性餐飲具制品存在著成型機(jī)理不明確、成分配伍不成熟、核心生產(chǎn)裝備不完善、生物質(zhì)全降解材料基礎(chǔ)性能研究較少和國內(nèi)外缺乏有效的評價標(biāo)準(zhǔn)等問題。因此,發(fā)展生物質(zhì)全降解一次性餐飲具制品關(guān)鍵技術(shù)成為當(dāng)前亟需解決的課題。本論文在綜合國內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)上,以生物質(zhì)全降解一次性餐飲具制品“成分配伍技術(shù)及成型機(jī)理-成型工藝技術(shù)-產(chǎn)品性能”為主線,對課題中生物質(zhì)全降解制品成分配伍技術(shù)及成型機(jī)理、成型工藝技術(shù)及成型模具、力學(xué)性能、降解機(jī)理和環(huán)境友好性分析等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點研究。 針對生物質(zhì)全降解一次性餐飲具材料成型機(jī)理、成分配伍方案不成熟問題,本文首先以熱力學(xué)理論、高分子理論和膠體與界面化學(xué)理論等為指導(dǎo),提出了生物質(zhì)全降解材料的四步式發(fā)泡機(jī)理,研究了發(fā)泡過程中發(fā)泡劑的共混、氣泡成核階段、氣泡增長階段和固化成型階段等四階段相變機(jī)制。其次提出了生物質(zhì)全降解材料均相成核-水橋聯(lián)接成型機(jī)理,研究了成型過程中纖維、淀粉和添加劑的水橋聯(lián)結(jié)成型機(jī)理及植物纖維在成型過程中的“巢拱”轉(zhuǎn)變機(jī)制。最后在研究生物質(zhì)全降解制品各原料物理化學(xué)特性的基礎(chǔ)上,初步確定了幾種典型生物質(zhì)全降解一次性餐飲具制品成分配伍技術(shù)方案,為后續(xù)研究提供了理論基礎(chǔ)。 針對生物全降解制品的成型工藝及成型模具不成熟問題,本文首先研究了生物質(zhì)全降解制品的制備過程及影響制品成型的因素,研究開發(fā)了新型模具,研究了生物質(zhì)全降解制品成型工藝參數(shù)選擇原則,并初步開發(fā)了幾種典型生物質(zhì)全降解產(chǎn)品的工藝參數(shù)；然后以有限元理論為基礎(chǔ),結(jié)合成型模具的實際工況,對模具工作過程的熱場、熱力耦合場進(jìn)行仿真分析研究,分析了模具工作表面的溫度場、應(yīng)力場和應(yīng)變場的工況,為模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和成型參數(shù)的優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。 針對生物質(zhì)全降解材料缺乏基礎(chǔ)力學(xué)性能研究的問題。本文首先研究了生物質(zhì)全降解材料的微觀組織形式形成機(jī)理,并采用SEM技術(shù)對生物質(zhì)全降解材料的微觀組織形式進(jìn)行分析。其次,以生物質(zhì)全降解餐盒為研究對象,通過力學(xué)性能試驗,獲得生物質(zhì)全降解材料的力學(xué)性能參數(shù),并利用有限元法對餐盒進(jìn)行仿真,模擬餐盒在使用過程中的受壓狀況,確定生物質(zhì)全降解餐盒的應(yīng)力集中情況,并和餐盒在實驗室受壓狀態(tài)下的情況進(jìn)行對照,驗證了計算機(jī)仿真的正確性,為該產(chǎn)品的使用和運(yùn)輸提供了理論基礎(chǔ)。最后,以《GB/T 18006.1-1999一次性可降解餐飲具通用技術(shù)條件》為標(biāo)準(zhǔn),研究生物質(zhì)全降解餐盒的使用性能,主要包括：質(zhì)量測定、容積測定、耐水試驗、耐油試驗、負(fù)重性能試驗、盒蓋折次試驗、含水率和跌落實驗等,并與淀粉基塑料餐盒、紙漿模塑餐盒的使用性能進(jìn)行了對比。 針對生物質(zhì)全降解制品在自然環(huán)境中的降解機(jī)理問題,本文首先提出了生物質(zhì)全降解材料在自然界中的雙階段降解機(jī)理,廢棄制品進(jìn)入到自然環(huán)境中,填埋之前以纖維素光降解和熱降解為主,填埋進(jìn)土壤后以微生物降解和水解為主,最后實現(xiàn)完全生物降解。然后以霉菌實驗的方法,研究了生物質(zhì)全降解餐盒在整個降解周期內(nèi)的微生物生長程度和質(zhì)量損失率,探討了試樣大小、環(huán)境條件對降解性能的影響,并把這些降解指標(biāo)與作為陽性對照的濾紙和作為陰性對照的聚乙烯塑料進(jìn)行了對比分析。同時,還與紙漿模塑餐盒、淀粉基塑料餐盒的降解性能進(jìn)行了對比。 針對生物質(zhì)全降解制品缺乏有力環(huán)境友好性評價的問題,本文首先建立了可降解包裝材料的綠色度評價指標(biāo)模型,運(yùn)用全生命周期理論和模糊層次分析對其進(jìn)行了評價和分析；其次,通過問卷調(diào)查得到定性評價后,利用概率統(tǒng)計的原理對數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理,構(gòu)造比較矩陣,并采用和積法計算最大特征根和特征向量,得到各指標(biāo)的相對重要度。然后又計算得到各指標(biāo)相對于被評價產(chǎn)品的綜合重要度。用邏輯推理指派法確定各指標(biāo)的隸屬函數(shù)后,得到該指標(biāo)的隸屬度。根據(jù)各評價指標(biāo)的隸屬度和綜合重要度運(yùn)用線形加權(quán)的方法得到的生物質(zhì)全降解可降解包裝材料的綠色度；最后,把6種典型可降解包裝材料和傳統(tǒng)發(fā)泡塑料包裝材料的綠色度進(jìn)行了對比,認(rèn)為生物質(zhì)類全降解包裝材料具有很好的發(fā)展前景。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TS972.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2786900