淀粉/秸秆发泡缓冲材料的制备及其性能研究

摘要

可降解环保型缓冲包装材料的研究已成为当前包装工程研究的热点，也是包装材料研究领域未来的发展方向。本课题采用玉米淀粉/稻草秸秆纤维、玉米淀粉/玉米秸秆纤维、马铃薯淀粉/稻草秸秆纤维、马铃薯淀粉/玉米秸秆纤维为基体和增强材料，添加聚乙烯醇（PVA）、水和发泡剂制备了4种类型发泡缓冲材料，基于正交试验方法，优化了模压成型工艺参数和4种类型发泡缓冲材料的原材料配比，对4种发泡缓冲材料的抗压性、回弹性、密度、吸湿性、微观结构及可降解性进行了研究，得出以下主要结论：
　　 （1）优化的模压工艺参数为：模压温度160℃，模压压力2MPa，预热15min，固化2min，此时发泡缓冲材料的压缩屈服应力较高，密度较小。
　　 （2）PVA、发泡剂及秸秆与淀粉的配比对发泡缓冲材料的抗压性影响较大，PVA含量越高，发泡剂含量越低，发泡缓冲材料抗压性能越好；玉米秸秆纤维发泡缓冲材料抗压性优于稻草秸秆纤维发泡缓冲材料。4种发泡缓冲材料抗压性能最优配比制备的材料与发泡聚苯乙烯（EPS）比较发现，试样抗压性均优于EPS，但比抗压强度较差。
　　 （3）PVA对发泡缓冲材料回弹性影响最大，随PVA添加量增大，发泡缓冲材料回弹率先上升后下降；稻草秸秆纤维发泡缓冲材料回弹率优于玉米秸秆纤维发泡缓冲材料。4种发泡缓冲材料回弹性最优配比制备的材料第一、二次压缩回弹率优于EPS，第三次压缩易失效。
　　 （4）PVA、水和发泡剂对发泡缓冲材料密度影响较大，随PVA和水添加量增大，发泡缓冲材料密度先减小后增大。发泡剂添加量越多，材料密度越小。
　　 （5）PVA含量较高的发泡缓冲材料吸湿率较低，PVA能起良好防潮效果。淀粉/秸秆发泡缓冲材料在潮湿环境下的降解性能良好。
　　 （6）淀粉/秸秆发泡缓冲材料与EPS相比，其微观结构中闭孔率低，泡孔尺寸和分布不均匀。
　　 论文的研究结论为今后开展淀粉/植物纤维类发泡缓冲材料研究提供了有益参考，对可降解环保型包装材料的研究和开发拓展了新思路。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 淀粉/植物纤维类缓冲包装材料概况

1.2.1 缓冲包装材料的特点

1.2.2 常用缓冲包装材料性能比较

1.2.3 植物纤维类发泡缓冲材料制备工艺

1.3 植物纤维类发泡缓冲材料的国内外研究进展

1.3.1 国内研究进展

1.3.2 国外研究进展

1.4 课题研究的主要内容及创新

第二章 淀粉/秸秆发泡缓冲材料原材料特性及选用

2.1 基体材料

2.1.1 淀粉的组成及结构

2.1.2 淀粉种类及性能差异

2.1.3 淀粉的属性及改性

2.2 增强材料

2.2.1 秸秆纤维组成及作用

2.2.2 几种秸秆纤维化学成分比较

2.2.3 秸秆纤维性能及改性

2.3 发泡剂

2.3.1 发泡剂分类及发泡原理

2.3.2 发泡剂的比较及选择

2.4 增塑剂

2.5 防潮剂

2.6 其他助剂

2.7 本章小结

第三章 实验材料、设备及性能测试方法

3.1 实验材料

3.2 实验设备及仪器

3.3 材料性能测试方法

3.3.1 抗压性能

3.3.2 回弹性能

3.3.3 密度

3.3.4 吸湿性

3.3.5 可降解性

3.4 本章小结

第四章 模压成型实验研究

4.1 发泡缓冲材料热压模具设计

4.2 模压成型工艺研究

4.2.1 模压成型工艺

4.2.2 工艺参数计算及初选

4.2.3 工艺参数优化

4.3 本章小结

第五章 淀粉/秸秆发泡缓冲材料优化设计及性能研究

5.1 实验方法研究及设计

5.1.1 实验设计目的

5.1.2 正交实验设计方案

5.2 抗压性能

5.2.1 屈服压应力正交分析

5.2.2 抗压性能最优化的发泡缓冲材料与EPS比较

5.3 回弹性能

5.3.1 三次压缩回弹性能分析

5.3.2 回弹性能正交分析

5.3.3 回弹性能最优化的发泡缓冲材料与EPS比较

5.4 密度

5.4.1 密度正交分析

5.4.2 改善密度方法

5.5 吸湿性能

5.5.1 材料吸湿性对比

5.5.2 改善吸湿性方法

5.6 微观结构研究

5.6.1 微观结构比较

5.6.2 改善微观结构方法

5.7 可降解性能研究

5.8 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢