基于聚乳酸/玉米秸稈纖維食品包裝材料發(fā)泡性能及其模型研究

【摘要】：以聚乳酸和玉米秸稈纖維為原料制備食品包裝材料既能解決不可降解材料給環(huán)境帶來的污染問題又能緩解石化資源短缺問題,同時還能提高農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的利用率,遵循可持續(xù)發(fā)展的原則。聚乳酸/玉米秸稈纖維食品包裝材料的開發(fā)具有重大的應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。 通過熔融混煉,模壓發(fā)泡的方法制備聚乳酸發(fā)泡材料。首先引入馬來酸酐、1,2,4-苯三酸酐、均苯四甲酸酐、甲基丙烯酸縮水甘油酯,分析熔體黏度對聚乳酸發(fā)泡材料表觀密度和膨脹率的影響,從而優(yōu)選出最佳增塑劑——GMA。其次,探索了GMA的加入對聚乳酸分子結(jié)構(gòu)和界面形態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn)GMA與PLA發(fā)生了反應(yīng)。再者,考察了不同的熔體黏度對聚乳酸發(fā)泡材料表觀密度、膨脹率、孔隙率、力學(xué)性能和熱性能的影響,結(jié)果顯示聚乳酸發(fā)泡需要合適的熔體黏度,熔體黏度過高,氣泡膨脹生長所需克服的阻力較大,氣泡膨脹生長較為困難；熔體黏度過低,聚合物熔體難以包裹住支撐膨脹的氣泡而導(dǎo)致氣泡破裂、崩塌、.合并,當(dāng)GMA添加量為4%,熔體黏度為233Pa.S時材料的密度及其性能最好。 研究了纖維的加入對聚乳酸/玉米秸稈纖維復(fù)合發(fā)泡材料分子結(jié)構(gòu)和界面形態(tài)的影響；優(yōu)化了熱壓工藝參數(shù)；考察了不同玉米秸稈纖維含量對PLA/玉米秸稈纖維發(fā)泡材料的表觀密度、膨脹率、力學(xué)性能、熱性能和吸水性能的影響。結(jié)果表明纖維與聚乳酸之間有一定的界面相容性；熱壓發(fā)泡的最佳工藝參數(shù)為：熱壓壓力15MPa,熱壓溫度200℃,保壓時間5min；當(dāng)纖維添加量為15%時,所得發(fā)泡材料表觀密度最小為0.568g/cm3,膨脹率最大為61%,拉伸強(qiáng)度最大為8.031MPa,纖維的加入降低了PLA/玉米秸稈纖維復(fù)合發(fā)泡材料的熱降解溫度。 根據(jù)經(jīng)典發(fā)泡理論,選用細(xì)胞模型為物理模型,利用質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律、Dewitt本構(gòu)方程和理想氣體狀態(tài)方程等,探討了氣泡膨脹生長中的數(shù)學(xué)模型,并對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實驗驗證。結(jié)果顯示,該模型可以應(yīng)用在聚乳酸發(fā)泡體系中,但是當(dāng)體系較為復(fù)雜時,仍需進(jìn)一步改進(jìn)實驗方法和模型方程。 【關(guān)鍵詞】：食品保鮮包裝材料 聚乳酸 發(fā)泡材料 玉米秸稈纖維 熔體黏度 發(fā)泡模型
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TS206.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 前言10
• 1.2 文獻(xiàn)綜述10-22
• 1.2.1 食品保鮮材料的現(xiàn)狀與發(fā)展10-12
• 1.2.2 聚乳酸12-16
• 1.2.3 聚乳酸復(fù)合材料16-17
• 1.2.4 聚乳酸發(fā)泡材料17-20
• 1.2.5 發(fā)泡材料發(fā)泡成型理論20-22
• 1.3 研究目標(biāo)與內(nèi)容22-23
• 1.3.1 研究目標(biāo)22
• 1.3.2 研究內(nèi)容22-23
• 第2章 聚乳酸發(fā)泡材料的制備及熔體黏度對發(fā)泡材料性能的影響23-33
• 2.1 引言23
• 2.2 實驗部分23-26
• 2.2.1 實驗原料23-24
• 2.2.2 實驗儀器及設(shè)備24
• 2.2.3 聚乳酸發(fā)泡材料的制備24
• 2.2.4 分析表征24-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-32
• 2.3.1 聚乳酸發(fā)泡材料的制備26-27
• 2.3.2 熔體黏度對聚乳酸發(fā)泡材料結(jié)構(gòu)的影響27-29
• 2.3.3 熔體黏度對PLA發(fā)泡材料表觀密度、膨脹率和孔隙率的影響29-30
• 2.3.4 聚乳酸發(fā)泡材料的力學(xué)性能30-31
• 2.3.5 聚乳酸發(fā)泡材料的熱性能31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第3章 聚乳酸/玉米秸稈纖維發(fā)泡材料的制備及性能研究33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 實驗部分33-36
• 3.2.1 實驗原料33
• 3.2.2 實驗儀器及設(shè)備33-34
• 3.2.3 聚乳酸/玉米秸稈纖維復(fù)合發(fā)泡材料的制備34-35
• 3.2.4 分析表征35-36
• 3.3 結(jié)果與討論36-43
• 3.3.1 聚乳酸/玉米秸稈纖維復(fù)合發(fā)泡材料的分子結(jié)構(gòu)36
• 3.3.2 聚乳酸/玉米秸稈纖維復(fù)合發(fā)泡材料的微觀結(jié)構(gòu)36-37
• 3.3.3 聚乳酸/玉米秸稈纖維復(fù)合發(fā)泡材料熱壓工藝參數(shù)的優(yōu)化37-40
• 3.3.4 纖維含量對聚乳酸/玉米秸稈纖維復(fù)合發(fā)泡材料密度和性能的影響40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第4章 聚乳酸基發(fā)泡材料發(fā)泡模型的建立與優(yōu)化45-56
• 4.1 引言45-46
• 4.2 物理模型的建立46-47
• 4.3 數(shù)學(xué)模型的建立47-53
• 4.3.1 氣泡內(nèi)核的形成47-48
• 4.3.2 氣泡的膨脹生長48-53
• 4.4 數(shù)值計算與擬合53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 結(jié)論與展望56-58
• 5.1 結(jié)論56-57
• 5.2 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 致謝64-65
• 作者簡介65

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