基于聚乳酸/玉米秸秆纤维食品包装材料发泡性能及其模型研究

【摘要】：以聚乳酸和玉米秸秆纤维为原料制备食品包装材料既能解决不可降解材料给环境带来的污染问题又能缓解石化资源短缺问题,同时还能提高农业副产品的利用率,遵循可持续发展的原则。聚乳酸/玉米秸秆纤维食品包装材料的开发具有重大的应用价值和现实意义。 通过熔融混炼,模压发泡的方法制备聚乳酸发泡材料。首先引入马来酸酐、1,2,4-苯三酸酐、均苯四甲酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯,分析熔体黏度对聚乳酸发泡材料表观密度和膨胀率的影响,从而优选出最佳增塑剂——GMA。其次,探索了GMA的加入对聚乳酸分子结构和界面形态的影响,发现GMA与PLA发生了反应。再者,考察了不同的熔体黏度对聚乳酸发泡材料表观密度、膨胀率、孔隙率、力学性能和热性能的影响,结果显示聚乳酸发泡需要合适的熔体黏度,熔体黏度过高,气泡膨胀生长所需克服的阻力较大,气泡膨胀生长较为困难；熔体黏度过低,聚合物熔体难以包裹住支撑膨胀的气泡而导致气泡破裂、崩塌、.合并,当GMA添加量为4%,熔体黏度为233Pa.S时材料的密度及其性能最好。 研究了纤维的加入对聚乳酸/玉米秸秆纤维复合发泡材料分子结构和界面形态的影响；优化了热压工艺参数；考察了不同玉米秸秆纤维含量对PLA/玉米秸秆纤维发泡材料的表观密度、膨胀率、力学性能、热性能和吸水性能的影响。结果表明纤维与聚乳酸之间有一定的界面相容性；热压发泡的最佳工艺参数为：热压压力15MPa,热压温度200℃,保压时间5min；当纤维添加量为15%时,所得发泡材料表观密度最小为0.568g/cm3,膨胀率最大为61%,拉伸强度最大为8.031MPa,纤维的加入降低了PLA/玉米秸秆纤维复合发泡材料的热降解温度。 根据经典发泡理论,选用细胞模型为物理模型,利用质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律、Dewitt本构方程和理想气体状态方程等,探讨了气泡膨胀生长中的数学模型,并对数学模型进行实验验证。结果显示,该模型可以应用在聚乳酸发泡体系中,但是当体系较为复杂时,仍需进一步改进实验方法和模型方程。 【关键词】：食品保鲜包装材料 聚乳酸 发泡材料 玉米秸秆纤维 熔体黏度 发泡模型
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TS206.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 前言10
• 1.2 文献综述10-22
• 1.2.1 食品保鲜材料的现状与发展10-12
• 1.2.2 聚乳酸12-16
• 1.2.3 聚乳酸复合材料16-17
• 1.2.4 聚乳酸发泡材料17-20
• 1.2.5 发泡材料发泡成型理论20-22
• 1.3 研究目标与内容22-23
• 1.3.1 研究目标22
• 1.3.2 研究内容22-23
• 第2章 聚乳酸发泡材料的制备及熔体黏度对发泡材料性能的影响23-33
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-26
• 2.2.1 实验原料23-24
• 2.2.2 实验仪器及设备24
• 2.2.3 聚乳酸发泡材料的制备24
• 2.2.4 分析表征24-26
• 2.3 结果与讨论26-32
• 2.3.1 聚乳酸发泡材料的制备26-27
• 2.3.2 熔体黏度对聚乳酸发泡材料结构的影响27-29
• 2.3.3 熔体黏度对PLA发泡材料表观密度、膨胀率和孔隙率的影响29-30
• 2.3.4 聚乳酸发泡材料的力学性能30-31
• 2.3.5 聚乳酸发泡材料的热性能31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 聚乳酸/玉米秸秆纤维发泡材料的制备及性能研究33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-36
• 3.2.1 实验原料33
• 3.2.2 实验仪器及设备33-34
• 3.2.3 聚乳酸/玉米秸秆纤维复合发泡材料的制备34-35
• 3.2.4 分析表征35-36
• 3.3 结果与讨论36-43
• 3.3.1 聚乳酸/玉米秸秆纤维复合发泡材料的分子结构36
• 3.3.2 聚乳酸/玉米秸秆纤维复合发泡材料的微观结构36-37
• 3.3.3 聚乳酸/玉米秸秆纤维复合发泡材料热压工艺参数的优化37-40
• 3.3.4 纤维含量对聚乳酸/玉米秸秆纤维复合发泡材料密度和性能的影响40-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 聚乳酸基发泡材料发泡模型的建立与优化45-56
• 4.1 引言45-46
• 4.2 物理模型的建立46-47
• 4.3 数学模型的建立47-53
• 4.3.1 气泡内核的形成47-48
• 4.3.2 气泡的膨胀生长48-53
• 4.4 数值计算与拟合53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 结论与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-65
• 作者简介65

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