学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

生物质全降解一次性餐饮具制品关键技术研究

作　者: 郭安福
导　师: 李剑峰
学　校: 山东大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 生物质生物降解发泡成型包装材料可持续制造
分类号: TS972.23
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 164次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

严重的环境污染、大量的资源能源消耗,足制约21世纪可持续发展的重大问题。为治理“白色污染”,目前国内外已有多种绿色产品推出：淀粉基塑料类、纸浆模塑类、生物质全降解类等。其中,生物质全降解类餐盒是以植物纤维(稻草纤维、秸秆纤维、蔗渣纤维)和淀粉为主料,其他添加剂为辅料,经过发泡成型、喷涂防水防油胶、杀菌包装等工艺生产出的绿色环保产品。该绿色产品具有原料可再生、环境污染小、生产成本低等优点,是塑料产品的最佳替代品。目前,生物质全降解一次性餐饮具制品存在着成型机理不明确、成分配伍不成熟、核心生产装备不完善、生物质全降解材料基础性能研究较少和国内外缺乏有效的评价标准等问题。因此,发展生物质全降解一次性餐饮具制品关键技术成为当前亟需解决的课题。本论文在综合国内外相关研究基础上,以生物质全降解一次性餐饮具制品“成分配伍技术及成型机理-成型工艺技术-产品性能”为主线,对课题中生物质全降解制品成分配伍技术及成型机理、成型工艺技术及成型模具、力学性能、降解机理和环境友好性分析等关键技术进行了重点研究。针对生物质全降解一次性餐饮具材料成型机理、成分配伍方案不成熟问题,本文首先以热力学理论、高分子理论和胶体与界面化学理论等为指导,提出了生物质全降解材料的四步式发泡机理,研究了发泡过程中发泡剂的共混、气泡成核阶段、气泡增长阶段和固化成型阶段等四阶段相变机制。其次提出了生物质全降解材料均相成核-水桥联接成型机理,研究了成型过程中纤维、淀粉和添加剂的水桥联结成型机理及植物纤维在成型过程中的“巢拱”转变机制。最后在研究生物质全降解制品各原料物理化学特性的基础上,初步确定了几种典型生物质全降解一次性餐饮具制品成分配伍技术方案,为后续研究提供了理论基础。针对生物全降解制品的成型工艺及成型模具不成熟问题,本文首先研究了生物质全降解制品的制备过程及影响制品成型的因素,研究开发了新型模具,研究了生物质全降解制品成型工艺参数选择原则,并初步开发了几种典型生物质全降解产品的工艺参数；然后以有限元理论为基础,结合成型模具的实际工况,对模具工作过程的热场、热力耦合场进行仿真分析研究,分析了模具工作表面的温度场、应力场和应变场的工况,为模具结构优化和成型参数的优化提供了理论基础。针对生物质全降解材料缺乏基础力学性能研究的问题。本文首先研究了生物质全降解材料的微观组织形式形成机理,并采用SEM技术对生物质全降解材料的微观组织形式进行分析。其次,以生物质全降解餐盒为研究对象,通过力学性能试验,获得生物质全降解材料的力学性能参数,并利用有限元法对餐盒进行仿真,模拟餐盒在使用过程中的受压状况,确定生物质全降解餐盒的应力集中情况,并和餐盒在实验室受压状态下的情况进行对照,验证了计算机仿真的正确性,为该产品的使用和运输提供了理论基础。最后,以《GB/T 18006.1-1999一次性可降解餐饮具通用技术条件》为标准,研究生物质全降解餐盒的使用性能,主要包括：质量测定、容积测定、耐水试验、耐油试验、负重性能试验、盒盖折次试验、含水率和跌落实验等,并与淀粉基塑料餐盒、纸浆模塑餐盒的使用性能进行了对比。针对生物质全降解制品在自然环境中的降解机理问题,本文首先提出了生物质全降解材料在自然界中的双阶段降解机理,废弃制品进入到自然环境中,填埋之前以纤维素光降解和热降解为主,填埋进土壤后以微生物降解和水解为主,最后实现完全生物降解。然后以霉菌实验的方法,研究了生物质全降解餐盒在整个降解周期内的微生物生长程度和质量损失率,探讨了试样大小、环境条件对降解性能的影响,并把这些降解指标与作为阳性对照的滤纸和作为阴性对照的聚乙烯塑料进行了对比分析。同时,还与纸浆模塑餐盒、淀粉基塑料餐盒的降解性能进行了对比。针对生物质全降解制品缺乏有力环境友好性评价的问题,本文首先建立了可降解包装材料的绿色度评价指标模型,运用全生命周期理论和模糊层次分析对其进行了评价和分析；其次,通过问卷调查得到定性评价后,利用概率统计的原理对数据进行了处理,构造比较矩阵,并采用和积法计算最大特征根和特征向量,得到各指标的相对重要度。然后又计算得到各指标相对于被评价产品的综合重要度。用逻辑推理指派法确定各指标的隶属函数后,得到该指标的隶属度。根据各评价指标的隶属度和综合重要度运用线形加权的方法得到的生物质全降解可降解包装材料的绿色度；最后,把6种典型可降解包装材料和传统发泡塑料包装材料的绿色度进行了对比,认为生物质类全降解包装材料具有很好的发展前景。

全文目录

目录  5-8
CONTENTS  8-11
摘要  11-13
ABSTRACT  13-16
第一章绪论  16-34
  引言  16
  1.1 课题背景意义  16-23
    1.1.1 课题背景  16-19
    1.1.2 课题意义  19-23
  1.2 生物质全降解材料研究现状  23-29
    1.2.1 成分配伍及成型机理  23
    1.2.2 生产装备及成型工艺技术  23-25
    1.2.3 组织结构及力学性能研究  25-26
    1.2.4 降解机理及降解评价方法研究  26-27
    1.2.5 环境友好性评价  27-28
    1.2.6 存在的主要问题  28-29
  1.3 课题提出及研究内容  29-34
    1.3.1 课题提出  29-30
    1.3.2 主要研究内容  30-32
    1.3.3 论文整体框架  32-34
第二章生物质全降解制品成分配伍技术及成型机理  34-62
  引言  34
  2.1 成分配伍及制备技术  34-45
    2.1.1 淀粉结构及性质  34-36
    2.1.2 纤维素结构及性质  36-38
    2.1.3 发泡剂  38-39
    2.1.4 其他添加剂  39-43
    2.1.5 制备过程  43-44
    2.1.6 制品成型影响因素  44-45
    2.1.7 成分配伍技术方案  45
  2.2 四步式发泡机理  45-57
    2.2.1 理论基础  45-51
    2.2.2 气泡成核阶段  51-53
    2.2.3 气泡增长阶段  53-55
    2.2.4 气泡塌陷和破裂  55-57
    2.2.5 固化定型阶段  57
  2.3 水桥联接成型机理  57-60
    2.3.1 高聚物共混  57-58
    2.3.2 固液两相流体  58-59
    2.3.3 纤维受力分析  59
    2.3.4 成型过程中的水桥联结  59-60
  2.4 本章小结  60-62
第三章生物质全降解制品成型工艺技术及成型模具研究  62-80
  引言  62
  3.1 新型成型模具技术  62-65
    3.1.1 快排汽无余料技术  63-64
    3.1.2 楔型自动定位技术  64
    3.1.3 强制自动脱模技术  64-65
    3.1.4 掩口柔性自动调整技术  65
  3.2 成型工艺参数选择  65-67
    3.2.1 成型温度的选择  65-66
    3.2.2 模具压力的实现  66
    3.2.3 成型时间的选择  66
    3.2.4 投料量的选择  66-67
    3.2.5 几种典型生物质全降解制品的工艺参数  67
  3.3 成型模具热力耦合分析  67-78
    3.3.1 理论基础  67-69
    3.3.2 成型模具热场分析  69-74
    3.3.3 成型模具热力耦合分析  74-78
  3.4 本章小结  78-80
第四章生物质全降解材料微观结构及力学性能实验研究  80-98
  引言  80
  4.1 发泡材料泡孔结构及表征  80-84
    4.1.1 气体结构单元概念  80
    4.1.2 开孔结构和闭孔结构  80-81
    4.1.3 泡孔构型  81-83
    4.1.4 泡孔结构的表征  83-84
  4.2 生物质全降解材料微观结构分析  84-85
    4.2.1 气泡存在形式分析  84-85
    4.2.2 能谱分析  85
  4.3 餐盒有限元分析  85-91
    4.3.1 力学性能基础参数测定  86-89
    4.3.2 餐盒有限元分析  89-91
    4.3.3 结果分析  91
  4.4 餐盒使用性能研究  91-96
    4.4.1 实验内容及方法  92-94
    4.4.2 实验结果及分析  94-96
  4.5 本章小结  96-98
第五章生物质全降解制品降解机理及实验验证  98-116
  引言  98
  5.1 基础理论  98-103
    5.1.1 降解理论  98-101
    5.1.2 降解环境条件  101-103
  5.2 生物质全降解材料双阶段降解机理  103-108
    5.2.1 填埋之前降解机理  104-106
    5.2.2 填埋之后降解机理  106-108
  5.3 生物全降解材料降解性能实验研究  108-111
    5.3.1 实验原理及材料  108-109
    5.3.2 实验方法及步骤  109-111
  5.4 实验结果及分析  111-114
    5.4.1 霉菌生长程度分析  111-112
    5.4.2 质量损失率分析  112-113
    5.4.3 环境条件对材料降解性能的影响  113
    5.4.4 试样大小对材料降解性能的影响  113-114
  5.5 本章小结  114-116
第六章基于层次分析法的生物质全降解包装材料绿色度评价  116-126
  引言  116
  6.1 基于生命周期的模糊层次分析法  116-119
  6.2 可降解包装材料绿色度评价  119-123
    6.2.1 建立评价指标体系及层次结构模型  119
    6.2.2 计算各评价指标权重  119-121
    6.2.3 计算综合重要度  121
    6.2.4 确定各指标隶属度  121-122
    6.2.5 综合评价  122
    6.2.6 结果分析  122-123
  6.3 典型可降解包装材料绿色度对比分析  123
    6.3.1 典型可降解包装材料  123
    6.3.2 结果分析  123
  6.4 本章小结  123-126
第七章结论与展望  126-130
  7.1 工作总结  126-128
  7.2 创新点  128
  7.3 研究展望  128-130
参考文献  130-140
攻读博士学位期间发表学术论文、参与科研项目及获奖情况  140-144
致谢  144-146
English Papers  146-173
  1 Assessment on green degree of biodegradable packaging material based on LCA and FAHP methodology  146-158
  2 Study on the performance and biodegradability of three kinds of biodegradable dishware  158-173
学位论文评阅及答辩情况表  173

生物质全降解一次性餐饮具制品关键技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文