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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

作　者: 王瑜
导　师: 高德
学　校: 浙江大学
专　业: 食品安全
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
分类号: TS206.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
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

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

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