废纸纤维发泡材料的配方优化及微波发泡工艺研究

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随着低碳环保和绿色循环的包装设计理念越来越深入人心,泡沫塑料类缓冲包装材料的使用越来越受到限制。目前国内外研究者正致力于研发一种植物纤维发泡材料,以期取代泡沫塑料类缓冲包装材料。植物纤维发泡材料是以植物纤维为基材,添加淀粉及其他助剂,经烘焙或挤压发泡而成,其制品密度小、缓冲性能好且废弃物可生物降解。目前,这种材料的缓冲性能已基本与泡沫塑料相当,但仍存在一些无法忽视的问题,限制了它在缓冲包装中的应用。本课题通过对国内外相关文献及课题组已有研究进行分析总结,对已有研究中易出现的问题进行了探讨,并有针对性地进行了试验研究,制备出了性能更优、成形性更好的废纸纤维发泡材料。本课题主要研究了以下内容:(1)对废纸纤维发泡材料的发泡过程及机理进行了较深入的分析,进而研究了纤维网络的形成、气泡核的形成、气泡的膨胀长大和气泡的稳定固化等过程,并对各阶段的受力情况进行了分析。同时探讨了现阶段试验室制备植物纤维发泡材料过程中普遍存在的问题及原因。(2)采用NaOH预处理的方法对废纸纤维进行了改性,通过正交试验,研究了NaOH用量、预处理时间及预处理温度三个条件因素对废纸纤维及其发泡材料性能的影响,并确定了合理的废纸纤维预处理条件:NaOH用量为绝干废纸浆的2%,在60℃条件下水浴处理30min。(3)对试验室原有废纸纤维发泡材料的配方进行了分析,确定了需进一步优化的条件为发泡剂配比和初始含水率,并结合微波发泡工艺中的微波功率和微波时间设计了优化正交试验,通过对试样性能测试结果的分析,确定了废纸纤维发泡材料的优化配方工艺:绝干纸浆、甘油、碳酸氢铵、偶氮二甲酰胺、淀粉、聚乙烯醇、碳酸钙、硼砂的比例约为32:3.8:1:1:1.8:1.2:3:0.2,材料初始含水率为95%,在试验室条件下以640W微波功率发泡11min。(4)对以往试验研究中废纸纤维发泡制品容易出现的厚度不均、表面不平整等问题进行了分析研究,分别针对初步成型工艺和微波发泡工艺设计制作了专用模具,并通过试验对其适用性进行了验证。研究结果表明,NaOH预处理对废纸纤维的性能缺陷有较大改善作用;采用优化后的配方工艺制备出的废纸纤维发泡材料的各项性能更优;微波发泡专用模具有效地解决了以往研究中易出现的问题。论文的研究成果弥补了以往废纸发泡材料研究中的不足,有助于加快废纸纤维发泡材料应用于缓冲包装的步伐。
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