植物纤维基泡沫材料孔结构调控技术的研究

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８５０学号：１１０１５垂魅舰Ａ１ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ植物纤维基泡沫材料孔结构调控技术的研究董慧玲指导教师姓名：李金宝教授学科名称：轻工技术与工程论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学ｙ｛申请工学硕士学位论文论文题目：植物纤维基泡沫材料孔结构调控技术的研究学科门类：工学一级学科：轻工技术与工程培养单位：轻工科学与

2、工程学院硕士生：董慧玲导师：李金宝教授2018年5月StudyonControllingPoreStructureofFoamMaterialsBasedonPlantFibersAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByHuilingDongSupervisor:Prof.JinbaoLiMay2018植物纤维基泡沫材料孔结构调控技

3、术的研究摘要泡沫塑料是建筑、工业、农业等领域不可或缺的缓冲包装材料，传统的泡沫塑料来源于石油衍生物，在回收利用过程中无法进行生物降解，使环境保护问题变得更加困难。植物纤维基泡沫材料因其具有可完全降解及原料可持续再生的优势，在取代传统泡沫塑料方面极具前景，但植物纤维本身尺寸较大，纤维间氢键结合点较少，制备出的泡沫材料泡孔粗大，结构均匀性差，最终影响产品的性能。因此本课题重点从泡沫材料结构的设计、制备工艺的优化和泡沫体系稳定性的提高等方面对泡沫材料的泡孔大小、数量及均匀性进行调控，对植物纤维基泡沫材料的制备技术进行探讨，主要研究内容如下：采用原纤化处理的方式对阔叶

4、木纤维的结构进行了重新设计，产生的微细纤维有助于形成更多细密的孔结构，在此基础上，探讨了原纤化处理程度对泡沫材料泡孔结构的影响。与未处理的泡沫材料相比，经过原纤化处理后的泡沫材料形成的泡孔孔径减小、数量增多且分布均匀，当原纤化处理程度为60°SR时，泡孔密度最大，孔径形态更接近于圆球形，抗压缓冲性能亦达到最佳。为了进一步调控泡孔的尺寸和形态，研究了纤维固含量、发泡剂用量及干燥温度对泡孔结构的影响。结果表明，随着固含量的增大泡孔结构逐渐分布均匀、泡孔密度增大，力学性能也变得优异，当固含量超过3wt%时，泡孔数量逐渐减少且分布不均；当干燥温度逐渐升高至60℃时，材

5、料泡孔分布逐渐变得均匀，泡孔密度也增大，材料的成型较好，且在该温度下，制备的材料压缩力学性能各指标表现最优；发泡剂十二烷基硫酸钠（SDS）用量小时，泡孔数量少、形状不规则且分布不均，当用量增大至0.2%～0.3%时，泡沫材料的泡孔数量增多、泡孔尺寸分布更均匀，此时压缩力学性能也表现较优。将支链淀粉作为结构增强剂加入发泡体系，有助于进一步提高泡沫材料结构中氢键的数量，优化泡孔结构，探讨了支链淀粉的用量对泡孔结构的调控作用。研究表明，当加入淀粉后，SEM图显示泡孔结构中出现了片层状的淀粉壁结构，在淀粉添加量不断增加的过程中，孔结构逐渐缩小，泡孔也更加均匀，与添加淀

6、粉的泡沫样品相比较，材料的压缩性能各个指标均得到I提高，其中的屈服强度与能量吸收值可提高50%左右。将十二醇作为泡沫稳定剂加入发泡体系，有助于提高发泡体系中泡沫的稳定性，优化泡孔结构，十二醇的加入能提高液膜的强度，减慢液膜的排液速度，加强泡沫的稳定性。在此基础上，探讨了十二醇的添加量对泡孔结构的调控。研究发现，适量的十二醇可以让泡孔的平均孔径减小，泡孔数量增多，力学性能得到了很大的提升，相较未添加十二醇的样品，泡沫材料的能量吸收值可以提高近250%。综上，通过原纤化处理、优化工艺、添加支链淀粉和十二醇均可实现对植物纤维基泡沫材料泡孔结构进行有效调控，本课题为制

7、备全降解的植物纤维基泡沫材料提供了一定的理论依据与应用参考。关键词：全降解泡沫材料，植物纤维，泡孔结构，结构调控，压缩性能IIStudyonControllingPoreStructureofFoamMaterialsBasedonPlantFibersABSTRACTFoamplasticisanindispensablecushionpackagingmaterialinthefieldsofconstruction,industry,andagriculture.Traditionalfoamplasticsarepreparedbypetroleumd

8、erivatives.Theyaren