海带发泡缓冲材料研究

摘要

在运输和流通过程中，合理的缓冲包装有利于减小机械振动等外界各种因素对产品产生的影响。目前，应用最广泛的缓冲材料是石油基的泡沫塑料，然而石油资源日益匮乏，泡沫塑料难以降解。因此，开发一种可降解、可再生的缓冲材料成为近年来研究的热点。生物质材料因来源广泛、可再生，成为应用前景最广泛的可降解材料之一。海带(laminariajaponica)量大、获取方便、成本低廉，是我国最重要、产量最高的栽培类藻类，是典型的第三代生物质。海带含有丰富的海藻酸盐，与钠离子结合形成海藻酸钠。海藻酸钠具有良好的胶黏性、乳化性、保形性和稳定性，还具有形成纤维和薄膜能力，易同蛋白质、淀粉等共溶。
　　本文采用真空冷冻干燥（又称冷冻干燥），利用海带中丰富的海藻酸盐与钠离子结合形成海藻酸钠，在不添加任何发泡助剂条件下制备海带发泡缓冲材料（laminaria japonicafoamed cushioning material，LFCM）。实验结果发现:NaOH溶液处理的海带发泡缓冲材料(LFCMh)呈致密的枝化结构，由薄壁构成开孔。随着NaOH溶液浓度的增加，LFCMh的强度降低，变得易坍塌易碎;孔径分布范围由宽变窄，平均孔径逐渐减小;缓冲材料的密度(ρ*)逐渐增大，而孔隙率（θ）则反之;压缩吸收能减小，初始弹性模量呈先减小后增大的趋势，初始弹性模量和压缩吸收能最大值分别为0.15 MPa和42.38 kJ/m3。使用NaOH溶液对海带进行处理可以得到海藻酸钠，使海带变成粘稠的胶体。但NaOH溶液的碱性较强，对海藻酸钠的影响较大，易使其解聚。从而使LFCMh的强度降低，变得易坍塌易碎，多孔结构很难保持。而Na2CO3溶液的碱性较弱，不仅可以处理海带后得到一定量的海藻酸钠，而且可避免海藻酸钠的降解过于剧烈。Na2CO3溶液处理的海带发泡缓冲材料(LFCMc)未发生坍塌。随着Na2CO3溶液浓度的增加，多孔结构更明显和致密;孔径分布范围由宽变窄，平均孔径逐渐减小，LFCMc比LFCMh的孔径分布范围更广，平均孔径稍大。ρ*呈增大趋势，θ则减小，LFCMc比LFCMh的p*变化幅度小，LFCMc的θ交高，都在90％以上;初始弹性模量和压缩吸收能都逐渐增大，初始弹性模量和压缩吸收能最大值分别为0.627 MPa和329.81 kJ/m3，LFCMc比LFCMh的压缩吸收能要大。相比较而言，LFCMc比LFCMh的多孔结构更明显更牢固、θ更大、静态缓冲性能更好。
　　结合LFCMc静态缓冲性能的研究和分析，再基于交错立方体模型，本文构建了LFCM的力学本构关系模型，最后采用实验数据进行了拟合曲线。该模型综合考虑了材料受x1和x2方向的力相互作用，反映了真空冷冻干燥制备的材料在线弹性、平台屈服和密实化阶段的静态缓冲性能，可以较为方便地预测材料在不同取向下的静态缓冲性能与孔单元尺寸的关系。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 生物质材料

1．3 海带的研究现状

1．3．1 海带及其性能特点

1．3．2 海带的应用

1．4 缓冲材料制备方法

1．5 真空冷冻干燥的研究现状

1．5．1 真空冷冻干燥

1．5．2 真空冷冻干燥的应用

1．6 课题研究的提出

1．6．1 研究目的及意义

1．6．2 研究方法及内容

第2章 NaOH溶液处理海带发泡缓冲材料(LFCMh)的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料与设备

2．2．2 实验步骤

2．2．3 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 流变特性

2．3．2 结构与形貌

2．3．3 孔径及孔径分布

2．3．4 密度和孔隙率

2．3．5 静态缓冲性能

2．4 本章小结

第3章 Na2CO3溶液处理海带发泡缓冲材料(LFCMc)的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料与设备

3．2．2 实验步骤

3．2．3 测试及表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 流变特性

3．3．2 FT-IR

3．3．3 形貌与结构

3．3．4 孔径及孔径分布

3．3．5 密度和孔隙率

3．3．6 静态缓冲性能

3．4 本章小结

第4章 海带发泡缓冲材料(LFCM)模型的建立

4．1 引言

4．2 线弹性阶段

4．2．1 x1方向

4．2．2 x2方向

4．2．3 LFCM的本构关系模型构建

4．3 平台屈服阶段

4．3．1 x1方向

4．3．2 x2方向

4．3．3 LFCM的本构关系模型构建

4．4 密实化阶段

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

致谢