随着人们环保意识的加强,对产品包装不仅要求其外观新颖美观,还要求包装材料无污染、易分解。近年来,世界各国相继开发出一些降解塑料、生物材料,对推动各国包装材料行业的发展起到了很大作用。天然可降解物质的利用对于可持续发展具有极其重要实际意义,以淀粉、植物纤维、甲壳素、壳聚糖等为主体的生物材料适应了这种环保的要求和趋势。本文通过查阅关于生物包装材料的相关文献和专利,总结了当前国内外生物包装材料发展的概况,制定了一套制备生物包装材料的方案,利用淀粉、植物纤维、聚乙烯为主要原料,制备了节能环保的生物包装材料,用以替代不能重复使用、污染环境的塑料制品。本文对生物包装材料制备过程的成型机理进行研究,在此基础上,设计了适合加工生物包装材料的双螺杆,并通过有限元软件对机头的流场进行了模拟,根据模拟结果对机头进行优化,建立了制备生物包装材料的实验平台并进行了系统的实验研究。首先,在单因素实验的基础上确定出了淀粉、植物纤维、聚乙烯、发泡剂等主要原料用量的范围。然后,分别研究了淀粉、植物纤维、发泡剂用量、螺杆转速、机筒温度等主要因素对材料的力学性能、缓冲性能和发泡效果的影响,并对材料的吸水性能、防潮性能、降解性能进行了研究。最后,用响应面法对工艺参数进行了优化,综合分析制备材料过程中的各种因素之间的关联及它们对材料性能的影响。通过对生物包装材料成型机理的研究和相关的实验研究,取得的主要成果如下:(1)工艺因素和配方因素都对发泡体的发泡性能和力学性能有一定的影响,当螺杆转速为100r·min-1,挤出温度在120℃,发泡剂的用量为1.5份,填料的用量为15份时,可以保证生物包装材料的力学性能。(2)在缓冲性能实验中,最优水平组合是植物纤维与淀粉比例为1.5:1,粗纤维与细纤维的比例为2:1,发泡温度为140℃,发泡时间为30min;影响生物包装材料发泡效果因素的主次顺序:发泡温度>粒度大小>发泡时间>淀粉与纤维比例。(3)聚乙烯在复合材料中起到了阻隔水浸入的作用,有效地降低了吸水性能。生物包装材料如果与水接触,会使其表面的淀粉或少量植物纤维溶于水中,所以生物包装材料不能长时间与水或含水量较大的物质接触。(4)提出了对生物包装材料新的处理方法,即水洗法。通过水洗法可以加快生物包装材料的降解速度,并且可以将其中不能降解的聚乙烯分离出来,达到分类处理、循环利用的目的。(5)通过响应面法对参数的优化得出:挤出温度和螺杆转速是影响拉伸强度的主要因素,拉伸强度随温度的升高先增大后减小,随螺杆转速的增加先增大后减小;在选定的范围内,对数据进行分析,建立了拉伸强度Y的统计模型,由模型得出最大拉伸强度为17.78MPa,此时的工艺参数是螺杆转速为100.73 r/min,挤出温度为118.14℃,增塑剂用量为2.75份,填料用量为5.62份。