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植物纤维缓冲包装材料是近年来针对石化资源日益枯竭及难降解材料污染严重而发展起来的一种新型绿色缓冲包装材料,具有原料来源广、无毒、无污染等特点。甘蔗渣也是植物纤维中的一大类,虽然在近几年对其的应用研究越来越多,但在缓冲包装材料的应用上才刚刚起步,因此研究制备蔗渣纤维缓冲包装材料具有较大的理论意义和应用价值。甘蔗渣由纤维素、半纤维素和木质素组成,以纤维素的结晶纤维丝为骨架,木质素和半纤维素形成牢固结合层包围着纤维素,构成高度结晶的结构,导致与淀粉、填料等相容性差,因此必须对甘蔗渣进行一定的预处理。本文采用自制搅拌球磨机对甘蔗渣进行机械活化预处理,以木薯淀粉为粘合剂,碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵复配为发泡剂,滑石粉为填料制备蔗渣纤维缓冲包装材料。以密度和压缩强度为指标,分别考察机械活化时间、淀粉含量、发泡剂用量、填料含量和温度等因素对密度和压缩强度的影响,并采用正交实验对制备蔗渣纤维缓冲包装材料工艺进行优化。采用电子万能试验机对蔗渣纤维缓冲包装材料进行静态压缩试验,分析讨论甘蔗渣机械活化时间对所制得的蔗渣纤维缓冲包装材料的静态压缩性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TG)等对蔗渣纤维缓冲包装材料进行表征分析。根据实验结果分析,得出以下结论:
(1)通过正交实验设计,得到较优的反应工艺条件为:机械活化2.0h,温度120℃,粘合剂的质量分数为20%,发泡剂的质量分数为10%,填料的质量分数为20%。在该工艺条件下制备的蔗渣纤维缓冲包装材料的密度为0.228g·cm-3,压缩强度为1.751MPa。
(2)蔗渣纤维缓冲包装材料静态压缩试验表明:蔗渣纤维缓冲包装材料具有一定的缓冲性能,在相同的应变下,应力随着机甘蔗渣机械活化时间的增加而减小。不同机械活化时间甘蔗渣制备的蔗渣缓冲包装材料的缓冲系数基本相当,其中应变在15-35%的范围时,材料的缓冲系数较小,活化2.0h甘蔗渣制备的蔗渣纤维缓冲包装材料的最小缓冲系数最小,为3.5。
(3)红外光谱和扫描电镜分析表明:机械活化破坏有效增强了甘蔗渣与淀粉、填料等物质的界面相容性,有利于立体网状结构的形成,提高了蔗渣纤维缓冲包装材料的缓冲性能。热重分析表明,甘蔗渣经机械活化后使蔗渣纤维缓冲包装材料的热稳定性略有下降。