生物質(zhì)全降解一次性餐飲具制品關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、嚴(yán)重的環(huán)境污染、大量的資源能源消耗，是制約21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大問題。為治理“白色污染”，目前國內(nèi)外已有多種綠色產(chǎn)品推出：淀粉基塑料類、紙漿模塑類、生物質(zhì)全降解類等。其中，生物質(zhì)全降解類餐盒是以植物纖維(稻草纖維、秸稈纖維、蔗渣纖維)和淀粉為主料，其他添加劑為輔料，經(jīng)過發(fā)泡成型、噴涂防水防油膠、殺菌包裝等工藝生產(chǎn)出的綠色環(huán)保產(chǎn)品。該綠色產(chǎn)品具有原料可再生、環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，是塑料產(chǎn)品的最佳替代品。目前，生物質(zhì)全降解一次性餐

2、飲具制品存在著成型機理不明確、成分配伍不成熟、核心生產(chǎn)裝備不完善、生物質(zhì)全降解材料基礎(chǔ)性能研究較少和國內(nèi)外缺乏有效的評價標(biāo)準(zhǔn)等問題。因此，發(fā)展生物質(zhì)全降解一次性餐飲具制品關(guān)鍵技術(shù)成為當(dāng)前亟需解決的課題。本文在綜合國內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)上，以生物質(zhì)全降解一次性餐飲具制品“成分配伍技術(shù)及成型機理-成型工藝技術(shù)-產(chǎn)品性能”為主線，對課題中生物質(zhì)全降解制品成分配伍技術(shù)及成型機理、成型工藝技術(shù)及成型模具、力學(xué)性能、降解機理和環(huán)境友好性分析等關(guān)鍵技術(shù)進

3、行了重點研究。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴針對生物質(zhì)全降解一次性餐飲具材料成型機理、成分配伍方案不成熟問題，以熱力學(xué)理論、高分子理論和膠體與界面化學(xué)理論等為指導(dǎo)，提出了生物質(zhì)全降解材料的四步式發(fā)泡機理，研究了發(fā)泡過程中發(fā)泡劑的共混、氣泡成核階段、氣泡增長階段和固化成型階段等四階段相變機制。其次提出了生物質(zhì)全降解材料均相成核-水橋聯(lián)接成型機理，研究了成型過程中纖維、淀粉和添加劑的水橋聯(lián)結(jié)成型機理及植物纖維在成型過程中的“巢拱”轉(zhuǎn)變

4、機制。最后在研究生物質(zhì)全降解制品各原料物理化學(xué)特性的基礎(chǔ)上，初步確定了幾種典型生物質(zhì)全降解一次性餐飲具制品成分配伍技術(shù)方案，為后續(xù)研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　 ⑵針對生物全降解制品的成型工藝及成型模具不成熟問題，研究了生物質(zhì)全降解制品的制備過程及影響制品成型的因素，研究開發(fā)了新型模具，研究了生物質(zhì)全降解制品成型工藝參數(shù)選擇原則，并初步開發(fā)了幾種典型生物質(zhì)全降解產(chǎn)品的工藝參數(shù)；然后以有限元理論為基礎(chǔ)，結(jié)合成型模具的實際工況，對模具工

5、作過程的熱場、熱力耦合場進行仿真分析研究，分析了模具工作表面的溫度場、應(yīng)力場和應(yīng)變場的工況，為模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和成型參數(shù)的優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。
　　 ⑶針對生物質(zhì)全降解材料缺乏基礎(chǔ)力學(xué)性能研究的問題。研究了生物質(zhì)全降解材料的微觀組織形式形成機理，并采用SEM技術(shù)對生物質(zhì)全降解材料的微觀組織形式進行分析。其次，以生物質(zhì)全降解餐盒為研究對象，通過力學(xué)性能試驗，獲得生物質(zhì)全降解材料的力學(xué)性能參數(shù)，并利用有限元法對餐盒進行仿真，模擬餐盒在使

6、用過程中的受壓狀況，確定生物質(zhì)全降解餐盒的應(yīng)力集中情況，并和餐盒在實驗室受壓狀態(tài)下的情況進行對照，驗證了計算機仿真的正確性，為該產(chǎn)品的使用和運輸提供了理論基礎(chǔ)。最后，以《GB/T18006.1-1999一次性可降解餐飲具通用技術(shù)條件》為標(biāo)準(zhǔn)，研究生物質(zhì)全降解餐盒的使用性能，主要包括：質(zhì)量測定、容積測定、耐水試驗、耐油試驗、負(fù)重性能試驗、盒蓋折次試驗、含水率和跌落實驗等，并與淀粉基塑料餐盒、紙漿模塑餐盒的使用性能進行了對比。
　　

7、 ⑷針對生物質(zhì)全降解制品在自然環(huán)境中的降解機理問題，提出了生物質(zhì)全降解材料在自然界中的雙階段降解機理，廢棄制品進入到自然環(huán)境中，填埋之前以纖維素光降解和熱降解為主，填埋進土壤后以微生物降解和水解為主，最后實現(xiàn)完全生物降解。然后以霉菌實驗的方法，研究了生物質(zhì)全降解餐盒在整個降解周期內(nèi)的微生物生長程度和質(zhì)量損失率，探討了試樣大小、環(huán)境條件對降解性能的影響，并把這些降解指標(biāo)與作為陽性對照的濾紙和作為陰性對照的聚乙烯塑料進行了對比分析。同時，還

8、與紙漿模塑餐盒、淀粉基塑料餐盒的降解性能進行了對比。
　　 ⑸針對生物質(zhì)全降解制品缺乏有力環(huán)境友好性評價的問題，建立了可降解包裝材料的綠色度評價指標(biāo)模型，運用全生命周期理論和模糊層次分析對其進行了評價和分析；其次，通過問卷調(diào)查得到定性評價后，利用概率統(tǒng)計的原理對數(shù)據(jù)進行了處理，構(gòu)造比較矩陣，并采用和積法計算最大特征根和特征向量，得到各指標(biāo)的相對重要度。然后又計算得到各指標(biāo)相對于被評價產(chǎn)品的綜合重要度。用邏輯推理指派法確定各指標(biāo)的