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(wèn)題。為治理“白色污染”，目前國(guó)內(nèi)外已有多種綠色產(chǎn)品推出：淀粉基塑料類(lèi)、紙漿模塑類(lèi)、生物質(zhì)全降解類(lèi)等。其中，生物質(zhì)全降解類(lèi)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(guò)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(diǎn)，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(jī)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(guó)內(nèi)外缺乏有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)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(guó)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(jī)理-成型工藝技術(shù)-產(chǎn)品性能”為主線，對(duì)課題中生物質(zhì)全降解制品成分配伍技術(shù)及成型機(jī)理、成型工藝技術(shù)及成型模具、力學(xué)性能、降解機(jī)理和環(huán)境友好性分析等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)

3、行了重點(diǎn)研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴針對(duì)生物質(zhì)全降解一次性餐飲具材料成型機(jī)理、成分配伍方案不成熟問(wèn)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(jī)理，研究了發(fā)泡過(guò)程中發(fā)泡劑的共混、氣泡成核階段、氣泡增長(zhǎng)階段和固化成型階段等四階段相變機(jī)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(jī)理，研究了成型過(guò)程中纖維、淀粉和添加劑的水橋聯(lián)結(jié)成型機(jī)理及植物纖維在成型過(guò)程中的“巢拱”轉(zhuǎn)變

4、機(jī)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(duì)生物全降解制品的成型工藝及成型模具不成熟問(wèn)題，研究了生物質(zhì)全降解制品的制備過(guò)程及影響制品成型的因素，研究開(kāi)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(kāi)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(shí)際工況，對(duì)模具工

5、作過(guò)程的熱場(chǎng)、熱力耦合場(chǎng)進(jìn)行仿真分析研究，分析了模具工作表面的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)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(duì)生物質(zhì)全降解材料缺乏基礎(chǔ)力學(xué)性能研究的問(wèn)題。研究了生物質(zhì)全降解材料的微觀組織形式形成機(jī)理，并采用SEM技術(shù)對(duì)生物質(zhì)全降解材料的微觀組織形式進(jìn)行分析。其次，以生物質(zhì)全降解餐盒為研究對(duì)象，通過(guò)力學(xué)性能試驗(yàn)，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(duì)餐盒進(jìn)行仿真，模擬餐盒在使

6、用過(guò)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(shí)驗(yàn)室受壓狀態(tài)下的情況進(jìn)行對(duì)照，驗(yàn)證了計(jì)算機(jī)仿真的正確性，為該產(chǎn)品的使用和運(yùn)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(cè)定、容積測(cè)定、耐水試驗(yàn)、耐油試驗(yàn)、負(fù)重性能試驗(yàn)、盒蓋折次試驗(yàn)、含水率和跌落實(shí)驗(yàn)等，并與淀粉基塑料餐盒、紙漿模塑餐盒的使用性能進(jìn)行了對(duì)比。
　　

7、 ⑷針對(duì)生物質(zhì)全降解制品在自然環(huán)境中的降解機(jī)理問(wèn)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(jī)理，廢棄制品進(jìn)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(jìn)土壤后以微生物降解和水解為主，最后實(shí)現(xiàn)完全生物降解。然后以霉菌實(shí)驗(yàn)的方法，研究了生物質(zhì)全降解餐盒在整個(gè)降解周期內(nèi)的微生物生長(zhǎng)程度和質(zhì)量損失率，探討了試樣大小、環(huán)境條件對(duì)降解性能的影響，并把這些降解指標(biāo)與作為陽(yáng)性對(duì)照的濾紙和作為陰性對(duì)照的聚乙烯塑料進(jìn)行了對(duì)比分析。同時(shí)，還

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