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127209字博士毕业论文甘蔗浆生物质包装材料的合成、性能及机理研究

论文类型:博士毕业论文
论文字数:127209字
论点:包装材料,淀粉,培养基
论文概述:

本文是优秀博士论文,本研究为蔗髓在包装领域的应用提供了依据,研究成果符合国家的资源循环利用和环保政策,具有显著的社会效益、经济效益和环保效益。

论文正文:

第一章讨论了

目前消除废旧塑料污染问题的主要方法包括掩埋和焚烧。掩埋只是一种临时处理方法,因为随着时间的推移,塑料制品中的添加剂和填料等有毒物质会分解,造成严重的土壤污染问题参考文献(省略)。然而,焚烧过程中释放的各种有毒气体,包括二氧化硫,将形成新的污染。另一方面,大多数塑料包装产品来自不可再生的石油资源。同时摆脱对石油基材料的过度依赖。因此,利用可再生生物质资源为原料开发可生物降解的生物质包装材料和产品成为近年来的研究热点。甘蔗髓的组织结构因甘蔗品种、起源、生长时间、土壤和甘蔗部位的不同而不同。然而,细胞的基本结构是干燥状态下的大空腔、薄壁和海绵状。因此,髓的密度低于甘蔗的其他部位。拉苏尔等人表明,[15],甘蔗表皮的密度为0.55克/立方厘米,而髓质的密度仅为0.22克/立方厘米,不到表皮的一半。这表明甘蔗髓非常适合制备轻质包装材料。另一方面,甘蔗髓组织结构的光学显微镜照片显示,薄壁细胞呈海绵状排列,这大大增加了甘蔗髓的孔隙率和比表面积[6]。这种结构可以提高甘蔗髓和聚合物基质或粘合剂之间的接触面积。作为蔗渣组织结构的一部分,甘蔗髓的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素。贾汉等人[12]的研究结果表明,蔗髓中α-纤维素含量为40.4%,克拉森木质素含量为15.4%,木糖和半乳糖含量高于蔗渣纤维。这表明甘蔗髓能与化学结构均一的聚合物基体形成良好的相容性。以上分析表明,利用甘蔗木髓制备生物质包装材料是可行的,甘蔗木髓是一种数量大、价格低、重量轻的生物质。
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第二章热塑性淀粉的制备和性能

2.1简介
淀粉的玻璃化转变温度接近分解温度[107],这不利于加工和成型。为了使淀粉可加工,经常添加增塑剂,例如水、多元醇、含氨基化合物(尿素、甲酰胺)和其他糖[52,108-110]。在高温和剪切应力的作用下,增塑剂进入淀粉分子链,与淀粉形成强氢键,削弱淀粉分子之间和淀粉分子内部的氢键,提高分子链的流动性,降低玻璃化转变温度,淀粉表现出热塑性[111]。热塑性淀粉主要以甘油为增塑剂。这种材料在储存过程中容易老化和脆化,然后失去其性能。它主要由淀粉重结晶引起,称为回生。研究表明,含有酰胺基团如甲酰胺和乙醇胺的增塑剂可以抑制淀粉的回生,但是由于它们的毒性,它们不适合热塑性淀粉包装材料的塑化[108,112]。然而,小川奈那·K等人[53]发现尿素能有效抑制凝胶淀粉的回生,而且尿素对环境没有副作用。

2.2实验原料及设备
玉米淀粉,食用级,含水率13.36%,直链淀粉含量25%,长春大成玉米开发有限公司;甘油,分析纯,天津白石化工有限公司;天津陈辅化学试剂厂分析纯尿素;天津大茂化学试剂厂硬脂酸,分析纯。上海粤平科学仪器有限公司YP5002电子天平;上海天桥实验仪器有限公司DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱;张家港格兰机械有限公司SHR-10A高速混合机;扭矩流变仪,聚乳酸质量控制型,西摩费舍尔技术公司,如图2-1和2-2所示;广州飞力橡胶设备有限公司50T型平板硫化机;深圳鑫三思材料检测有限公司计算机控制电子万能试验机;承德金健测试仪器有限公司XXZ-ⅱ型剖面原型;哑铃原型,XYZ-10,承德金健检测仪器有限公司:扫描电子显微镜,日本日立S-3700N;美国助教公司Q500热重分析仪;美国助教公司Q200型差示扫描量热计;德国布鲁克D8先进x射线衍射仪。

第三章甘蔗浆增强热塑性淀粉包装材料的制备及性能……37
3.1导言.............................................37
3.2..............................38
3.3实验方法............................39
第四章纸浆尺寸和木质素含量对纸浆增强热塑性淀粉包装材料性能的影响……73
4.1导言……73
4.2实验原材料和设备……74
第五章白炭黑增强甘蔗浆缓冲包装材料的制备及性能……93
5.1导言.............................93
5.2实验原材料和设备.......94
5.3实验方法……95

第6章甘蔗纸浆生物质包装材料的降解性能

6.1引言
在本研究的早期阶段,对甘蔗浆缓冲包装材料进行了土壤掩埋试验。已经观察到在不同时间段挖出的样本。结果表明,溴化阻燃剂表面存在明显的自然降解痕迹,如空间隙增大和体积减小。这种现象表明自然界中一定有一种或几种微生物。细菌、真菌或放线菌可以通过发酵产生酶来降解甘蔗髓生物质包装材料。然而,由于长期的自然降解,为了加快包装材料的降解,已经开展了微生物降解研究。本章以甘蔗髓缓冲包装材料(BPCPMs)为唯一碳源筛选降解菌株,并对菌株的降解性能进行比较和测定,筛选出一株BPCPMs高效降解菌株。然后利用该菌株在实验室条件下对英国石油公司/TPS复合包装材料进行生物降解,并测定降解率。

6.2实验原料和设备
生物质包装材料样品:Pith-HL 200-10;甘蔗髓/热塑性淀粉包装材料,具体配方见表6-1。土壤:埋藏甘蔗髓缓冲包装材料(BPCPMs)并明显降解该材料的土壤;上海生物工程有限公司微生物聚合酶链反应裂解液;Tris,Na2乙二胺四乙酸?其他试剂如2H2 O和琼脂糖都是国产的纯分析试剂。培养基(W/V) (1)驯化菌株的培养基[207] MSM培养基(G/L): BPC PMS 1.0g,K2hpo 4 3H2O 1.0g,硫酸镁1.0g,氯化钠1.0g,(NH4)2SO4 2.0g,CaCO3 2.0g,FeSO 47H2O 0.001 g,MnCl 27H2O 0.001 g,ZnSO 47H2O 0.001 g固体培养基是添加到上述培养基中的1.5%(2)菌株鉴定培养基[208]改良chach培养基(g/l):将BPC PMS 1.0g、NaNO3 3g、k2hpo43h2o1g、mgso47h2o5g、KCl 0.5g、feso47h2o0.01g固体培养基加入上述培养基中1.5%琼脂。(3)透明圆测定培养基(g/l) [209]: BPC PMS 20g、K2HPO42.0g、NH4NO32.0g、硫酸镁7H2O 0.2g、酵母提取物5.0g、琼脂15g、pH7.2. (4)BP/TPS包装材料液体培养基:1% BP/TPS材料,(NH4) 2SO4 0.25%、K2 HPO43H2O 0.25%。
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结论与展望

本研究为甘蔗木髓在包装领域的应用提供了依据。研究结果符合国家资源循环利用和环境保护政策,具有显著的社会、经济和环境效益。主要结论如下:(1)玉米淀粉与新型增塑剂甘油和尿素共增塑制备的热塑性淀粉基体,当二者的质量比为1:1时,具有优异的拉伸强度、断裂伸长率和抗老化性能。在此基础上,通过研究甘蔗木髓/热塑性淀粉共混体系的流变性能以及制得的复合包装材料的拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率,确定增塑剂的适宜总量为淀粉重量的45wt%。(2)采用熔融共混法制备了英国石油公司/丰田生产方式包装材料。实验室适宜的工艺条件为:甘蔗浆用量10wt%(基于绝对干淀粉质量),增塑剂用量45 wt%(基于绝对干淀粉质量),甘油∶尿素= 1∶1,转速40r/min,加工温度140℃,搅拌时间12分钟。在此条件下,可以制备拉伸强度为16.71兆帕、断裂伸长率为15.18%、弯曲强度为21.91兆帕、弯曲模量为1267.55兆帕的包装材料。
……

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