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近年来,我国对于缓冲包装材料的需求量逐年上升,传统的缓冲包装材料如发泡聚乙烯(EPE)、发泡聚苯乙烯(EPS)等在自然界的分解速度极慢,由此给环境带来了一定的压力。为减少环境负担,降低材料成本,本文以木质素和聚乙烯醇(PVA)等可降解的材料作为研究对象,采用无机发泡原理,利用木质素、PVA、甲醛之间发生缩醛(半缩醛)反应来制备木质素/PVA发泡材料,用控制单一变量法和正交试验法探究发泡材料机械性能的最优条件,并对发泡材料的韧性、泡孔结构、相容性、热稳定性以及吸湿性能等进行表征,并在此基础上进行了改性研究,主要研究结论如下: (1)以木质素/PVA发泡材料的力学性能为评价指标,确立了单因素实验最佳工艺水平和正交试验优化工艺组合,单因素最佳工艺水平是:PVA溶液的质量分数为9%,木质素用量为30%(相对于PVA的用量,下同),甲醛用量为24%,硫酸用量为39%;正交试验优化工艺组合是:PVA溶液的质量分数为9%,木质素用量为20%,甲醛用量为40%,硫酸用量为47%,其中各因素的影响水平顺序是:木质素用量>PVA溶液的质量分数>硫酸用量>甲醛用量。 (2)FTIR结果表明,木质素与PVA在适宜的条件下可发生缩醛(半缩醛)交联反应生成木质素/PVA发泡材料,但反应程度较低,主要在木质素苯环5位上发生取代反应;SEM结果表明,在不考虑各因素的相互作用下,本试验制备的发泡材料形成了较规则、均匀分布的泡孔或数目较多的孔隙结构。 (3)为提高发泡材料用于缓冲包装的适用性,本文通过添加甘油来增加发泡材料的韧性。甘油改性结果显示,随着甘油用量的增加,发泡材料的拉伸强度先增加后降低,甘油用量为8%时材料的拉伸强度达到最大,为1.26MPa;断裂伸长率逐渐增大,从最初的37%增大到167%;表观密度先下降后上升,最低为0.278g/cm3;吸水率逐渐降低,最低达到15.22%;SEM测试表明,甘油的加入改善了发泡材料的孔隙结构,但加入过多的甘油会破坏泡孔结构;热分析显示,甘油的加入使木质素/PVA发泡材料的残余量增加,最大失重速率逐渐降低,表明其热稳定性升高,相容性增强。 (4)为了进一步增加发泡材料的韧性,本文也将不同的纳米材料添加到木质素/PVA发泡材料中。纳米材料改性结果显示,纳米材料的加入有效地提高了木质素/PVA发泡材料的韧性和相容性。具体表现在:纳米材料用量从0增加到10%,发泡材料的拉伸强度逐渐增加又减小;断裂伸长率随着纳米材料用量的增加先上升后下降,并在纳米材料用量为5%时,断裂伸长率最大;吸水率随着纳米材料用量的增加逐渐减小后增大;经纳米石墨烯和纳米SiO2改性过的发泡材料的性能有所差异,石墨烯改性过的发泡材料总体性能较好。FTIR结果显示,加入纳米材料的发泡材料没有出现新的红外吸收峰,说明纳米材料与木质素和PVA之间没有形成新的化学键。SEM显示,纳米材料的加入改善了发泡材料的孔隙结构,经石墨烯改性过的发泡材料的孔隙结构最好。