生物质缓冲包装制品的材料定向处理机制及其成型可控性

Biomass cushion packaging is generally thought of as an ideal substitution of usual industrial packaging such as plastic cushion packaging, pulp molding productions. At present, the research about its compatibility and forming mechanism are hot research topics both at home and abroad.There are two key problems restricting its industrial development at present. Firstly, improving fiber content can reduce costs, ensure mechanical properties of products, but it will result that materials' rheological property decreases and forming becomes difficult. Secondly, to improve product buffer performance requires the bubble be consistency-shaped and well-distributed, which brings a lot of challenges to the control of forming process..According to the bottleneck problems, the main line of this project is based on the "compatibility mechanism-forming mechanism- basic applications". First of all, the composition compatibility mechanism of biomass cushion packaging material is discussed, especially for the directional processing mechanism of raw materials and the optimization of forming characteristics for solid-liquid soluble homogeneity. Second, the forming mechanism of industrial cushion packaging is investigated, including bubble growth mechanism, water's bridge type link mechanism, as well as the controllable adsorption of fiber orientation, etc. Finally, the precise control of mixed and molding process is studied based on the compatibility and forming mechanism.

生物质缓冲包装制品是目前塑料类、纸浆模塑类等缓冲包装制品的理想替代品，其配伍机理、成型机理相关研究是当前国内外学者研究的热点和难点。目前制约产业发展的两大关键问题是：第一，提高纤维含量，可降低成本，保证制品力学性能，但同时会导致材料流变性降低，成型困难；第二，为提高制品缓冲性能，要求泡孔结构具有形状一致性和分布均匀性，这给成型过程控制带来很大挑战。.针对以上瓶颈问题，本项目以生物质缓冲包装制品的"配伍机理-成型机理-基础应用"为主线，首先，研究生物质缓冲包装材料成分配伍机理，重点研究配伍过程中的原材料定向处理机制和固液共容均相体流变特性优化；其次，研究生物质缓冲包装材料的成型机理，重点研究成型过程中的气泡生长机理、水桥联结机理和纤维吸附取向的可控性；最后，在配伍机理、成型机理的研究基础上，实现混配、成型工艺的精确控制。

生物质缓冲包装制品的配伍机理及成型机理不明确问题严重制约着生物质缓冲包装材料的产业发展及大规模工业化生产进程。因此，本项目针对生物质缓冲包装制品配伍成型过程中的难点和瓶颈问题进行研究，最终实现制品混配/成型工艺的精确控制具有重要的研究意义。.本项目以生物质缓冲包装制品的“配伍机理-成型机理-理化及使用性能”为主线，针对生物质缓冲包装制品配伍成型过程中的难点和瓶颈问题进行了重点研究,主要包括:（1）研究了原料定向处理机制及主要原料的结合共溶机理。掌握了淀粉塑化改性的机理和最优的淀粉塑化剂种类及用量；掌握了纤维碱化改性处理的机理和最佳的碱化试剂。为研究生物质缓冲包装制品内部泡孔生长机理，提供了理论基础。（2）研究了气泡生长机理及“巢拱”结构形成机制。探究了气泡成核机制，揭示了气泡成型过程中气泡核的生长和气泡的稳定固化机理,建立了浆料阶段和制品阶段主要原料的分子结合模型，制得了具有稳定“巢拱”结构的制品。为生物质缓冲包装制品理化性能的提升，提供理论基础和技术支撑。（3）研究了混配/成型工艺参数的精确控制方法。掌握了工艺条件对生物质缓冲包装材料浆料流变性的影响规律，并优化了工艺条件，使浆料具有良好的流变性；基于气泡生长机理，研究了成型参数对泡孔结构的影响机制，并得到了优化的成型参数组合，制得了具有稳定泡孔结构的制品，提升了材料性能。为生物质缓冲包装制品的工业化生产及市场应用，奠定了理论和技术基础。.发表的论文及获得的奖项、专利主要包括：（1）发表或录用论文17篇，SCI/EI收录14篇，其中在 Material and Design、International Journal of Polymer Science等绿色材料领域顶级SCI检索期刊发表4篇，在《机械工程学报》等国内重要EI检索期刊发表6篇。（2）已授权发明专利1项，实用新型专利2项。（3）本项目团队积极参与学术交流，联合承办了International Symposium on Green Manufacturing and Applications 2015国际会议，其中项目组成员李方义教授以联合主席的身份做了会议致辞。（4）培养博士后1名，硕士研究生7名。