下载文档原格式
摘要目前，很多发泡剂（EPS、EPE等）造成的白色污染，面临淘汰势在必行。
为了缓解EPS、EPE发泡塑料制品带来的环境污染问题，国内外纷纷研究植物纤维缓冲包装材料。
本论文首先介绍了制造废纸淀粉发泡材料的工艺流程,分析了发泡过程中影响发泡质量的影响因素,并针对应该如何控制这些因素而达到最佳发泡质量作了相应的分析研究。
本论文研究的发泡剂以淀粉添加剂、以柠檬酸钠为成核剂、以聚乙烯醇为黏结剂、以丙三醇为增塑剂、以硼砂为助剂和废旧报纸制作而成，具有不污染环境、制作工艺简单、成本低廉、原料来源广、防震隔震性能优于纸浆模塑制品等特点。
在实验过程中，选取了众多影响因素中的四个因素为主要正交试验研究对象，即柠檬酸钠、碳酸钠、丙三醇、聚乙烯醇。
采用单因素试验法研究了废旧报纸、淀粉、硼砂、发泡温度、发泡湿度、发泡时间等的影响。
通过正交试验和单因素试验的结合研究分析,采用极差分析法,最终建立了一套最佳的工艺条件,发泡率为84.71%。
对以后的研究具有指导作用和应用价值。
关键词：发泡剂，废纸，淀粉，柠檬酸钠，聚乙烯醇ABSTRACTABSTRACTAt present, many foam (EPS, EPE, etc.) caused by the white pollution, face elimination is imperative. In order to alleviate EPS, EPE foam plastic products caused by environmental pollution problems, at home and abroad have of plant fiber cushioning materials. The paper firstly introduces the manufacturing process of starch foam materials, analysis of the foaming process factors affect the foam quality, and how to control for these factors to achieve the best quality foam made corresponding analysis . In this study, the foaming agent to starch additives, sodium citrate nucleating agent with polyvinyl alcohol as a binder to glycerol as plasticizer, the borax is made of aids and wastepaper, with do not pollute the environment, production process is simple, low cost, raw material source is wide, shock isolation performance is better than paper pulp molding products and so on. During the experiment, many factors in selecting the four factors as the main object of study orthogonal, that is sodium citrate, sodium carbonate, glycerin, polyvinyl alcohol. Single factor test method of waste paper, starch, borax, foaming temperature, foaming humidity, time of foaming. By orthogonal test and single factor experiments with research and analysis, the use of poor analysis, and ultimately establish a set of optimal process conditions, foaming rate of 84.71%. Guiding future research on the role and application value.KEY WORDS: foam,Wastepaper,Starch, sodium citrate, polyvinyl alcohol目录目录前言 (1)1.概述 (2)1.1 简介 (2)1.2 发展现状 (2)1.2.1 国内研究现状 (3)1.2.2 国外研究现状 (3)1.3 研究内容 (4)1.4 成果及意义 (4)2 实验部分 (6)2.1实验材料和仪器 (6)2.1.1发泡所用材料 (6)2.1.2 实验仪器 (8)2.1.3 发泡工艺 (12)2.1.4 发泡原理 (12)2.1.5 发泡效果的评价 (13)2.2 实验研究方法探讨 (14)2.2.1 正交试验法 (14)2.2.2 交互性理论 (15)2.2.3正交试验设计 (16)2.2.4 单因素试验法 (17)2.3 实验影响因素及实验方案设计 (18)2.3.1 实验影响因素 (18)2.3.2 实验方案设计 (19)3 实验数据分析及结果评定 (22)目录3.1 实验数据分析 (22)3.1.1 单因素试验方案数据分析 (22)3.1.2 正交试验方案数据 (24)3.2 实验结果评定 (28)3.2.1 单因素试验结果评定 (28)3.2.2 正交试验结果评定 (30)4 结论 (33)参考文献 (34)附录 (36)2011届印刷工程专业毕业设计（论文）前言EPS泡沫塑料制品在发泡领域作为包装材料、防震内衬的首选产品，其优越的包装性能以及低廉的价格，至今尚无更为理想的产品取代[1]。
木质素纤维板发泡技术的研究与应用第一章介绍木质素纤维板是一种以木质素纤维为主要原料制成的人造板材。
它具有优异的物理性能和加工性能，因而被广泛应用于建筑、家具和包装等领域。
然而，传统的木质素纤维板存在一些问题，如密度高、吸水性强等。
因此，为了改善木质素纤维板的性能，发泡技术就显得尤为重要。
第二章木质素纤维板的组成与性能木质素纤维板主要由木质素纤维、树脂和其他添加剂组成。
木质素纤维是制备木质素纤维板的基本原料，其形状和尺寸对板材的性能有着重要影响。
树脂是木质素纤维板的胶合剂，起到固化和粘合纤维的作用。
其他添加剂如填料和助剂可以改善木质素纤维板的性能。
木质素纤维板具有一系列的物理性能，包括密度、强度、刚度和吸水性等。
密度是衡量木质素纤维板质量的重要指标，影响着板材的强度和刚度。
强度和刚度是板材抵抗外力破坏的能力，通常用抗弯强度和弹性模量表示。
吸水性是指木质素纤维板对水的吸收能力，也是一个重要的性能指标。
第三章发泡技术的原理发泡技术是指在木质素纤维板制备过程中，通过引入气体使纤维板中形成气孔结构的方法。
发泡技术的原理主要包括两个方面：发泡剂的选择和发泡过程控制。
发泡剂是产生气泡的物质，可以是有机物或无机物。
通过选择合适的发泡剂，可以在板材中形成稳定的气孔结构，从而降低板材的密度。
发泡剂的选择需要综合考虑其物理性质、安全性和成本等因素。
发泡过程控制是指在制备木质素纤维板的过程中，控制发泡剂的加入和扩散过程。
发泡过程控制需要考虑纤维板的成型方式、板材的厚度和固化温度等因素。
合理地控制发泡过程可以得到理想的发泡效果。
第四章发泡技术的应用发泡技术在木质素纤维板制备中具有广泛的应用。
首先，发泡技术可以降低木质素纤维板的密度，提高板材的轻度性能，符合现代建筑节能环保的要求。
其次，发泡技术可以改善木质素纤维板的吸水性能，提高板材的耐潮湿性能，增加板材的使用寿命。
此外，发泡技术还可以改善木质素纤维板的刚度和强度等力学性能。
植物纤维发泡材料研究进展及缓冲设计应用作者：张书彬杜力唐全波来源：《科技风》2017年第21期摘要：综述植物纤维发泡材料的研究进展，并设计了一款用于笔记本电脑缓冲包装的植物纤维发泡材料衬垫，为进一步开发植物纤维发泡材料及在电子产品中的应用提供科学的研究基础。
研究结果表明，植物纤维发泡材料原料广泛，其缓冲性能的好坏除了与材料的配比有关外，还和成型工艺条件有关。
只要设计的缓冲结构合理，植物纤维发泡材料完全能够满足笔记本电脑等电子产品的缓冲包装要求。
关键词：植物纤维发泡材料；研究进展；笔记本电脑；缓冲设计中图分类号：TB322；S38 文献标识码：A植物纤维发泡材料是以稻草、麦秆等农作物秸秆，或者草类植物纤维为主要原料，配以一定比例的废纸、淀粉和助剂，经过发泡技术制成的[13]。
农作物秸秆来源广泛，成本低廉，但我国农作物秸秆利用率还不到70%[4]，大部分用于焚烧、作肥还田、动物饲料，用作工业原料使用比例很低[5]，用在产品包装上的比例更低。
植物纤维发泡材料是可降解材料，研究使用植物纤维发泡材料替代难降解的包装材料意义重大，不仅可以保护我们的生存环境免受污染，还可以通过利用农作物秸秆增加农民的收入。
1 植物纤维发泡材料研究进展近年来，国内外学者对植物纤维发泡材料进行了研究和探索，主要分为两类，一类是植物纤维为主的发泡材料制备及其性能研究，一类是以塑料材料为主的，植物纤维增强复合材料的性能的研究。
1.1 植物纤维为主的发泡材料植物纤维发泡材料的原材料取材广泛，研究者选取的原材料种类繁多，如麦秆、玉米秸秆、高粱秸秆、大麻秆芯纤维、椰子纤维、龙舌兰纤维、棉浆粕纤维、果渣、蔗渣、木薯渣等等。
胶黏剂能够将相同或者不同的物质结合在一起，还能具有很好的成膜性能，阻止发泡气体逸出的功能。
在上述研究中，大都采用聚乙烯醇作为胶黏剂。
为了提高植物纤维发泡材料的力学性能和外观性能，可以加入滑石粉或碳酸钙等助剂。
发泡技术是制作植物纤维发泡材料成败的关键技术，一般有物理发泡法、化学发泡法和机械发泡法三种。
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
植物纤维发泡包装制品制作
植物纤维发泡包装制品及其成型技术是一种以植物纤维（废旧报纸、纸箱纸、其他植物纤维材料等）以及淀粉添加助剂材料制作而成的新型包装制品材料，具有不污染环境、制作工艺简单、成本低廉、原料来源广、防震隔震性能优于纸浆模塑制品等优良品质。
该材料不仅可以制作防震用，也可替代EPS&J作填充颗粒物体，其效果与EPS的制品基本相当，但该产品还正在研究开发中。
国内外在进行发泡型植物纤维缓冲包装材料的制作及机理方面的研究，已取得了不同程度的阶段性成果，其实验室制成的样品，足以显示出该产品的发展具有巨大的市场潜力。
一、植物纤维发泡制品的性能特点：
（1）植物纤维发泡包装制品的主要原料是废纸、蔗渣、麦秸、稻
草等纤维材料、以及工业淀粉，不会对环境和回收造成障碍，有利于生产商的产品出口。
（2）植物纤维发泡包装制品适用范围广泛。
随着植物纤维发泡技
术的进步，该制品可用以替代现在使用的EpS泡沫内衬及填充包装。
（3）综合成本低。
植物纤维发泡产品与纸浆模塑产品相比工艺简
单，无须形状复杂的成型模及热压模，生产时间及周期短，能耗和原料成本低。
（4) 防静电,防腐蚀性能优于EPs发炮材料,防震隔震性能优于纸
专注下一代成长，为了孩子。
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
植物纤维发泡制品的发泡成型技术研究二
3 制作工艺及设备特点
植物纤维发泡材料与发泡塑料相比，具有生产工艺比较简单，无需多
次发泡和冷却的工艺，植物纤维发泡制品的发泡工艺主要有两种：使用化学发泡剂及区用化学发泡剂。
不用发泡剂的植物纤维发泡制品是采用旧书废；纸或其他纤维和淀粉
作原料。
该发泡制品不需要化厂发泡剂，而是通过水蒸气的作用发泡，其制品生产目使用都不会损害环境，用过的制品可以和普通垃圾一样处理，还可以回收，重新加工。
从经济效益来看，任产同样数量的包装材料，纤维发泡制品比泡沫塑料还要便宜，具有广阔的应用前景。
使用发泡剂的植物纤维发泡制品的制作工艺方法与不用发泡剂植物纤
维发泡制品基本相同，只是发电的媒介不是利用水蒸汽，而是采用各种发泡剂。
该方法对于发泡的控制比较容易，目前的发泡剂主要有：碳酸氢钠、尿素、4，4氧代双苯磺酞济、偶氮二甲验胺、甲苯磺酞饼等。
其中有些发泡剂对环境有不利为影响，因而如果选用不当，在生产过程中以及在使用和回收处理过程中会对环境造成一定的影响。
植物纤维发泡制品的制作方法主要有两种：一步法成型和两步法成型。
一步法成型的工艺特点是：采用的是整体浇注发泡成型，其工艺流程主
要为：物料～混合一制浆一浇注一发泡成型一熟化一脱模一成品。
专注下一代成长，为了孩子。
植物纤维发泡材料制品缓冲特性的探讨吴其叶（浙江省科技信息研究院，杭州310006）摘要：针对影响植物纤维发泡材料制品的几何形状缓冲特性、结构缓冲特性、静态缓冲特性、动态缓冲特性、缓冲系数、影响缓冲性能等主要因素进行了研究探讨，对该缓冲材料制品的缓冲特性在理论上做了进一步的研究，对植物纤维发泡材料制品的研究开发具有一定的益处。
关键词：植物纤维；发泡材料；缓冲特性中图分类号：TB487文献标识码：A文章编号：1001－3563（2006）03－0047－02收稿日期：2006-02-24作者简介：吴其叶（1957－），男，杭州人，浙江省科技信息研究院高级工程师，主要从事科技咨询工作。
Discuss for Cushioning Property of Plant Fiber Foaming MaterialWU Qi -ye（Science and Technology Information Institute of Zhejiang Province ，Hangzhou 310006，China ）Abstract ：The influencing factors of plant fiber foaming material were discussed including geometry buffering property ，framework buffering property ，static buffering property ，dynamic buffering property ，and buffering coefficient．The purpose was to provide reference to study of plant fiber foaming material．Key words ：plant fiber ；foaming ；cushioning property植物纤维发泡材料是一种新型的可再生绿色环保包装材料，其制品的缓冲效果界于普通泡沫塑料和纸浆模制品的之间，它既有普通泡沫塑料优异的缓冲性能，又有纸浆模制品所具有的资源可再生的优点，因而在作为大型家电产品、电子产品的包装衬垫及填充等领域具有广泛的应用前景［1］，对其缓冲特性进行全面的评定，对于植物纤维发泡材料的推广使用具有重要的意义。
包装学报Packaging JournalVol.5 No.3July 2013第5卷 第3期2013年7月植物纤维发泡材料的发泡机理与成型工艺探讨石璞，欧阳龙，蔡淑容（湖南工业大学包装新材料与技术重点实验室，湖南株洲412007）摘要： 在论述了植物纤维发泡材料成型机理相对于传统的聚合物发泡材料成型机理的不同与特殊性的基础上，总结了植物纤维类发泡材料成型的必要条件。
同时，探究了植物纤维发泡材料的发泡技术和常用成型工艺，并对一步法成型和两步法成型2种主要发泡成型工艺做了详细介绍。
最后，对植物纤维发泡材料的发展进行了展望。
关键词：植物纤维；发泡材料；发泡机理；成型工艺中图分类号：TB322; TQ317.9 文献标志码：A 文章编号：1674-7100(2013)03-0055-04Discussion on Foaming Mechanism and MoldingProcess of Foaming Plant Fiber MaterialShi Pu ，Ouyang Long ，Cai Shurong（Key Laboratory of Packaging New Material and Technology ，Hunan University of Technology ，Zhuzhou Hunan 412007，China ）Abstract ：On the basis of the differences and features in molding mechanism by comparing plant fiber with traditional polymer foaming materials, the molding requirements of plant fiber foaming materials are summarized. The foaming tech-nique and common molding processes are studied with the detailed introduction of two major foam molding processes of one step molding and two step molding. The development of plant fiber foaming materials is prospected.Key words ：plant fiber ；foaming material ；foaming mechanism ；molding process收稿日期：2012-10-26作者简介：石璞（1976-），男，安徽安庆人，湖南工业大学副教授，中南大学博士生，主要从事聚合物共混改性与成型加工方面的研究，E-mail ：shipu1976@doi:10.3969/j.issn.1674-7100.2013.03.0120引言由于传统发泡塑料垃圾引起的“白色污染”问题越来越受到世界各国的关注，许多国家已经立法禁止生产难于降解的泡沫塑料产品。
与此同时，我国的包装材料在出口过程中受到“绿色贸易壁垒”的影响，大部分产品因为不合格而被拒绝[1]。
因此，世界各国均在加紧研究开发绿色的可降解泡沫塑料类包装材料。
植物纤维类发泡包装材料是以淀粉和植物纤维（废旧报纸、麦秆和其他植物纤维等）以及添加助剂，通过发泡工艺制作而成的[2]。
该产品的主要原料是淀粉和植物纤维，不会对环境造成污染，因而有效解决了经济增长与资源短缺、环境污染之间的矛盾，也有利于产品的出口。
其次，产品原料来源广泛，价格低廉，生产成本较低，制作工艺较简单，并且在防震抗震性能上优于纸浆模塑制品，与发泡塑料的缓冲性能基本相同[3]。
因此，近年来，世界各国竞相把淀粉和植物纤维发泡材料的研究作为包装材料研究和开发的热点[4-8]。
如黄君等人[4]以秸杆为原料，加入玉米淀粉、甘油、胶黏剂、填充剂和交联剂后烘包装学 报562013年焙发泡，制得发泡体，并分析了发泡体的密度、力学性能和降解性能。
薛盘芳[5]讨论了聚氯乙烯（poly (vinyl chloride)，PVC ）和秸杆复合发泡材料的3种成型工艺：挤出发泡工艺、注塑发泡工艺和模压发泡工艺，并分析了温度、压力等因素对3种工艺的影响。
本文拟对植物纤维类发泡包装材料的发泡机理与成型工艺进行总结与分析，以期为该类材料的生产提供有益的帮助。
1发泡机理1.1聚合物发泡成型机理传统的聚合物发泡成型工艺，一般需要经过气泡成核、气泡核的生长和气泡的稳定固化3个阶段，如图1所示。
1）气泡成核阶段。
即把发泡剂加入熔融的聚合物中，发泡剂在熔体中自由分散。
在加热或催化剂的作用下，发泡剂分解，产生的气体形成气-液溶液。
随着产生的气体的不断增加，溶液成为过饱和状态，气体就会从溶液中溢出，形成气泡核。
2）气泡核生长阶段。
气泡形成后，由于气泡内的压力与半径成反比，气泡越小，内压就越大。
当2个气泡靠近时，气体就会从小气泡扩散到大气泡中，使得气泡的半径增大。
在气泡增长的过程中，聚合物熔体的表面张力和黏度是阻碍气泡增长的主要原因，归根到底是相互临近的气泡在膨胀过程中的相互作用问题[9]。
Moris Amon 等人[10]提出了“细胞”模型，研究被聚合熔体液膜包围的单个气泡的生长时，采用球形单元细胞模型，假定气体的扩散只发生在液膜所溶的气体和气泡之间，认为死细胞周围的温度和压力与时间无关，并且进一步研究了被牛顿流体液膜包围的气泡的扩散控制生长，模拟在发泡模塑过程中大量泡孔生长的情况。
事实证明，细胞模型有效地解决了相互临近的气泡在膨胀合并过程中的相互作用问题。
3）气泡的稳定固化阶段。
由于气泡不断生长，形成了无数的气泡，使得泡沫的体积和表面积增大，气泡壁的厚度变薄，气泡变得极不稳定。
但气体体积增大引起的内压不可能达到足以使气泡壁再变形的程度，导致气泡无法继续膨胀，于是气泡结构稳定固化。
聚合物的熔体强度是影响气泡稳定固化的关键因素，合适的熔体强度可以防止气泡壁进一步变薄，有利于气泡壁包住气泡，从而稳定气泡。
1.2植物纤维类发泡材料的机理特点由于植物纤维类大分子的结构和一般的塑料聚合物分子结构有所不同，所以其发泡过程和机理也与上述聚合物发泡机理有所区别。
植物纤维类发泡材料具有如下特点：首先，植物纤维类原料是一种通过纤维表面的氢键连接而形成的内部交联结构，纤维分子之间存在较大的空隙，不利于发泡过程中气体的保存；其次，纤维类大分子其长短和大小都不均匀；第三，杂质较多，像废纸类纤维中含有造纸过程中加入的化学药品和印刷过程中残留在纤维表面的油墨；第四，由于植物类纤维是亲水性物质，其吸湿性较大[11]。
由植物纤维类发泡材料的特点，可以看出其发泡成型必备的条件为：第一，植物纤维类原料作为发泡基体材料时，其粒径不应该过于细小。
如在化学发泡过程中，若其粒径过于细小，则植物纤维和胶黏剂的缠结作用减弱，不利于气体的保存。
第二，必须是在流体或熔体状态下，才能使发泡剂作为气泡核在体系内均匀分散。
第三，胶黏剂是增加植物纤维类发泡材料强度方面必不可少的原料，是成型的主要条件，应谨慎选择胶黏剂。
2成型工艺2.1植物纤维发泡技术植物纤维发泡材料的发泡工艺与一般发泡塑料的相比，具有生产工艺简单，且无需多次发泡和冷却的优势。
目前，植物纤维发泡材料的发泡技术主要可分为不使用化学发泡剂的和使用化学发泡剂的2种[12]。
不使用化学发泡剂的发泡技术主要通过水蒸气进行发泡，使用该技术生产的发泡纤维制品在生产和使用过程中都对环境有益，其除了具有优良的生物降解性外，还可以回收后重新加工。
使用化学发泡剂的植物纤维发泡制作工艺方法和不使用化学发泡剂的有所不同，它不是通过水蒸气发泡，而是利用化学发泡剂受热产生的气体进行发泡。
该方法容易控制，常用的发泡剂有：碳酸氢钠、偶氮二异丁氰、尿素、甲苯磺酰肼等[13]，其中，有些发泡剂对环境存在不利影响，应尽量选择使用图 1发泡材料气泡成型过程Fig.1The bubble process of foaming materiala ）成核b ）核的生长c ）稳定固化第3期57石璞，等 植物纤维发泡材料的发泡机理与成型工艺探讨对环境有利的发泡剂，以减小对环境的影响。
2.2发泡成型工艺2.2.1主要工艺目前，植物纤维发泡制品的制作方法主要有一步成型法和二步成型法2种[14]。
一步法成型工艺采用的是整体浇注发泡成型，其过程如图2所示。
一步法成型工艺流程为：将纤维物料粉碎后和发泡剂及其他助剂混炼，然后放入专用的模具中，在模具限定的形态中经发泡后定型。
采用一步法成型工艺制作的包装衬垫的特点是：产品的缓冲性能界于纸浆模塑产品和发泡聚苯乙烯（expanded polystyrene, EPS ）发泡塑料制品之间，但其模具的结构设计和加工要求均比二步法所用模具的难度大。
二步法成型工艺流程如图3所示。
其工艺过程为：将植物纤维经粉碎碾成5mm 2以下的纤维状，使其和淀粉按一定的比例混合，以与淀粉混合造粒。
将混合后的粒子送入挤压机，制成圆柱颗粒。
在挤压机内的造粒过程中，原料受到水蒸气的作用而发泡，形成发泡颗粒。
将发泡颗粒送入热压成型机的专用金属模具中，在金属模具中进行受压发泡。
最后，可根据制造的不同金属模具形状，得到相应不同形状的包装材料制品。
一般说来，制作体积较大、质量较重的缓冲包装制品，应采用二步法成型工艺；制作体积较小、质量较轻的缓冲包装制品，则采用整体工艺难度较小的一步法成型工艺。
2.2.2成型模具的特点植物纤维发泡材料成型所需要的模具有其自身的特点。
在其专用的模具设计中，应对不同制品在不同制作及使用条件下的各种因素进行充分考虑，对模具几何机构、脱模方法、传热梯度、制品的刚度与强度、物料的流动性、制品的表面粗糙度、模具的装夹结构、材料的选用等进行研究，以确定理想的参数。
3发展展望植物纤维发泡缓冲包装材料的研究在近几年取得了很大的成绩，但也存在较多问题，特别是在发泡工艺和技术上，总的说来有以下几个方面：1）植物纤维发泡技术的发泡方法，主要是采用添加化学发泡剂来进行的，对环境和使用者来说，有一定危害。
2）植物纤维发泡缓冲材料的研究大多还停留在实验室阶段，距离大规模的工业化生产还存在一定的差距。
3）现阶段对植物缓冲包装材料的性能方面的研究较多，而对其工艺参数的选择、专用设备的研究、专用模具的设计等相对较少。
针对植物纤维发泡缓冲包装材料研究中存在的问题，笔者认为今后这方面的研究工作应从以下几个方面开展:1）应重点发展以水蒸气为发泡剂的发泡技术，彻底杜绝发泡材料的生产与应用给环境带来的影响。
2）应进行一系列的工艺试验研究，以确定最佳的生产工艺与方法；同时，加强植物纤维发泡生产成型技术及设备的研制，尤其是在实现满足连续化、自动化生产的要求方面应有所突破。
