木粉/PHBV复合缓冲材料的制备及性能表征

霍少杰，朱礼智，李光，贺颖奇，孙彬青

木粉/PHBV复合缓冲材料的制备及性能表征

霍少杰，朱礼智，李光，贺颖奇，孙彬青

（天津科技大学，天津 300457）

制备一种缓冲性能优异的木粉/聚β–羟基丁酸戊酸酯（PHBV）复合缓冲材料，作为缓冲包装材料用于运输包装领域。选用马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）作为偶联剂，选用碳酸氢钠（NaHCO3）和偶氮二甲酰胺（AC）作为发泡剂，采用共混热压工艺制备毛白杨木粉和聚（β–羟基丁酸戊酸酯）（PHBV）复合材料，进行力学性能和缓冲性能测试，并通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT–IR）、差示扫描量热法（DSC）等进行性能表征，分析讨论不同木塑比、发泡剂种类和添加量对木塑复合缓冲材料微观界面、缓冲性能的影响。研究结果表明，当木粉与PHBV质量比为6∶4时木塑复合材料的缓冲性能、吸收能量和热性能最佳，NaHCO3发泡剂和AC发泡剂质量分别为2.0 g和1.5 g时，泡孔多且均匀，与木纤维交织连接形成稳定连续的泡孔结构，受压时不会出现应力集中点，吸收能量分别提高了34.6%和33.8%，加入适量发泡剂熔融焓分别提升了43.74%和41.83%，其中加入AC发泡剂材料的结晶率明显提高。当木粉与PHBV质量比为6：4，NaHCO3发泡剂和AC发泡剂质量分别为2.0 g和1.5 g时，制备得到的木粉/PHBV复合材料具有优异的缓冲性能，在运输包装领域具有潜在的应用前景。

木粉；缓冲材料；发泡剂；性能

EPE、EPS等发泡材料因其具有低密度、高弹性、优良的缓冲性能和隔音性能而广泛应用于包装缓冲材料领域，主要包括日常生活中的家用电器、快递的缓冲包装[1]。传统的发泡材料具有不可降解性，对它的大肆利用给环境造成了极大的污染，近几年来多个国家和地区陆续制定了限塑令、禁塑令及相关规定，包装材料也向可降解材料发展[2]，研究人员也逐渐利用环境友好型的材料作为发泡材料的原料，但是制备的材料在性能方面还存在一定的不足，因此利用环境友好型原料制备出高性能缓冲材料成为了现在研究的一大热点[3]。

胡伟等[4]采用聚丙烯和木粉利用模压法，通过加入活化剂ZnO降低AC发泡剂的发泡温度，利用铝酸脂偶联剂改性木粉减少其羟基数量，并利用交联剂加强木粉和PE的交联效果制备出了高发泡率材料。张毅等[5]研究了不同形态棕叶纤维（棕叶纤维、棕叶纤维粉末和棕叶纤维针刺非织造布）对PHBV复合材料力学性能的影响，结果表明3种形态棕叶纤维的加入都可以加强PHBV的力学性能，其中针刺非织造布/PHBV力学性能最佳。金霄[6]利用竹粉和PHBV制备复合材料，研究了纤维加入量对材料性能的影响，结果表明质量分数为20%时材料的力学性能、热性能和吸水性最佳，还研究了不同偶联剂改性纤维及用不同酶预处理的效果，结果表明利用硅烷偶联剂和果胶酶对材料的处理效果最好。

Li等[7]利用十二烷基硫酸钠/纤维素/氢氧化钠/尿素的混合溶液通过高速搅拌使混合溶液形成发泡形态，经冷冻干燥后留下交织纤维发泡结构制备超低密度发泡材料，发泡直径为20～50 μm，材料的密度为0.03 g/cm3。Liu等[8]研究不同含量纤维素纳米纤维（CNF）和不同冷却干燥的温度对PVA/CNF复合材料性能的影响，结果表明泡孔数量随CNF增加而增大，随干燥温度降低而减少，添加质量分数为30%的CNF能显著增加材料的结晶率和压缩性能，CNF的添加还可以降低PVA的吸水率，并提高材料的尺寸稳定性和降解率。Li等[9]利用大尺寸的纤维和打浆获得的小尺寸的纤维进行混合制备悬浮液，搅拌形成大纤维和小纤维交织结构，经干燥后制备发泡材料，结果表明利用未打浆的纤维制备的发泡材料发泡率高，但其材料松软，纤维间未充分结合，材料强度很低，通过打浆能降低发泡率，提高材料强度，发泡材料表面光滑，纤维结合力强，力学性能得到了提升。当打浆度在60°SR时，材料各项性能最好，泡孔率为97.2%，发泡率降低至325%，收缩率降低至76.5%，在材料的发泡率和材料的强度达到平衡，压缩和缓冲性能得到了提升。Svagan等[10]利用纳米纤维与淀粉混合制备悬浮液制备发泡材料，当加入低含量的纳米纤维素时形成闭合泡孔的发泡材料，而加入高含量的纳米纤维素时形成开孔的泡孔，其中加入质量分数为40%的纳米纤维素时，材料为闭孔结构并表现出最好的压缩性能。

综上所述，国内外利用环境友好型原料制备高性能发泡材料的研究已成为热点，但技术还不够成熟，存在诸多的问题。

1）在国内。利用不可降解塑料和纤维原料共混易产生难以清理的微塑料；以可降解塑料为原料制备缓冲材料的性能不能达到要求，且成本过高以致无法进行大范围应用[11]。

2）在国外。利用实验溶剂制备缓冲材料，工艺复杂，只能在实验室中进行；制备阶段大量利用化学溶剂，易对环境造成二次污染；工艺和设备要求高，依赖于先进设备，限制了它的广泛生产和应用。

实验以聚β–羟基丁酸戊酸酯（PHBV）为原料，加入木粉以降低材料成本并改善材料性能，加入发泡剂（NaHCO3、AC）和偶联剂（MAPP），利用热压机一步成型制备木塑复合发泡材料，工艺简单且设备要求较低，之后对制备的材料进行静态压缩测试并分析其应力应变曲线、扫描电镜（SEM）分析、傅里叶红外光谱（FT–IR）分析及材料热性能分析，探究其材料的各项性能，综合考虑探究出木塑及发泡剂种类和用量配比，研究制备出一种高缓冲性能复合材料。

1 实验

1.1 原料、试剂与仪器

主要材料和试剂：毛白杨木粉，100目由临颍县立昌木业有限公司提供；聚β–羟基丁酸戊酸酯（PHBV）：白色粉末，新兴塑化公司；马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP），广州市创锦鑫有限公司；碳酸氢钠（NaHCO3），天津北辰力远化工有限公司；偶氮二甲酰胺（AC），天津北辰力远化工有限公司；聚四氟乙烯膜片，天津天塑滨海氟塑料制品有限公司。

实验过程所用实验仪器见表1。

表1 实验过程所用实验仪器

Tab.1 Experimental instrument used in the experiment

1.2 木粉/PHBV复合材料制备

复合材料主要原料为：木粉、PHBV、马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）和发泡剂。实验中使用了NaHCO3和偶氮二甲酰胺（AC）2种发泡剂进行木塑比、发泡剂种类、发泡剂加入量的单因素实验，通过预实验得出MAPP的适宜用量和发泡剂的适宜用量范围，在其基础上进一步探究最佳木塑比和发泡剂的用量，并在实验完成后加入预实验组G0、G30方便分析对照，具体配方见表2。

表2 木粉/PHBV复合材料样品配比

Tab.2 Prescription of poplar powder/PHBV composite material sample

注∶考虑试验模具容量并经过预实验验证，木粉与PHBV质量和为125 g时适宜。

使用一步成型法，利用热压机直接热压成型，实验前参考GB/T 1931—2009先将木粉均匀平铺在铝箔托盘中，放入电热恒温鼓风干燥箱内在温度为103 ℃下烘至绝干，再称量相应量的4种材料倒入高速混合机中进行混合，混合时间为15 min。将混合均匀的原料平铺于250 mm×250 mm×10 mm的模具中，放入预热后的热压机中进行热压，热压温度为180 ℃，压力为2.8 MPa，热压时间为15 min，在热压过程中混料温度逐渐升高，PHBV受热逐步熔融，当浆料温度达到发泡剂分解温度时发泡剂逐渐分解放出气体，在浆料中形成气泡核并不断生长，最终形成完整气泡，热压的温度和时间会影响塑料的熔融程度，不同程度的熔体有不同的熔体强度，进而对发泡质量产生影响，而压力可以为模具提供较为密闭的空间，保证发泡的稳定。完成后取出模具并冷压30 min使浆料冷却凝固，完成后打开模具，取出成品并进行表征测试。

1.3 测试与表征

1.3.1 表观密度

通过参考GB/T 8168—2008进行测试，将材料裁切为20 mm×20 mm×10 mm的样品，通过公式测试计算材料密度，结果为3个平行样品的算术平均值。

1.3.2 力学性能测试

静态压缩实验参照GB/T 8168—2008进行测定，将材料裁切为20 mm×20 mm×10 mm的样品，使用美国英斯特朗公司Instron 3369万能试验机进行压缩实验，每组测试3个样，测试数据取算数平均值，压缩速度为1 mm/min。

1.3.3 扫描电子显微镜（SEM）分析

用日本电子公司的JSM–IT300LV进行电镜扫描观察样品的微观断面样貌，所有试样用液氮冷却后脆断，断面进行喷金处理后放入扫描电镜中进行观察，扫描电压为1.0 kV。

1.3.4 傅里叶红外光谱（FT–IR）分析

用美国赛默飞世尔科技公司的ThermoFisher Scientific iS5对不同木塑比含量的试样进行扫描分析，KBr与适量的样品粉末混合均匀后在红外压片机上进行压片，之后放入红外测试仪中进行测试，光谱测试范围为400～4 000 cm−1，扫描次数为64次。

1.3.5 差示扫描量热法（DSC）分析

用德国耐驰公司NETZSCH DSC 200F3对各样品进行熔融–结晶性能分析，取实验样品质量2～ 5 mg，测试条件：以10 ℃/min的速率从25 ℃升至200 ℃，稳定后保持3 min；然后以10 ℃/min的速率降至室温，温度稳定后保持3 min；最后以10 ℃/min的速率从25 ℃升至200 ℃。实验中以氩气作为保护气，气流量为60 mL/min。按照式[12]（1）计算结晶度。

(1)

2 结果与讨论

2.1 木粉/PHBV复合材料微观形貌分析

2.1.1 不同木塑比的复合材料的SEM分析

通过对材料的断面进行电镜扫描可得到不同木塑比的微观断面图。由图1可以看出，随着木粉的增加，材料的断面呈现更多纤维交织的情况。G1材料中较多的PHBV凝结成块，泡孔很少且不均匀，材料整体密实；木粉增加逐渐显现纤维结构，G2材料断面变得粗糙呈现出木粉纤维特性，PHBV附着在木粉表面和纤维连接处，但是过多的PHBV影响了泡孔的形成，泡孔数量较少；G3材料纤维交织成型且PHBV连接在木粉交织处，形成均匀、整体的发泡结构，从发泡效果和结构上来看效果非常好；但木粉过多的G4材料会出现纤维堆积的情况，由于PHBV太少而只能部分附着在木纤维表面，无法形成整体结构，材料结构杂乱无法承受较大的力。

2.1.2 不同发泡剂的复合缓冲材料的SEM分析

根据图2中不同发泡剂电镜图像可以看出，G31材料几乎没有发泡效果，木粉和PHBV混合在一起几乎看不到泡孔。原因是发泡剂量过少，没有充足的气体撑开浆料，G32和G33材料可以看到明显的发泡效果，木粉纤维交织形成泡孔结构，并在连接处由PHBV粘连，G33泡孔更大更均匀，且没有破坏纤维交织粘连的结构，效果较好。G34材料也有明显的发泡效果，但是可以看到有些纤维连接的地方粘连的不紧密，原因是发泡剂量过大，撑开了纤维的交织结构，并使材料团聚到一起，会产生部分泡孔合并的现象，破坏材料的发泡结构。

由图3可以看出G35发泡效果较差，泡孔非常少且不均匀，木粉和PHBV全部粘连在一块，原因是发泡剂加入量过少，无法全面的进行发泡；随着发泡剂量的加入发泡的泡孔逐渐增大；G36可以看出泡孔增多且发泡均匀，纤维交织连接形成泡孔结构；继续加入发泡剂，可以看出泡孔增大但是纤维连接变小，这也是后续力学性能变差原因之一，且发泡剂加入量过多后会使泡孔合并形成应力集中，更加容易被压溃。

图1 不同木塑比的木粉/PHBV复合材料700倍扫描电镜图像

图2 不同NaHCO3含量的木粉/PHBV复合材料700倍扫描电镜图

图3 不同AC含量的木粉/PHBV复合材料700倍扫描电镜图

2.2 木粉/PHBV复合材料微观结构分析

不同木塑比的木粉/PHBV复合材料红外光谱图见图4。图4中3 436 cm−1是−OH的吸收峰[13]，可以看出复合材料中因为木粉的加入呈现极性，加入偶联剂MAPP后波峰变，2 922 cm−1和2 848 cm−1是偶联剂上−CH3和−CH2−的吸收峰，说明偶联剂已经连接到了木粉纤维上[13]；1 720 cm−1是木粉纤维上−C=O的吸收峰[13]，可以看出加入偶联剂后此处波峰明显增加，这是因为MAPP与木粉的羟基发生反应会生成酯基，说明偶联剂和木粉成功反应，发挥了联结效果，1 045 cm−1也反映纤维上的−OH，同样看到加入偶联剂后此处波峰变大。通过无发泡剂和有发泡剂的对比可以看出并没有产生官能团的变化，说明加入发泡剂分解后不会产生影响复合材料的物质。

图4 不同木塑比的木粉/PHBV复合材料红外光谱图

­

2.3 热性能分析

2.3.1 不同木塑比的复合材料的热性能分析

根据图5中DSC的曲线可以看出，随着木塑比的增大，材料的熔融峰和结晶峰都有增大的趋势，且m和c也提高，说明木粉的增加有助于提升材料的耐热性能，这是因为木粉的耐热性比PHBV高[14]，木粉的加入可以提升复合材料整体的热性能。G3和G4的m相近，说明木粉质量分数为60%时对熔融温度的提升已达最高，材料整体的耐热性更加趋向木粉性能，但G3熔融的焓值更大，比G4的热稳定性更好一些，原因是适当的木塑比例通过偶联剂的结合达到了最佳的性能。通过表3也可知，木粉的添加提高了材料的结晶温度，G3的结晶温度最高为85.73 ℃，木粉的添加也提高了复合材料的结晶度，尤其是G2、G3组结晶度提升幅度最大，这是因为纤维与PHBV之间的相容性提高导致的。

图5 不同木塑比的木粉/PHBV复合材料DSC曲线

2.3.2 不同发泡剂的复合缓冲材料的热性能分析

通过图6中DSC的升温降温曲线可以看到，不同NaHCO3含量的复合材料m与c相差不大，分别约为160 ℃和80 ℃，说明木塑的比例是影响熔融温度和结晶温度的主要因素，而发泡剂的用量对熔融温度与结晶温度的影响不大。从表3中数据可知，G33和G36的Δm、Δc和结晶率相比于G3得到了提高，说明合适的发泡剂用量能够提升复合材料的热性能，这是因为适当量的发泡剂能够适当发泡，提高纤维与PHBV接触面积，使两者在偶联剂作用下结合效果更优异。过多加入发泡剂后m、c和结晶度下降明显，是因为过多的发泡剂撑破材料泡壁导致部分团聚，发泡效果不均匀，且发泡剂剩余物在复合材料中分散影响了木粉与PHBV的结合，导致材料性能下降，进而材料整体的热性能也受到相应影响。

表3 样品的DSC特征数据

Tab.3 DSC characteristic data of sample

图6 不同NaHCO3含量的木粉/PHBV复合材料DSC曲线

通过图7中DSC的升温降温曲线可知，AC的加入相较于G3小幅度地提升了材料的m，最高达到了169.71 ℃。随着AC发泡剂的增加，材料的m上升后下降，且Δm得到了一定的提升，热稳定性相较于添加NaHCO3发泡剂更佳，这是因为AC发泡剂的分解温度较高且发气量大，加入少量时就可达到适当的发泡程度，且AC本身为吸热型发泡剂，加入到复合材料中使得材料能吸收更多的热量，导致其焓值变高。在降温曲线中可以看出，加入AC发泡剂对c没有太大的影响，说明对m和c影响最大的因素为木塑的配比，发泡剂的种类和用量对其影响不大，但发泡剂可以对Δm造成一定影响，进而影响复合材料的热稳定性。

2.4 力学性能

2.4.1 不同木塑比的复合材料的力学性能

从图8可以看出，随着木粉添加量的增加，复合材料密度呈下降后达到平衡的趋势。因为木粉相较PHBV结构蓬松多孔，PHBV在熔融后会形成致密凝聚物，所以木粉的加入可以降低复合材料的密度。加入木粉至一定量后材料的密度不再发生变化，说明木粉的质量分数达到60%时材料密度达到最小值，热性能分析中也显示木粉质量分数达到60%时热性能不再变化，这两方面说明继续增加木粉比例已不是改变材料性能的主要原因。

通过万能试验机对G1、G2、G3、G4 4组样品进行静压试验，做出不同木塑比的应力应变曲线（图9），主要分为弹性阶段、塑性阶段和密实化阶段，通过应力应变曲线可求出复合材料的缓冲系数曲线[15-16]（图10），缓冲系数曲线表现了不同材料在最佳缓冲状态时的缓冲条件，其曲线的最低点对应的应力就是缓冲效果最佳的点。

图7 不同AC含量的木粉/PHBV复合材料DSC曲线

图8 不同木塑比的木粉/PHBV复合材料密度变化曲线

图9 不同木塑比的木粉/PHBV复合材料应力–应变曲线

图10 不同木塑比的木粉/PHBV复合材料缓冲系数–应力曲线

根据应力–应变曲线（图9）可以看出，在相同的应变下随着木粉添加量的减少，复合材料可承受的应力呈增大趋势，这是由于PHBV熔融后冷却会形成硬质高分子树脂，增加PHBV含量复合材料的整体硬度变大。其中G1可承受的应力最大，但是其硬度过大，经过弹性阶段后直接进入密实化阶段，因此并不适合作为缓冲材料。G4的塑性阶段最长，适合作为一种缓冲材料，但是相同应变下可承受应力最小。从图11可看出G4吸收的能量最少，这是因为木粉添加量过多，根据电镜图也可看出G4木粉出现堆积，作为胶黏剂的PHBV不能将木粉有效黏结，从而导致复合材料压缩过程中会被压散，整体的强度较差，缓冲系数曲线中G4的缓冲系数最小时对应应力为0.92 MPa。G2和G3的应力应变曲线较为相似，且木粉与PHBV配比适宜，保持了较好的缓冲性能和一定的强度，但是G3密度也更小一些，更有利于降低运输的成本，这是由于G3木粉的含量更多，且相同应变下，G3吸收的能量比G2多，因为从电镜图中可以看出G3的微观发泡结构最好，G2含有PHBV多导致材料材质略硬，压缩时材料产生的形变能小于G3，而通过红外分析及热性能分析可知偶联剂发挥作用可改变材料性能，且木塑比为6∶4时偶联剂对其结合性能较好，缓冲系数曲线中G3最低点对应的应力为2.83 MPa，G2最低点对应的应力为2.15 MPa，表明了G3复合材料更加适合包装相对质量较大的物品，可以得出G3材料更优。

图11 不同木塑比的木粉/PHBV复合材料能量吸收曲线（应变0.5）

2.4.2 不同发泡剂的复合缓冲材料的力学性能

通过图12可以看出3个阶段的部位基本相同，加入发泡剂阶段能量吸收曲线（图13）呈先上升后下降的趋势。G30的应力应变曲线的弹性阶段非常小，这是因为没有加入发泡剂，复合材料比较密实，受压产生的形变小，所以弹性较差；加入发泡剂的复合材料弹性阶段有明显提升，材料受压变形更有利于吸收能量并提升缓冲效果。材料的塑性阶段是吸收能量的主要阶段，塑性阶段越长吸收的能量也有越多，可以看出材料的塑性阶段在应变为0.5时结束。在相同应变下，G31和G34所能承受的应力和吸收能量较小，因为加入发泡剂过少或过多都会影响发泡材料的泡孔结构进而影响复合材料的性能。加入发泡剂少时（见图2a），只有部分区域有泡孔，产生的气体破坏了复合材料的密实的整体结构；发泡剂过多时会产生气体，材料发泡不均会出现团聚现象（如图2d），泡孔不均导致纤维间连接会出现薄弱点，容易形成应力集中，受外力就容易压溃，因此材料整体性能下降。从G33的应力–应变曲线可以看出在弹性阶段能承受应力较大，是因为图2c所示的微观结构有助于塑性阶段吸收能量的提升，所以G33吸收的能量是最多的，达到了0.673 J/cm3，相较于不加发泡剂提升了34.6%。由图14可知G33曲线最低点对应的应力最大，为2.5 MPa，对应的复合材料更能用于大件的物品包装。这是由于加入合适的发泡剂的量不但可以使复合材料发泡，还可以使纤维之间形成稳定均匀的结构，复合材料受压时不会出现应力集中点，材料的变形能吸收大量的能量。

图12 不同NaHCO3含量的木粉/PHBV复合材料应力–应变曲线

图13 不同NaHCO3含量复合材料吸收能量曲线（应变0.5）

对材料的样品进行静压试验得到其应力–应变曲线（图15），能量吸收曲线（图16）呈先上升后下降的趋势。可以看出加入AC发泡剂也可以明显提升复合材料的弹性阶段。在弹性阶段，G35弹性最好，承受应力最大，G36次之，G37和G38弹性阶段承压较小，可以看出当应变达到0.5时复合材料的塑性阶段结束。其中G36所吸收的能量最多达到0.669 J/cm3，说明加入AC发泡剂质量为1.0 g时达到了最好的发泡效果，与图3的泡孔结构的优劣相对应，相对于不加发泡剂能量吸收量提升了33.8%，且加入1.0 g AC发泡剂时并没有降低材料的性能，这是因为AC发泡剂的发气量较大，加入少量时即可达到较好效果而不会影响材料性能。观察缓冲系数曲线（图17），G36的缓冲系数为4.36，所对应的应力为2.37 MPa，说明此复合材料最适合包装质量大的物件，缓冲效果最佳；G37和G38吸收能量较少，缓冲系数曲线也说明它们适合于用于小质量的包装。

图14 不同NaHCO3含量的木粉/PHBV复合材料缓冲系数曲线

图15 不同AC含量的木粉/PHBV复合材料应力–应变曲线

图16 不同AC含量的木粉/PHBV复合材料能量吸收曲线（应变0.5）

图17 不同AC含量的木粉/PHBV复合材料缓冲系数曲线

3 结语

在实验研究中，使用PHBV作为胶黏剂，木粉作为填充物，使用碳酸氢钠和偶氮二甲酰胺作为发泡剂制备缓冲材料。通过对复合材料的微观形貌、微观结构、热性能和力学性能4个方面进行分析，探究了木塑比和2种发泡剂使用量对复合材料性能的影响。结果表明当木塑比为6∶4，使用氢氧化钠（质量为2.0 g）作为发泡剂，或者使用偶氮二甲酰胺（质量为1.5 g）作为发泡剂时制备的材料缓冲性能最佳。其中木粉的加入可以降低材料的密度，使材料更柔韧，提高材料的缓冲性能。碳酸氢钠和偶氮二甲酰胺都可以作为发泡剂且使得复合材料发泡效果良好，相对于未加发泡剂的复合材料，加入发泡剂后能量吸收量最大可提升34.6%。文中研究制备出了一种缓冲性能良好的可降解缓冲材料，为缓冲降解材料的发展提供了一种方法和思路，并在运输包装领域和绿色材料领域有潜在的应用前景。

[1] 吴彤彤, 吴金卓, 王卉, 等. 缓冲包装材料经济性与环境影响评价研究进展[J]. 包装工程, 2021, 42(9): 17-24.

WU Tong-tong, WU Jin-zhuo, WANG Hui, et al. Research Progress on Technology Economy and Environmental Impact Assessment of Buffer Packaging Materials[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(9): 17-24.

[2] 崔望妮. 绿色低碳背景下快递包装标准化体系建设[J]. 现代商业, 2021(22): 9-11.

CUI Wang-ni. Construction of Express Packaging Standardization System under the Green Background[J]. Modern Business, 2021(22): 9-11.

[3] 李娟, 邓婧, 梁黎. 可降解塑料在包装产品中的应用进展[J]. 塑料科技, 2021, 49(4): 94-98.

LI Juan, DENG Jing, LIANG Li. Application Progress of Degradable Plastics in Packaging Products[J]. Plastics Science and Technology, 2021, 49(4): 94-98.

[4] 胡伟, 陈祥星, 李慧, 等. 模压法制备高发泡聚丙烯/木粉复合泡沫材料[J]. 塑料助剂, 2012(5): 37-43.

HU Wei, CHEN Xiang-xing, LI Hui, et al. Preparation of High-Expanded PP/Wood Flour Composite Foam by Moulded Method[J]. Plastics Additives, 2012(5): 37-43.

[5] 张毅, 杨彬, 赵文华. 不同成型工艺棕叶纤维/PHBV复合材料的力学性能[J]. 印染助剂, 2020, 37(5): 58-60.

ZHANG Yi, YANG Bin, ZHAO Wen-hua. Mechanical Properties of Palm Leaf Fiber/PHBV Composite Materials with Different Molding Processes[J]. Textile Auxiliaries, 2020, 37(5): 58-60.

[6] 金霄. 竹粉/PHBV复合材料的制备及性能研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2019: 53-54.

JIN Xiao. Research of Preparation and Properties of Bamboo Flour Reinforced PHBV Composites[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2019: 53-54.

[7] LI Ran, DU Jin-yan, ZHENG Yan-mei, et al. Ultra-Lightweight Cellulose Foam Material: Preparation and Properties[J].Cellulose, 2017, 24(3): 1417-1426.

[8] LIU Da-gang, MA Zhong-shi, WANG Zheng-mei, et al. Biodegradable Poly(Vinyl Alcohol) Foams Supported by Cellulose Nanofibrils: Processing, Structure, and Properties[J]. Langmuir, 2014, 30(31): 9544-9550.

[9] LI J, YANG X, XIU H, et al. Structure and Performance Control of Plant Fiber Based Foam Material by Fibrillation via Refining Treatment[J]. Industrial Crops and Products, 2019, 128: 186-193.

[10] SVAGAN A J, SAMIR M A S, BERGLUND L A. Biomimetic Foams of High Mechanical Performance Based on Nanostructured Cell Walls Reinforced by Native Cellulose Nanofibrils[J]. Advanced Materials, 2008, 20(7): 1263-1269.

[11] 陈艳娜, 肖生苓, 李琛. 可降解木塑复合缓冲包装衬垫材料的研究综述[J]. 森林工程, 2014, 30(2): 88-91.

CHEN Yan-na, XIAO Sheng-ling, LI Chen. Review on Biodegradable Foamed Wood Polymer Composite Buffering Cushion Packaging Materials[J]. Forest Engineering, 2014, 30(2): 88-91.

[12] 余天丹, 李志强, 袁亮, 等. EPE的缓冲性能试验研究及缓冲包装设计[J]. 轻工科技, 2021, 37(2): 94-96.

YU Tian-dan, LI Zhi-qiang, YUAN Liang, et al. Experimental Study on Cushioning Performance of EPE and Design of Cushioning Package[J]. Light Industry Science and Technology, 2021, 37(2): 94-96.

[13] 罗瑜莹. 杨木纤维多孔缓冲包装材料的制备与性能研究[D]. 哈尔滨: 东北林业大学, 2018: 30-31.

LUO Yu-ying. Study on Preparation and Properties of Poplar Fiber Porous Cushioning Packaging Material[D]. Harbin: Northeast Forestry University, 2018: 30-31.

[14] JIN X, ZHANG X, XU C, et al. Effect of Bamboo Fibers with Different Coupling Agents on the Properties of Poly (Hydroxybutyrate-Co-Valerate) Biocomposites[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2019: 136.

[15] BEG M D H, PICKERING K L. Reprocessing of Wood Fibre Reinforced Polypropylene Composites. Part II: Hygrothermal Ageing and Its Effects[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2008, 39(9): 1565-1571.

[16] HUANG C, ZHU Q, LI C, et al. Effects of Micronized Fibers on the Cushion Properties of Foam Buffer Package Materials[J]. Bioresources, 2014, 9(4): 5940-5948.

Preparation and Characterization of Poplar Powder/PHBV Composite Cushion Material

HUO Shao-jie, ZHU Li-zhi, LI Guang, HE Ying-qi, SUN Bin-qing

(Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

The work aims to prepare a high-performance poplar powder/poly (β-hydroxybutyrate valerate) (PHBV) composite cushion material that can be used in transport packaging field as the cushion packaging material. With maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) as the coupling agent and NaHCO3and AC as the foaming agent, blending hot pressing process was adopted to prepare the poplar powder/PHBV composite material. Then, mechanical properties and cushioning performance were tested and performance characterization was carried out by scanning electron microscope (SEM), Fourier infrared spectroscopy (FT-IR) and differential scanning calorimetry (DSC) to analyze the effects of different wood-plastic ratios, types and amount of foaming agent on the micro-interface and cushioning performance of poplar/PHBV composite material. According to the results, the cushioning performance, energy absorption and thermal performance of composite material were the best when the wood/plastic ratio was 6:4. When NaHCO3and AC were added in 2.0 g and 1.5 g respectively, the cells were numerous and uniform, and were interwoven and connected with wood fibers to form a stable and continuous cell structure. There were no stress concentration points under compression, and energy absorption increased by 34.6% and 33.8% respectively. The enthalpy of fusion was increased by 43.74 % and 41.83 % when an appropriate amount of foaming agent was added, and the crystallization rate with AC foaming materials was significantly increased.When the mass ratio of poplar powder to PHBV is 6 : 4, and the mass of NaHCO3foaming agent and AC foaming agent is 2.0 g and 1.5 g, respectively, the prepared poplar powder/PHBV composite material has excellent cushioning performance and has potential application prospects in the field of transport packaging.

poplar powder; cushion material; foaming agent; performance

TB484；TB485.1

A

1001-3563(2022)13-0042-11

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.006

2021–10–29

天津市教委科研计划（2017KJ032）

霍少杰（1997—），男，天津科技大学硕士生，主攻木塑复合缓冲材料。

朱礼智（1977—），男，博士，天津科技大学副教授，主要研究方向为功能性包装材料。

责任编辑：曾钰婵