防霉型涂饰竹质包装材料的制备及性能研究

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竹产业发展已纳入国家战略性新兴产业体系,但在包装行业,竹材的使用比重远低于塑料和木材,随着“以竹代木”、“以竹代塑”等国家发展战略的确立,为竹质包装的发展提供了千载难逢的机遇。但是,竹材存在的易发霉、易开裂、易老化等问题,限制了其推广应用。本研究以竹集成材为试材,分别利用合适浓度的硼酸/硼砂、IPBC、Na BF4/DDAC、戊唑醇防霉剂对试材进行浸渍处理,然后分别利用硼酸/硼砂防霉剂及三氮唑类(UV1130)、纳米Ti O2、纳米Si O2三种紫外线吸收剂对水性聚氨酯涂料(WPU)进行改性,并对浸渍后的试材进行涂饰处理,制备出防霉型涂饰竹质包装材料。研究不同改性涂层的理化性能、分子结构变化及热稳定性,重点考察经过三个月耐候性试验后,不同改性处理对试材尺寸稳定性、力学性能、防霉性能的影响,并借助ANSYS有限元仿真分析涂饰竹质托盘的应力及应变情况,最终确定出理想的防霉型涂饰竹质包装材料制备工艺及性能表现,以为其工业化生产提供技术依据。具体研究结果如下:(1)竹材防霉剂筛选结果表明,硼酸/硼砂、IPBC、Na BF4/DDAC、戊唑醇四种防霉剂的浓度配比分别达到3.0%、1.5%、0.5%、0.4%时,其对三种霉菌的防护效力较优。(2)防霉型水性聚氨酯涂料改性结果表明,与未改性WPU涂层相比,硼酸/硼砂/纳米Ti O2/WPU(C7)、硼酸/硼砂/纳米Si O2/WPU(C4)、硼酸/硼砂/UV1130/WPU(C1)三种不同改性涂层的耐磨性更强,且均具有良好的耐温变性,但其表面水接触角均有不同程度减小;改性涂层固化过程中,紫外线吸收剂、防霉剂会与涂层中的C-N、C-O及C=O键相互作用,从而使得分子结构发生改变;不同改性处理均可以提高涂层的热稳定性,其中热稳定性大小依次为:C4>C7>C1>C0。不同改性涂料均对黑曲霉具有一定程度的防治效力,但是作用效果有限。(3)竹集成材户外耐候性实验表明,与M0(未浸渍防霉剂+WPU)相比,M1(硼酸/硼砂+硼酸/硼砂/UV1130/WPU)、M2(硼酸/硼砂+硼酸/硼砂/纳米Ti O2/WPU)、M4(IPBC+硼酸/硼砂/UV1130/WPU)、M8(Na BF4/DDAC+硼酸/硼砂/纳米Ti O2/WPU)改性涂层均没有出现涂层脱落、缺陷现象,附着力等级为1级,涂层耐磨损能力均符合户外应用标准要求,并可有效提高涂层的阻湿性、阻水性及抗弯强度,防霉表现优异,涂层表面均未发现明显霉斑;ANSYS有限元仿真结果表明,在户外使用时,与素材及未经任何改性WPU涂饰竹质托盘相比,不同改性处理可的涂饰竹质托盘其变形量不同程度下降,其最大形变量均低于0.005 mm。其中M8的各方面性能最优。
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