柚子皮仿生材料

1、柚子皮缓冲包装材料与主要内容主要内容缓冲包装材料简介柚子皮研究柚子皮与缓冲包装材料总结一、缓冲包装材料简介 结构仿生是通过对生物材料的结构特点、构效关系，进而对材料、结构、系统进行仿生模拟，从而提高工程结构效率。人们受到生物结构启发或者是模仿生物结构，通过仿生的手段来得到具有更优异性能的材料称为结构仿生材料，它是仿生学中一个重要组成部分。 包装用结构仿生材料研究进展 由于结构仿生材料兴起的时间相对来说比较晚，而且在最近的几十年才引起了研究人员的更多关注，其应用在包装上的实例不多，但其中的佼佼者蜂窝纸板，却凭借它出色的性能与相对便宜的价格在现代的物品流通过程中起到了不可或缺的作用。 很多研究者也

2、对苹果皮经行了深入的研究，发现苹果皮拥有多层结构，外层主要起到了保持水分的作用而内层中含有大量的类黄酮物质起到了抗氧化的作用。因此在这种研究的基础上，沈洁等仿造苹果皮的结构制备出了具有抗氧化功能的阻隔复合薄膜。 现有缓冲包装材料泡沫塑料蜂窝纸板瓦楞纸板纸浆模塑气垫缓冲材料植物纤维类缓冲包装材料二、柚子皮研究二、柚子皮研究 到目前为止水果的表皮在仿生包装方面一直被视到目前为止水果的表皮在仿生包装方面一直被视为很好的灵感来源。为很好的灵感来源。 在自然条件下，柚子皮能保护饱在自然条件下，柚子皮能保护饱含水分的柚子囊，从树上掉落而不损坏，柚子皮的缓含水分的柚子囊，从树上掉落而不损坏，柚子皮的缓冲性能

3、可见一斑。因此，将柚子果皮的结构特点运用冲性能可见一斑。因此，将柚子果皮的结构特点运用在现有的包装缓冲材料中，使其具有更加优良的缓冲在现有的包装缓冲材料中，使其具有更加优良的缓冲性能是一项十分有意义的研究。性能是一项十分有意义的研究。 柚子皮结构 根据文献记载，柚子皮一般在 1-2 厘米厚，分为外，中，内三层，其中我们日常食用过程中首先剥离的是它的外果皮和中果皮。柚子皮结构 中果皮排列结构呈现网络状，结构松散，具有大量空隙。而从 (b)中可以看到在网络状结构中，内部存在着细小的维管束起到了增强结构，增加互相连接的作用。 为什么选用柚子皮在静态压缩试验下，柚子中果皮的应力-应变曲线开始时的模量很

4、小，而后要具有一个相对较大的上升，在大应变下的单位体积变形能也很大，可以从一方面看出其在压缩过程中的能量吸收较大。发现若将此性能应用于包装材料，则可制备出一种新的能更好保护内装物的缓冲包装材料。研究证明了柚子中果皮是一种孔径大小具有连续变化的特点的缓冲材料，由外到内，孔径逐渐变大。选取原因1、组成材料的选择、组成材料的选择由于柚子中果皮的结构特点以及组成成分与植物纤维类缓冲发泡材料相类似，而且在压缩应力-应变曲线方面也很类似，都是属于非弹性中的近似正切形的曲线。因此，选用纸浆纤维模仿柚子中果皮里的细小的维管束，羧甲基纤维素来模仿连接细胞壁的果胶。 根据参考其他类型发泡材料的模型，以及缓冲设计思

5、路。简化了柚子皮的结构模型，将孔径大小比确定为 1:2:4。 2、仿生缓冲材料的制备、仿生缓冲材料的制备图1 仿生缓冲材料制备工艺流程图偶氮二甲酰胺图2 分层发泡试样制备流程图 性能测试外观综合评价：发泡体是否有塌陷，内部是否发泡均匀，有无大的空洞，外观评价首先决定制备方法是否可行。密度测试：植物纤维发泡缓冲材料的缓冲性能在很大程度上取决于其表观密度。密度是评价发泡缓冲材料最直观的途径。而通常植物纤维制备的材料中密度较高的较硬不易变形，密度较低的弹性较好。 静态压缩试验 ：静态压缩测试是指模拟在静态载荷下被测物体所表现出力学特性。主要用来测定缓冲材料的压缩力-变形特性与复原性能。静态压缩测试原

6、理图先按国标 GB4857.2-2005对样品进行预处理，在温度 20相对湿度为 90%条件下存放 48h。再按照包装用缓冲材料静态压缩试验法在 REGER-200A 微机控制电子万能试验机上对样品进行静态压缩试验。上压板以(123)mm/min 的速度对试样施加压力，由于速度较慢因此可以近似看成是静态加载。从而得到压力-变形曲线。根据相应公式计算应力、应变等。结果与讨论胶黏剂含量的影响胶黏剂含量的影响由图 4.4 可以看到纸浆与羧甲基纤维素的比例对单层发泡材料应力-应变性能有很大的影响。 发泡剂使用量对单层发泡材料的影响图 4.8 是根据不同发泡剂用量所得到的不同制品的平均孔径，由于发泡的不

7、确定性，以及是的平均孔径的误差很大。但呈现出来的趋势是显而易见的，随着发泡剂用量的增加是逐渐增长的，而在 2%之后，由于产生的气体量过多，使得孔洞过大，或者相邻孔洞融合，产生了坍塌，或者是孔洞过大，发生了气体逃逸。所以在添加 4%的时候孔径不增反降。 在制备的分层发泡材料上切取适当大小的切片观察孔洞结构。其结构如图 4.9 所示。 纤维呈现网络状结构排列，与柚子皮中的纤维排列相同。最小气泡层的孔洞大小小于中等气泡层的孔洞大小小于最大气泡层的孔洞大小，这与当初的设想相同。 多层发泡试样各层所用的纸浆为 20g，加入羧甲基纤维素的量为 4g。每层所用发泡剂的量分别为 0.2g，0.3g，0.4g。

8、其到孔径大小具有明显的变化，而平均孔径分别为 0.518mm，1.016mm，2.273mm。在孔径比方面满足了设计要求。分层发泡材料的缓冲性能 从表 4.5 中可以看出回弹率是表征材料在受到压力后的恢复能力,体现材料缓冲性能的另一个重要因素。回弹率越高,说明材料越能承受连续冲击,缓冲性能越好。而仿生结构多层的缓冲材料的最小缓冲系数也相对比较小，说明其缓冲效率较高。 由图 4.10 可以看出仿生多层缓冲材料的应力应变曲线与添加 1.5%发泡剂的单层缓冲材料相近，但在应变较小时多层缓冲材料与单层发泡材料在相同应变下所承受的应力基本相同，而当应变较大时多层缓冲材料的应力更大。分层发泡材料的缓冲性能

9、根据拟合的 AC 添加量分别为 1%，1.5%，2%的单层缓冲材料的公式，按自个单独发泡时的厚度比例对在同一应力下的应变值进行划分，得到它们串联后的一条多层应力应变曲线如图 4.16。从图中可以看出实际测量值与通过上述方式计算出的曲线相似度很高，特别是在应变较小的情况下。总结采用纸浆纤维作为基材、羧甲基纤维素为胶黏剂、偶氮二甲基酰胺为发泡剂。确定了单层材料的材料组成和结构参数：胶黏剂用量为 20%、发泡剂用量分别为1%、1.5%、2%。采用多层浆料同时发泡的方法，制得具有了仿柚子中果皮结构特点的发泡包装材料，对其进行了静态压缩性能测试，分析。发现具有仿生结构的缓冲材料与力学性能相当的单层缓冲材料相比对于小件物品的包装具有良好的效果，同时也反应出它更宽的适用范围。 通过对发泡剂用量分别为 1%、1.5%、2%单层的缓冲材料的应力应变关系进行公示拟合，而后绘出了串联后的理论应力应变曲线，与实际制得的多层缓冲材料相似度很高。展望展