塑料机械行业趋势发展论文提纲

论文题目：蛭石改性PVA基水溶胶带的制备及性能研究

摘要：近年来我国电商行业发展迅猛,快递行业业务量出现了暴涨,在带动经济发展的同时也带来了纸箱、塑料袋、泡沫塑料、缓冲材料和胶带等包装材料的巨大消耗。快递包装废弃物导致了严重的环境污染和资源浪费,为了解决这一问题国家出台了一系列政策,要求快递行业应当按照规定使用环保材料对邮件快件进行包装,优先采用可重复使用、易回收利用的包装物,优化邮件快件包装,减少包装材料的使用。胶带作为一种使用量大且难以回收和降解的快递包装材料,一直是制约快递包装行业绿色发展的痛点。因此,研发一种新型环境友好型胶带是大势所趋。本研究探究制备一种可水溶解、可降解的胶带,能够满足快递包装绿色发展、循环发展和低碳发展的要求,为胶带废弃物的回收处理提供有利条件。胶带的改性制备主要包括基材的制备和压敏胶的制备,首先通过纳米改性的方法提升聚乙烯醇基材的各项性能,其次通过增塑的方法对聚乙烯吡咯烷酮压敏胶的性能进行改进。具体改进方法为:首先,使用酸活化、有机插层和机械作用相结合的方法对层状硅酸盐蛭石进行插层和剥分处理,进一步将剥分蛭石与聚乙烯醇通过共混的方式制备出复合薄膜,使纳米蛭石能够有效发挥作用,提升聚乙烯醇薄膜的性能并将其用做胶带的基材。其次,以聚乙烯吡咯烷酮为原料制备双组分压敏胶,确定其最佳的制备配方和条件。最后探究新型胶带的基本性能和可降解性,使其能够有效解决由于胶带大量使用所造成的环境污染和废弃物回收处理等问题。主要研究结果如下:（1）使用不同浓度的盐酸对蛭石（VMT）进行活化,在此基础上再使用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对其进行有机插层,最后在机械力的作用下对插层蛭石进行剥分。盐酸活化蛭石的红外光谱图中Si-OH伸缩振动和结晶水中的-OH伸缩振动峰向低波数方向移动;小角X射线衍射的结果显示蛭石的晶面间距增大,晶体结构不稳定。当盐酸浓度为0.006mol/L时,蛭石的阳离子交换量（CEC）达到最大值为55.78cmol/kg;Zeta电位值达到最小值14.5m V。有机插层蛭石的红外测试结果显示CTAB能够进入到蛭石的层间结构中;小角X射线衍射测试结果显示经过有机插层处理的蛭石的晶面间距明显变大。当插层剂CTAB的溶液浓度达到3倍CEC时,CTAB在蛭石中的插层达到完全。机械剥分后蛭石的粒径从48.56μm减小至0.69μm。（2）将剥分蛭石按照不同的质量比添加到PVA薄膜中,随着VMT-PVA复合薄膜中蛭石质量比的不断增大,复合薄膜的力学性能和阻隔性能呈现出先增大后减小的趋势。当蛭石添加量为2.0%时,VMT-PVA复合薄膜的拉伸强度达到最大值65.3MPa;当蛭石添加量为2.5%时,VMT-PVA复合薄膜的水接触角达到最大值69.2°,材料的亲水性明显下降;当水溶温度为50℃时,VMT-PVA复合薄膜的失重率均保持在16%-17%之间,与纯PVA相比,复合薄膜的耐水性得到提升。VMT-PVA复合薄膜的红外光谱特征峰发生红移,表明材料内形成了氢键作用且形成了新的界面层或者局部高分子网络结构。X射线衍射测试结果表明VMT-PVA复合薄膜的结晶度随着蛭石添加量的增大呈现出先增大后减小的趋势,当蛭石添加量达到2.0%时,复合薄膜的结晶度达到55.88%。DSC测试结果显示复合薄膜的玻璃化转变温度和熔融温度得到提高。TG测试结果发现复合薄膜的分解终止温度提高了6.7℃-20.5℃,蛭石添加量在2.0%以下时,能够有效提高VMT-PVA复合薄膜的热稳定性能。SEM测试结果显示低添加量蛭石在PVA基体中分散均匀,蛭石纳米粒子的直径约为80nm,但是随着蛭石添加量的不断增大,蛭石粒子在PVA基体中会出现团聚和分散不均匀等问题,进而导致材料性能的下降。（3）为了得到水性压敏胶的最佳制备条件,分别对压敏胶的制备过程进行了单因素实验和正交实验。实验结果发现压敏胶的最优制备配方和制备条件为:聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶液浓度为30%、增塑剂SYCA添加量为30%、p H值为7、制备时间为2h。压敏胶的红外光谱中没有出现新的特征峰,表明压敏胶的组分之间没有发生化学反应。另外,-OH的伸缩振动峰从3422cm-1移动至3356cm-1,醇中C-O伸缩振动峰从1075cm-1移动至1073cm-1,表明压敏胶内部存在分子间氢键。压敏胶的核磁共振H谱结果进一步证实两种材料之间存在氢键作用。使用增塑剂SYCA对PVP水溶液进行增塑后,压敏胶的玻璃化转变温度降低至-67.5℃,常温下仍能处于高弹态,在不破坏粘性的同时提高了压敏胶的弹性。当压敏胶中的水分被烘干以后,其储能模量G’增大、损耗因子tanδ减小,压敏胶的内聚能强度得到显著提升。（4）新型水溶胶带的初粘性测试为9#钢球、持粘性测试为1.2mm/h,180°剥离强度和90°剥离强度分别为3.6N/cm和3.5N/cm,拉伸强度为88.8MPa,拉伸断裂应力为50.8N,断裂伸长率为145.1%,最大穿刺强度为62.4MPa,能够满足国家标准对封箱胶带的相关要求。胶带在水温80℃时的失重率达到78.21%,具有水溶性。在土埋降解模拟实验中,胶带最终的质量损失为30.39%;在堆肥实验中,胶带的最终生物分解率为63.8%,达到了国标的要求,具有可降解性。

关键词：蛭石;聚乙烯醇;聚乙烯吡咯烷酮;压敏胶;胶带

学科专业：印刷与包装工程

摘要

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 蛭石

1.2.1 蛭石的结构特征和基本性能

1.2.2 蛭石的改性处理方法

1.2.3 纳米蛭石对聚合物材料性能的影响

1.3 聚乙烯醇

1.3.1 聚乙烯醇的结构和性能

1.3.2 聚乙烯醇的改性方法研究

1.3.3 聚乙烯醇耐水性改进研究

1.4 压敏胶黏剂

1.4.1 压敏胶的定义和分类

1.4.2 压敏胶的粘接机理

1.4.3 压敏胶的性能评价标准和聚集态结构表征

1.4.4 压敏胶的改性制备方法

1.5 课题的研究目的、意义及内容

1.5.1 研究目的及意义

1.5.2 研究内容

1.5.3 技术路线

1.6 参考文献

第二章 插层蛭石的制备及性能研究

2.1 引言

2.2 实验材料与仪器

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验仪器

2.3 实验方法

2.3.1 盐酸活化蛭石的制备

2.3.2 十六烷基三甲基溴化铵插层蛭石的制备

2.3.3 蛭石片层的机械剥离

2.3.4 傅里叶红外光谱测试

2.3.5 阳离子交换量测试

2.3.6 小角X射线衍射测试

2.3.7 Zeta电位测试

2.3.8 扫描电镜(SEM)测试

2.3.9 热重(TG)测试

2.3.10 粒径测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 不同浓度盐酸对蛭石活化效果的影响

2.4.2 不同浓度CTAB对蛭石插层效果的影响

2.4.3 插层蛭石的机械剥分

2.5 本章小结

2.6 参考文献

第三章 蛭石改性PVA薄膜的制备及性能分析

3.1 引言

3.2 实验材料与仪器

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验仪器

3.3 实验方法

3.3.1 蛭石-聚乙烯醇复合薄膜的制备

3.3.2 力学性能测试

3.3.3 透氧性能和透湿性能测试

3.3.4 紫外-可见光分光光度计测试

3.3.5 透光率和雾度测试

3.3.6 水接触角测试

3.3.7 平衡溶胀比测试

3.3.8 水溶性能测试

3.3.9 傅里叶红外光谱(FTIR)测试

3.3.10 X射线衍射(XRD)测试

3.3.11 差示扫描量热仪(DSC)测试

3.3.12 热失重(TG)测试

3.3.13 扫描电镜(SEM)测试

3.4 结果与讨论

3.4.1 VMT对 PVA薄膜力学性能的影响

3.4.2 VMT对 PVA薄膜阻隔性能的影响

3.4.3 VMT对 PVA薄膜耐紫外性能的影响

3.4.4 VMT对 PVA薄膜透光率和雾度的影响

3.4.5 VMT对 PVA薄膜耐水性能的影响

3.4.6 VMT-PVA复合薄膜的傅里叶红外光谱分析

3.4.7 VMT-PVA复合薄膜X射线衍射分析

3.4.8 VMT-PVA复合薄膜DSC分析

3.4.9 VMT-PVA复合薄膜TG分析

3.4.10 VMT-PVA复合薄膜扫描电镜(SEM)分析

3.5 本章小结

3.6 参考文献

第四章 聚乙烯吡咯烷酮压敏胶的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验材料与仪器

4.2.1 实验材料

4.2.2 实验仪器

4.3 实验方法

4.3.1 压敏胶制备的单因素实验设计

4.3.2 压敏胶制备的正交实验设计

4.3.3 黏度测试

4.3.4 固含量测试

4.3.5 初粘性测试

4.3.6 180°剥离强度测试

4.3.7 T剥离强度测试

4.3.8 拉伸剪切强度测试

4.3.9 傅里叶红外光谱测试

4.3.10 核磁共振H谱测试

4.3.11 玻璃化转变温度测试

4.3.12 粘弹性测试

4.4 结果与讨论

4.4.1 压敏胶制备的单因素实验结果

4.4.2 压敏胶制备的正交实验结果

4.4.3 压敏胶聚集态结构表征

4.5 本章小结

4.6 参考文献

第五章 水溶性胶带的制备及性能研究

5.1 引言

5.2 实验材料与仪器

5.2.1 实验材料

5.2.2 实验仪器

5.3 实验方法

5.3.1 蛭石改性PVA基水溶胶带的制备

5.3.2 初粘性和持粘性测试

5.3.3 剥离强度测试

5.3.4 力学性能测试

5.3.5 水溶性能测试

5.3.6 土埋降解实验

5.3.7 堆肥降解实验

5.4 实验结果

5.4.1 胶带的初粘性和持粘性分析

5.4.2 胶带的剥离强度分析

5.4.3 胶带的力学性能分析

5.4.4 胶带的水溶性能分析

5.4.5 胶带的土埋降解实验分析

5.4.6 胶带的堆肥降解性能分析

5.5 本章小结

5.6 参考文献

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 论文的创新点

6.3 论文的不足之处与展望

致谢