探討發(fā)泡工藝技術(shù)在淀粉發(fā)泡中的應(yīng)用研究

滕琴

摘 要：本文對淀粉發(fā)泡過程中如何利用發(fā)泡工工藝技術(shù)進行了研究，分析了烘焙發(fā)泡、擠出發(fā)泡以及模壓發(fā)泡的實驗效果。同時，通過調(diào)整發(fā)泡溫度、延長發(fā)泡時間以及改變螺桿轉(zhuǎn)速等方式，分析了發(fā)泡倍率的變化情況。實驗表明，當在適當范圍內(nèi)進行調(diào)整溫度、時間及螺桿轉(zhuǎn)速時，能夠加劇淀粉的發(fā)泡情況。下面，本文對相關(guān)方面展開論述。

關(guān)鍵詞：淀粉發(fā)泡；擠出發(fā)泡；模壓發(fā)泡

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.194

0 前言

在制作緩沖材料的過程中，聚苯乙烯是常用的材料之一。但是由于聚苯乙烯的回收率低、價格高等因素的影響，使得大部分使用聚苯乙烯制作的包裝材料都被作為垃圾處理掉。同時，由于這種材質(zhì)的泡沫材料很難被分解，會對環(huán)境造成非常不利的影響，污染環(huán)境。近些年，隨著人們環(huán)保意識的不斷提升，對可降解泡沫材料的重視程度不斷提高。其中，淀粉基泡沫塑料就是具有這一性能的塑料之一，這種材料不僅能夠發(fā)生降解反應(yīng)，還會給植物提供生長的養(yǎng)分，且其具有價格低、來源多等方面的優(yōu)點?；诖?，本文對淀粉發(fā)泡中應(yīng)用的發(fā)泡工藝技術(shù)進行簡單的分析。

1 實驗

1.1 實驗材料及相關(guān)儀器設(shè)備

本實驗中使用的材料為：玉米淀粉、丙三醇、碳酸氫鈉以及蒸餾水。實驗中使用的儀器設(shè)備為：電熱真空干燥箱、單螺桿擠出機、熱壓機、電子天平、中草藥粉碎機以及掃描電鏡[1]。在實驗過程中測定線性尺寸的標準是根據(jù)GB/T6342-1996中的相關(guān)規(guī)定；測定發(fā)泡倍率的具體流程為：先測試發(fā)泡前試樣的體積密度，再測定發(fā)泡后式樣的體積密度，將兩個測定結(jié)果進行對比。

1.2 發(fā)泡工藝技術(shù)的應(yīng)用

1.2.1 烘焙發(fā)泡

在選用烘焙發(fā)泡工藝對淀粉進行發(fā)泡的過程中，主要是將淀粉、助劑、發(fā)泡劑的混合物進行充分攪拌，在將其放在烘焙箱中進行加熱處理，使其達到發(fā)泡的效果。同時，在發(fā)泡實驗進行的過程中，要使用真空干燥箱對混合物進行發(fā)泡處理，用發(fā)泡劑（碳酸氫鈉、水）與增塑劑（甘油）使其發(fā)泡并塑形[2]。之后，通過改變實驗溫度、延長發(fā)泡時間的方式，觀察淀粉的發(fā)泡情況，分析出對淀粉發(fā)泡最有效果的溫度計時間。

1.2.2 擠出發(fā)泡

在研究淀粉基泡沫塑料的實驗過程中，主要的實驗方式是擠出發(fā)泡，而不采用聚苯乙烯促進其發(fā)泡的方法。在實驗過程中，使用單螺桿擠出機，將混和物（淀粉、水、碳酸氫鈉及甘油）做發(fā)泡處理。在這一過程中，作為發(fā)泡劑的原料為碳酸氫鈉與水；而增塑的方式則是采用熔融擠出的方式。

1.2.3 模壓發(fā)泡

模壓發(fā)泡工藝主要是將淀粉原料放在固定的模具中，一般使用的模具為鋁制模具，在對其進行放氣或加壓處理，使淀粉發(fā)生膨脹現(xiàn)象填滿模具[3]。在使用壓膜機對模具進行模壓之前，應(yīng)先稱出淀粉混合料的用量多少，在將其放在模具中。需要注意的是，模具應(yīng)在原料放入前進行預(yù)熱處理，合模壓力應(yīng)控制在10MPa。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 烘焙發(fā)泡工藝對淀粉發(fā)泡的影響

分析烘焙發(fā)泡工藝對淀粉的影響過程中，應(yīng)主要考慮以下幾個方面的內(nèi)容：（1）溫度的影響。經(jīng)過試驗得知，溫度的不同會對發(fā)泡倍率產(chǎn)生不同的影響，當溫度逐漸身高時，發(fā)泡倍率也會逐漸升高，而當溫度達到100℃時，發(fā)泡倍率達到最大值2.35倍，而在持續(xù)升高，發(fā)泡倍率便會逐漸減小。造成這種現(xiàn)象的原因是，待發(fā)泡后期，發(fā)泡劑碳酸氫鈉被完全分解，變?yōu)樘妓徕c，使淀粉分子產(chǎn)生降解現(xiàn)象，從而降低了發(fā)泡倍率。（2）發(fā)泡時間的影響。時間也是影響發(fā)泡倍率的重要因素。隨著實驗時間的延長，淀粉的塑化效果逐漸增強。也就是說，延長時間能夠使發(fā)泡倍率逐漸提高，但黨發(fā)泡時間超出1h之后，發(fā)泡倍率便會逐漸降低。這是由于在淀粉發(fā)泡前期，碳酸氫鈉與水都可被用作發(fā)泡劑；而發(fā)泡后期，碳酸氫鈉發(fā)生分解，產(chǎn)生碳酸鈉，進而影響了發(fā)泡倍率的增加。

2.2 擠出發(fā)泡工藝對淀粉發(fā)泡的影響

擠出發(fā)泡工藝對淀粉發(fā)泡的影響主要有以下兩個方面：（1）基礎(chǔ)溫度對發(fā)泡產(chǎn)生的影響。實驗得知，擠出溫度的不同，會使發(fā)泡倍率也發(fā)生一定的變化，隨著基礎(chǔ)溫度的升高，發(fā)泡倍率也不斷提高；而當擠出溫度達到140℃時，發(fā)泡倍率達到最大值2.35上下，但再持續(xù)升高溫度，發(fā)泡倍率便會出現(xiàn)降低的情況。這是由于隨著溫度的升高，淀粉分子會出現(xiàn)斷裂的情況，從而發(fā)生講解現(xiàn)象，抑制發(fā)泡行為的產(chǎn)生。（2）螺桿轉(zhuǎn)速對淀粉發(fā)泡的影響。實驗證明，螺桿轉(zhuǎn)速增加時，發(fā)泡倍率也呈現(xiàn)出上升趨勢，但當螺桿轉(zhuǎn)速超過每分鐘35轉(zhuǎn)后，發(fā)泡倍率便會降低。

2.3 模壓發(fā)泡工藝對淀粉發(fā)泡的影響

在采用模壓發(fā)泡工藝的過程中，影響發(fā)泡倍率的因素主要有以下幾個方面：（1）模壓溫度。通過實驗得知，當模壓溫度為170℃時，發(fā)泡性能最佳。（2）模壓時間。實驗表明，當模壓時間增加時，發(fā)泡倍率也會逐漸升高，當模壓時間為7s時，打開模具沒有明顯氣體溢出的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

綜上所述，主要得出以下幾點結(jié)論：（1）在適當范圍內(nèi)，采用提升發(fā)泡的實驗溫度、延長發(fā)泡時間以及改變螺桿轉(zhuǎn)速及劑用量的方式，均能有效提高淀粉的發(fā)泡倍率。但是，當提升的溫度過高、或是發(fā)泡時間過長時，就會抑制淀粉的發(fā)泡倍率。鑒于此，經(jīng)過反復實驗得出以下觀點：發(fā)泡溫度最好控制在100℃左右；發(fā)泡時間最好控制在1h左右；其機頭的溫度最好應(yīng)控制在140℃左右；螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在每分鐘30轉(zhuǎn)左右。（2）實驗表明，通過烘焙發(fā)泡、擠出發(fā)泡以及模壓發(fā)泡的方式，都能夠有效提高發(fā)泡的倍率，使發(fā)泡性能達到最佳。

參考文獻：

[1]李靜，崔永巖，張學盈等.發(fā)泡工藝技術(shù)對淀粉發(fā)泡的影響[J].塑料，2015，44（03）：103-105-117.

[2]馬修鈺，王建清，王玉峰等.聚乳酸/淀粉發(fā)泡片材的制備及性能[J].工程塑料應(yīng)用，2016，44（09）：13-17.

[3]李孟山，吳維，陳炳生等.基于改進粒子群算法的徑向基人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)淀粉基發(fā)泡復合材料性能預(yù)測[J].復合材料學報，2017，34（12）：2882-2889.