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1、第27卷第7期應(yīng)用化學(xué)Vo1．27No．72010年7月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJuly2010水發(fā)泡淀粉擠出泡沫的結(jié)構(gòu)與性能汪樹生．c鄧鵬颶。冉祥海。韓常玉。邊俊甲。董麗松(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所長(zhǎng)春130022；吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)長(zhǎng)春；。中國(guó)科學(xué)院研究生院北京)摘要以水為發(fā)泡劑，普通玉米淀粉為原料，采用雙螺桿擠出機(jī)制備淀粉泡沫材料，研究了發(fā)泡劑用量及聚乙烯醇的加入量對(duì)泡沫材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。用掃描電子顯微鏡觀察了泡沫材料截面的形態(tài)，用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了泡沫材料的力學(xué)性能。結(jié)果表明，水的質(zhì)量分
2、數(shù)為8％時(shí)淀粉泡沫徑向膨脹率和發(fā)泡倍率最高，分別為22倍和17．6倍，壓縮模量最高(4．07MPa)。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的聚乙烯醇(PVA)使淀粉泡沫的孔徑變大至1．29mm，壁厚增加至82．43m，同時(shí)壓縮模量增加至9．70MPa。關(guān)鍵詞水發(fā)泡，淀粉擠出泡沫，結(jié)構(gòu)，性能中圖分類號(hào)：O631．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0518(2010)07-0759-05DOI：10．3724／SP．J．1095．2010．90705以淀粉為原料，利用降壓發(fā)泡的原理生產(chǎn)可降解淀粉泡沫是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。用擠出發(fā)泡技術(shù)制備淀粉泡沫材料從上世紀(jì)
3、80年代末期起已有大量的工作報(bào)道，為了改善淀粉泡沫材料的力學(xué)性能和降低材料對(duì)濕度的敏感性，常在淀粉中加入高分子材料，并采用水、乙醇或化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡。其中用水作為發(fā)泡劑就能很好的實(shí)現(xiàn)淀粉和高分子材料共混物的發(fā)泡，這給我們一個(gè)啟示，能否以淀粉或其它吸水性材料作為水的載體，通過(guò)擠出發(fā)泡實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)高分子泡沫材料的水發(fā)泡制備。本文以普通玉米原淀粉為主要原料，以水作為發(fā)泡劑，采用雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)淀粉泡沫，研究了發(fā)泡劑用量和物料組成對(duì)淀粉泡沫結(jié)構(gòu)和性能的影響，為實(shí)現(xiàn)通用高分子塑料的水發(fā)泡制備進(jìn)行初步的探索。1實(shí)驗(yàn)部分1．1試劑和儀器普通玉米淀粉，食品
4、級(jí)含水量10．2％；聚乙烯醇(PVA1799)；滑石粉，粒徑12．8m。TE一35型嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，直徑(D)為35mm，螺桿長(zhǎng)徑比L／D為48，?？谥睆?mm，8溫區(qū)加熱，溫度由喂料口至模頭分別為50／70／90／110／125／145／165／165℃。螺桿轉(zhuǎn)速150r／min，喂料速度16．7kg／h；XL30型環(huán)境掃描電子顯微鏡(ESEM，美國(guó)FEI公司)，樣品橫截面表面噴金，加速電壓20kV；INSTRON1211型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(德國(guó))，用雙面刀片將圓柱形淀粉泡沫材料切成一定高度的樣品，測(cè)量其直徑和高度。壓縮速率為5
5、ram／rain。通過(guò)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線的初始線性部分計(jì)算淀粉泡沫塑料的壓縮模量，取5個(gè)樣品測(cè)試的平均值。1．2共混擠出泡沫的制備及測(cè)定將淀粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％、6％、7％、8％、10％和12％的水及質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％的滑石粉用高速攪拌機(jī)在3000r／min預(yù)混5min。采用雙螺桿擠出機(jī)共混擠出制備淀粉泡沫。淀粉泡沫的徑向膨脹率為淀粉泡沫樣品的橫截面積除以擠出機(jī)模頭噴嘴的橫截面積，取10個(gè)樣品的平均值。淀粉泡沫的發(fā)泡倍率為泡沫材料基質(zhì)的密度(p)除以淀粉泡沫材料的密度(P，)。泡沫材料密度由質(zhì)量(m)和體積計(jì)算。其中體積采用改良的排液法測(cè)定：待擠出泡
6、沫材料浸沒(méi)在色拉油中，排出的色拉油的質(zhì)量(m。，g)除以色拉油的密度(P。，g／cm)即是泡沫材料的體積J。2009-10-28收稿，2010-01修回通訊聯(lián)系人：董麗松，男，研究員，博士生導(dǎo)師；E-mail：dongls@ciac．jl_cn；研究方向：生物降解材料加工、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和性能控制760應(yīng)用化學(xué)第27卷Pfmf×Po／m。(1)泡沫基質(zhì)的密度用類似的方法測(cè)量。取l0個(gè)樣品的平均值。1．3淀粉泡沫孔的參數(shù)計(jì)算采用Scionimage~軟件取電子顯微鏡照片中100個(gè)泡孔直徑的平均值。泡孔的個(gè)數(shù)和壁厚6分別由式(2)和(3)"計(jì)算。
7、N。。蘭蘭(2)，(ram)=d(~／1=一1)(3)一p／p式中，P為淀粉泡沫的密度(g／cm。)，Pp為淀~fg／PVA混合物的密度(g／cm。)，d為平均孔徑(mm)。2結(jié)果與討論2．1發(fā)泡劑用量對(duì)淀粉泡沫徑向膨脹率與發(fā)泡倍率的影響以水作為發(fā)泡劑制備的淀粉擠出泡沫材料的徑向膨脹率與發(fā)泡倍率如圖1所示。從圖1可以看出，淀粉擠出泡沫的徑向膨脹率和發(fā)泡倍率均隨發(fā)泡劑水用量的增加而增加，在8％時(shí)達(dá)到最大，分別為22倍和17．6倍，隨后開(kāi)始降低。由此可見(jiàn)，水在淀粉擠出共混過(guò)程中同時(shí)起到發(fā)泡劑和增塑劑的作用，W(H：O)>5％后，水的增塑能力加
8、強(qiáng)，但當(dāng)(H0)>12％時(shí)，因增塑太強(qiáng)使熔體強(qiáng)度過(guò)低，擠出機(jī)機(jī)筒中過(guò)飽和度高的水汽，在淀粉熔體離開(kāi)擠出機(jī)?？跁r(shí)體積急劇增加，造成熔體破裂，其中所含的水汽逸出，淀粉泡沫回縮，淀粉泡沫的徑向膨脹率
