水发泡淀粉挤出泡沫的结构与性能.pdf

《水发泡淀粉挤出泡沫的结构与性能.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第27卷第7期应用化学Vo1．27No．72010年7月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJuly2010水发泡淀粉挤出泡沫的结构与性能汪树生．c邓鹏飓。冉祥海。韩常玉。边俊甲。董丽松(中国科学院长春应用化学研究所长春130022；吉林农业大学长春；。中国科学院研究生院北京)摘要以水为发泡剂，普通玉米淀粉为原料，采用双螺杆挤出机制备淀粉泡沫材料，研究了发泡剂用量及聚乙烯醇的加入量对泡沫材料结构与性能的影响。用扫描电子显微镜观察了泡沫材料截面的形态，用万能材料试验机测试了泡沫材料的力学性能。结果表明，水的质量分

2、数为8％时淀粉泡沫径向膨胀率和发泡倍率最高，分别为22倍和17．6倍，压缩模量最高(4．07MPa)。加入质量分数10％的聚乙烯醇(PVA)使淀粉泡沫的孔径变大至1．29mm，壁厚增加至82．43m，同时压缩模量增加至9．70MPa。关键词水发泡，淀粉挤出泡沫，结构，性能中图分类号：O631．2文献标识码：A文章编号：1000-0518(2010)07-0759-05DOI：10．3724／SP．J．1095．2010．90705以淀粉为原料，利用降压发泡的原理生产可降解淀粉泡沫是当前的研究热点之一。用挤出发泡技术制备淀粉泡沫材料从上世纪

3、80年代末期起已有大量的工作报道，为了改善淀粉泡沫材料的力学性能和降低材料对湿度的敏感性，常在淀粉中加入高分子材料，并采用水、乙醇或化学发泡剂进行发泡。其中用水作为发泡剂就能很好的实现淀粉和高分子材料共混物的发泡，这给我们一个启示，能否以淀粉或其它吸水性材料作为水的载体，通过挤出发泡实现传统高分子泡沫材料的水发泡制备。本文以普通玉米原淀粉为主要原料，以水作为发泡剂，采用双螺杆挤出机生产淀粉泡沫，研究了发泡剂用量和物料组成对淀粉泡沫结构和性能的影响，为实现通用高分子塑料的水发泡制备进行初步的探索。1实验部分1．1试剂和仪器普通玉米淀粉，食品

4、级含水量10．2％；聚乙烯醇(PVA1799)；滑石粉，粒径12．8m。TE一35型啮合同向旋转双螺杆挤出机，直径(D)为35mm，螺杆长径比L／D为48，模口直径3mm，8温区加热，温度由喂料口至模头分别为50／70／90／110／125／145／165／165℃。螺杆转速150r／min，喂料速度16．7kg／h；XL30型环境扫描电子显微镜(ESEM，美国FEI公司)，样品横截面表面喷金，加速电压20kV；INSTRON1211型万能材料试验机(德国)，用双面刀片将圆柱形淀粉泡沫材料切成一定高度的样品，测量其直径和高度。压缩速率为5

5、ram／rain。通过压缩应力应变曲线的初始线性部分计算淀粉泡沫塑料的压缩模量，取5个样品测试的平均值。1．2共混挤出泡沫的制备及测定将淀粉与质量分数5％、6％、7％、8％、10％和12％的水及质量分数1％的滑石粉用高速搅拌机在3000r／min预混5min。采用双螺杆挤出机共混挤出制备淀粉泡沫。淀粉泡沫的径向膨胀率为淀粉泡沫样品的横截面积除以挤出机模头喷嘴的横截面积，取10个样品的平均值。淀粉泡沫的发泡倍率为泡沫材料基质的密度(p)除以淀粉泡沫材料的密度(P，)。泡沫材料密度由质量(m)和体积计算。其中体积采用改良的排液法测定：待挤出泡

6、沫材料浸没在色拉油中，排出的色拉油的质量(m。，g)除以色拉油的密度(P。，g／cm)即是泡沫材料的体积J。2009-10-28收稿，2010-01修回通讯联系人：董丽松，男，研究员，博士生导师；E-mail：dongls@ciac．jl_cn；研究方向：生物降解材料加工、凝聚态结构和性能控制760应用化学第27卷Pfmf×Po／m。(1)泡沫基质的密度用类似的方法测量。取l0个样品的平均值。1．3淀粉泡沫孔的参数计算采用Scionimage~软件取电子显微镜照片中100个泡孔直径的平均值。泡孔的个数和壁厚6分别由式(2)和(3)"计算。

7、N。。兰兰(2)，(ram)=d(~／1=一1)(3)一p／p式中，P为淀粉泡沫的密度(g／cm。)，Pp为淀~fg／PVA混合物的密度(g／cm。)，d为平均孔径(mm)。2结果与讨论2．1发泡剂用量对淀粉泡沫径向膨胀率与发泡倍率的影响以水作为发泡剂制备的淀粉挤出泡沫材料的径向膨胀率与发泡倍率如图1所示。从图1可以看出，淀粉挤出泡沫的径向膨胀率和发泡倍率均随发泡剂水用量的增加而增加，在8％时达到最大，分别为22倍和17．6倍，随后开始降低。由此可见，水在淀粉挤出共混过程中同时起到发泡剂和增塑剂的作用，W(H：O)>5％后，水的增塑能力加

8、强，但当(H0)>12％时，因增塑太强使熔体强度过低，挤出机机筒中过饱和度高的水汽，在淀粉熔体离开挤出机模口时体积急剧增加，造成熔体破裂，其中所含的水汽逸出，淀粉泡沫回缩，淀粉泡沫的径向膨胀率