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

        2018-05-26 09:54:10滕琴
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年9期

        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(jìn)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(dāng)在適當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)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。基于此,本文對淀粉發(fā)泡中應(yīng)用的發(fā)泡工藝技術(shù)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行充分?jǐn)嚢?,在將其放在烘焙箱中進(jìn)行加熱處理,使其達(dá)到發(fā)泡的效果。同時,在發(fā)泡實驗進(jìn)行的過程中,要使用真空干燥箱對混合物進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)溫度逐漸身高時,發(fā)泡倍率也會逐漸升高,而當(dāng)溫度達(dá)到100℃時,發(fā)泡倍率達(dá)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(jìn)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(dāng)擠出溫度達(dá)到140℃時,發(fā)泡倍率達(dá)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(dāng)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(dāng)模壓溫度為170℃時,發(fā)泡性能最佳。(2)模壓時間。實驗表明,當(dāng)模壓時間增加時,發(fā)泡倍率也會逐漸升高,當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(fù)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(dá)到最佳。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李靜,崔永巖,張學(xué)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(jìn)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(fù)合材料性能預(yù)測[J].復(fù)合材料學(xué)報,2017,34(12):2882-2889.

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