魔芋飞粉干燥剂的制备及性能研究

耿胜荣+白婵+吴平+何臻+范春相+邱建辉+王俊+廖涛

摘要：以干燥剂最大吸湿量为标准，优化魔芋飞粉、丙烯酸、水反应物、氢氧化钠的比例，并研究最佳配比制备的干燥剂与5种常用吸湿剂的复合效果，研究魔芋飞粉辐照接枝改性干燥剂的制备条件、干燥剂的吸湿性能及结构。结果表明，氢氧化钠与丙烯酸的最佳中和比例为120%，即32.10%NaOH体积30 mL。吸湿时间192 h内，在29%和97%相对湿度环境下、再生前干燥剂吸湿量分别达0.132、1.188 g/g，再生后的吸濕量分别为0.095 73、0.990 8 g/g。在29%和97%相对湿度环境下，平均吸湿速度分别为0.000 687 5、0.006 186 g/（g·h），在168 h后达到最大吸湿量。该干燥剂性能效果优于5种常用吸湿剂，与5种常用吸湿剂复合后均没有增加吸湿能力。经扫描电镜观察发现，冻干干燥剂呈现网孔的微观结构，复合后网孔拉长变扁。用魔芋飞粉制备的干燥剂具有良好的吸湿性能和再生能力。

关键词：魔芋飞粉；干燥剂；辐照改性；性能

中图分类号：S632.9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）23-4568-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.23.038

Abstract： The preparation conditions and the desicant properties and structure of konjac fly ash were studied. The ratio of konjac fly ash，acrylic acid，water reactant and sodium hydroxide was optimized，and the composite effect of the best preparation of desiccant and five kinds of commonly used moisture absorbent was studied. The results showed that the best neutralization ratio of sodium hydroxide and acrylic acid is 120%. Under the relative humidity of 29% and 97%，the moisture absorption capacity of the desiccant was 0.132 g/g and 1.188 g/g. The regeneration absorption capacity was 0.095 73 g/g and 0.990 8 g/g. The absorption rates were 0.000 687 5 g/g·h and 0.006 186 g/g·h. The maximum moisture absorption reached after 168 h. The desicant performance is better than five commonly moisture absorbent，combined with which one the absorb ability is not released. Scanning electron microscopy showed that the desiccant showed mesh micro-structure and the mesh was elongated and flattened after regeneration. The desiccant prepared with konjac flour has good hygroscopicity and regeneration ability.

Key words： konjac fly powder； desiccant； graft modification； properties

干燥剂通过物理或化学方式将外界环境中的水气吸入并锁住，达到干燥防潮的目的。常用干燥剂主要有蒙脱石、活矿、硅胶、分子筛、氯化钙等。这些干燥剂在各自应用领域发挥重要作用，但也存在一定局限性[1-3]。分子筛、硅胶、蒙脱石、凹凸棒吸湿能力强、价格昂贵。另外，氯化钙在吸湿后会潮解严重，有强腐蚀作用，存在安全隐患[4]。目前，各行业对未来干燥剂的期望是高效、可降解和外形多样化，显然现有干燥剂难以满足。

魔芋飞粉是加工魔芋精粉时的副产物，主要来源于魔芋的表皮部分[5]。魔芋飞粉因含有异味而多被舍弃或用于制备猪饲料。但是其中的淀粉和葡甘聚糖的含量总和高达23%，这二者都具有活泼多羟基结构，是用于改性的常用大分子[6]。而且，魔芋飞粉原料来自天然可再生资源，再生周期短，无毒无害可自然降解。通过控制接枝改性分子间和分子内的交联和均聚度，有望达到90%左右的自然可降解率。因此，以魔芋飞粉为主要原料制备干燥剂符合未来干燥剂的发展方向。

本研究在魔芋精粉制备吸水材料的基础上，调节丙烯酸与氢氧化钠的中和比例制备干燥剂，并研究粒径大小、环境湿度、再生工艺以及与其他吸湿剂复合工艺对本干燥剂的性能和结构的影响，为魔芋飞粉制备干燥剂提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

魔芋飞粉，湖北一致魔芋生物科技股份有限公司提供；氢氧化钠、丙烯酸、凹凸棒、分子筛、氯化钙、硅胶的纯度为AR级，购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器设备

扫描电镜，荷兰FEI公司；冷冻干燥机，上海东玺制冷仪器设备有限公司；粉碎机，浙江省永康市昌发工具厂；电子天平，梅特勒公司；烘箱，重庆四达实验设备有限公司。

1.3 干燥剂制备

将飞粉、水、丙烯酸和氢氧化钠混合，灌装、封口、辐照，干燥至恒重。用粉碎机将干燥恒重的胶块粉碎，用20～80目筛子筛分，取20～60目颗粒的干燥剂灌装在自封口袋中，放入干燥器里，待测定。

1.4 恒湿环境控制

29%和97%恒湿环境的控制：取120 g CaCl2，加入150 g水混合，制备成29%相对湿度过饱和水溶液。取20 g K2SO4，加入150 g水混合，制备成97%相对湿度过饱和水溶液，分别存放在直径为8.5 cm的培养皿里。取直径为27 cm的玻璃干燥器2个，将上述2种过饱和溶液放入2个干燥器的底部，盖上盖子，密封，常温下平衡2 h后，干燥器内部分别达到29%和97%的恒定湿度环境。

1.5 试验设计

1.5.1 中和度的优化 配制32.10%的氢氧化钠水溶液，按照中和度20%～140%制备样品，检测对应的干燥剂在192 h的吸湿量，优选最合适的中和度比例。

1.5.2 粒度的优化 采用最优中和度进行样品的制备，将样品粉碎至20、40、60目，检测0～192 h时间内干燥剂的吸湿量（g/g），并绘制时间-吸湿量曲线，分析不同粒度样品的吸湿速度变化趋势，优化不同湿度环境干燥剂最适合的粒度。

1.5.3 再生试验 取最优中和度制备的样品，粉碎成20～60目，精确称取5.0 g，分别在29%和97%环境下吸湿平衡后，再在100 ℃烘箱中干燥至恒重，再分别在29%和97%环境下吸湿平衡。检测二次平衡过程中吸湿量，并绘制时间-吸湿量曲线，比较再生后吸湿性能的变化。

1.5.4 与其他吸湿剂的复合试验 以上比例理论上每3 g飞粉可制备30 g干燥剂。采用最优配方，按照10%的添加比例，在反应物混合阶段分别加入3.3 g氯化钙、蒙脱石、凹凸棒、分子筛、羧甲基纤维素钠，以未添加为对照，分析复合配方对干燥剂吸湿性能的影响。

1.5.5 干燥剂的结构分析 按照最优中和度、最优复合方式制备样品，但采用冻干方式进行干燥。冻干后2个样品在97%恒湿下吸湿饱和后，再采用冻干方式干燥。取再生前后共4个样品，采用真空喷金、电镜扫描观察形貌结构，放大倍数为500和1 000倍。

1.6 吸湿量和吸湿速度测定

用精确度0.000 1 g的电子天平，称量培养皿的质量m1和干燥剂与培养皿的总重m2，将装有干燥剂的培养皿迅速放入已经平衡湿度的小型玻璃干燥器内（平衡湿度的方法见“1.4”），盖好干燥器盖子，计时。固定时刻取出培养皿，称量重量m3，某時刻吸湿量（g/g）=（m3-m2）/（m2-m1）。吸湿速度（g/（g·h））=（m3-m2）/（m2-m1）×t，t为吸湿时间。

1.7 数据分析

数据采用Excel软件进行平均值和标准误的计算，曲线采用ORIGIN软件作图。

2 结果与分析

2.1 中和度对干燥剂的最大吸湿量和吸湿速度的影响

20%～140%中和度的干燥剂样品在低湿度29%恒湿环境下吸湿192 h的吸湿量如图1a所示。当中和度为20%时，干燥剂吸湿量随着时间的延长呈下降趋势，说明此干燥剂不吸湿，甚至有倒吸现象。中和度在40%～80%，干燥剂吸湿量随着时间的延长逐渐增加，最大吸湿量在0.03～0.06 g/g。当中和度在100%～140%，吸湿量随着时间的延长快速增加，192 h吸湿量在0.09～0.12 g/g。由此可见，制备低湿度环境应用的干燥剂其中和度应高于100%。

20%～140%中和度的干燥剂样品在高湿度97%恒湿环境下吸湿192 h的吸湿量如图1b所示。中和度在20%～80%，干燥剂吸湿量随着时间的延长逐渐增加，最大吸湿量在0.15～0.6 g/g。当中和度在100%～140%，吸湿量随着时间的延长快速增加，192 h吸湿量在0.8～1.2 g/g，且随着中和度的增大干燥剂吸湿量也变大。由此可见，高湿度环境应用的干燥剂，其中和度仍应高于100%，并且在高湿度环境下没有倒吸现象。

2.2 不同目数对干燥剂吸湿速度的影响

20～60目的120%中和度的干燥剂样品在低湿度29%恒湿环境下192 h吸湿时间内吸湿速度如图2a所示。当目数为20目时，干燥剂吸湿量随着时间的延长逐渐增加，在超过180 h后，吸湿量略有减少最终稳定在0.04～0.05 g/g。当目数为40～60目时，干燥剂吸湿量随着时间的延长逐渐增加，在超过180 h之后，吸湿量略有减少最终稳定在0.05～0.06 g/g。其中60目干燥剂较40目干燥剂吸湿量更高。由此可见，低湿度环境应用的干燥剂，其目数应高于40目，且越高越好。

20～60目的120%中和度的干燥剂样品在高湿度97%恒湿环境下吸湿192 h的吸湿量如图2b所示。在该湿度下，干燥剂因目数的差异对吸湿量影响并不明显，吸湿量均随着时间的延长快速增长，192 h吸湿量在0.9～1.1 g/g。而60目干燥剂略好，由此可见，在高湿度环境应用的干燥剂，其目数在20～60目均可。

2.3 再生对干燥剂的最大吸湿量和吸湿速度的影响

试验中干燥剂在达到恒重或吸湿量有所降低之后，将干燥剂送入鼓风烘箱内进行高温再生。20%～140%中和度的再生干燥剂样品在低湿度29%恒湿环境下吸湿192 h的吸湿量如图3a所示。当中和度为20%时，干燥剂吸湿量随着时间的延长呈下降趋势，说明此干燥剂不吸湿，甚至有倒吸现象。中和度在40%～80%，再生干燥剂吸湿量随着时间的延长逐渐增加，最大吸湿量在0.015～0.035 g/g。当中和度为100%与140%，吸湿量随着时间的延长增加，192 h吸湿量在0.045～0.07 g/g。当中和度为120%，吸湿量随着时间的延长快速增加，192 h吸湿量在0.09～0.10 g/g。由此可见，再生后干燥剂的吸湿规律没变化，吸湿能力为原始的80%以上。