探讨发泡工艺技术在淀粉发泡中的应用研究

滕琴

摘 要：本文对淀粉发泡过程中如何利用发泡工工艺技术进行了研究，分析了烘焙发泡、挤出发泡以及模压发泡的实验效果。同时，通过调整发泡温度、延长发泡时间以及改变螺杆转速等方式，分析了发泡倍率的变化情况。实验表明，当在适当范围内进行调整温度、时间及螺杆转速时，能够加剧淀粉的发泡情况。下面，本文对相关方面展开论述。

关键词：淀粉发泡；挤出发泡；模压发泡

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

0 前言

在制作缓冲材料的过程中，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、价格高等因素的影响，使得大部分使用聚苯乙烯制作的包装材料都被作为垃圾处理掉。同时，由于这种材质的泡沫材料很难被分解，会对环境造成非常不利的影响，污染环境。近些年，随着人们环保意识的不断提升，对可降解泡沫材料的重视程度不断提高。其中，淀粉基泡沫塑料就是具有这一性能的塑料之一，这种材料不仅能够发生降解反应，还会给植物提供生长的养分，且其具有价格低、来源多等方面的优点。基于此，本文对淀粉发泡中应用的发泡工艺技术进行简单的分析。

1 实验

1.1 实验材料及相关仪器设备

本实验中使用的材料为：玉米淀粉、丙三醇、碳酸氢钠以及蒸馏水。实验中使用的仪器设备为：电热真空干燥箱、单螺杆挤出机、热压机、电子天平、中草药粉碎机以及扫描电镜[1]。在实验过程中测定线性尺寸的标准是根据GB/T6342-1996中的相关规定；测定发泡倍率的具体流程为：先测试发泡前试样的体积密度，再测定发泡后式样的体积密度，将两个测定结果进行对比。

1.2 发泡工艺技术的应用

1.2.1 烘焙发泡

在选用烘焙发泡工艺对淀粉进行发泡的过程中，主要是将淀粉、助剂、发泡剂的混合物进行充分搅拌，在将其放在烘焙箱中进行加热处理，使其达到发泡的效果。同时，在发泡实验进行的过程中，要使用真空干燥箱对混合物进行发泡处理，用发泡剂（碳酸氢钠、水）与增塑剂（甘油）使其发泡并塑形[2]。之后，通过改变实验温度、延长发泡时间的方式，观察淀粉的发泡情况，分析出对淀粉发泡最有效果的温度计时间。

1.2.2 挤出发泡

在研究淀粉基泡沫塑料的实验过程中，主要的实验方式是挤出发泡，而不采用聚苯乙烯促进其发泡的方法。在实验过程中，使用单螺杆挤出机，将混和物（淀粉、水、碳酸氢钠及甘油）做发泡处理。在这一过程中，作为发泡剂的原料为碳酸氢钠与水；而增塑的方式则是采用熔融挤出的方式。

1.2.3 模压发泡

模压发泡工艺主要是将淀粉原料放在固定的模具中，一般使用的模具为铝制模具，在对其进行放气或加压处理，使淀粉发生膨胀现象填满模具[3]。在使用压膜机对模具进行模压之前，应先称出淀粉混合料的用量多少，在将其放在模具中。需要注意的是，模具应在原料放入前进行预热处理，合模压力应控制在10MPa。

2 实验结果与讨论

2.1 烘焙发泡工艺对淀粉发泡的影响

分析烘焙发泡工艺对淀粉的影响过程中，应主要考虑以下几个方面的内容：（1）温度的影响。经过试验得知，温度的不同会对发泡倍率产生不同的影响，当温度逐渐身高时，发泡倍率也会逐渐升高，而当温度达到100℃时，发泡倍率达到最大值2.35倍，而在持续升高，发泡倍率便会逐渐减小。造成这种现象的原因是，待发泡后期，发泡剂碳酸氢钠被完全分解，变为碳酸钠，使淀粉分子产生降解现象，从而降低了发泡倍率。（2）发泡时间的影响。时间也是影响发泡倍率的重要因素。随着实验时间的延长，淀粉的塑化效果逐渐增强。也就是说，延长时间能够使发泡倍率逐渐提高，但党发泡时间超出1h之后，发泡倍率便会逐渐降低。这是由于在淀粉发泡前期，碳酸氢钠与水都可被用作发泡剂；而发泡后期，碳酸氢钠发生分解，产生碳酸钠，进而影响了发泡倍率的增加。

2.2 挤出发泡工艺对淀粉发泡的影响

挤出发泡工艺对淀粉发泡的影响主要有以下两个方面：（1）基础温度对发泡产生的影响。实验得知，挤出温度的不同，会使发泡倍率也发生一定的变化，随着基础温度的升高，发泡倍率也不断提高；而当挤出温度达到140℃时，发泡倍率达到最大值2.35上下，但再持续升高温度，发泡倍率便会出现降低的情况。这是由于随着温度的升高，淀粉分子会出现断裂的情况，从而发生讲解现象，抑制发泡行为的产生。（2）螺杆转速对淀粉发泡的影响。实驗证明，螺杆转速增加时，发泡倍率也呈现出上升趋势，但当螺杆转速超过每分钟35转后，发泡倍率便会降低。

2.3 模压发泡工艺对淀粉发泡的影响

在采用模压发泡工艺的过程中，影响发泡倍率的因素主要有以下几个方面：（1）模压温度。通过实验得知，当模压温度为170℃时，发泡性能最佳。（2）模压时间。实验表明，当模压时间增加时，发泡倍率也会逐渐升高，当模压时间为7s时，打开模具没有明显气体溢出的现象。

3 结论

综上所述，主要得出以下几点结论：（1）在适当范围内，采用提升发泡的实验温度、延长发泡时间以及改变螺杆转速及剂用量的方式，均能有效提高淀粉的发泡倍率。但是，当提升的温度过高、或是发泡时间过长时，就会抑制淀粉的发泡倍率。鉴于此，经过反复实验得出以下观点：发泡温度最好控制在100℃左右；发泡时间最好控制在1h左右；其机头的温度最好应控制在140℃左右；螺杆转速应控制在每分钟30转左右。（2）实验表明，通过烘焙发泡、挤出发泡以及模压发泡的方式，都能够有效提高发泡的倍率，使发泡性能达到最佳。

参考文献：

[1]李静，崔永岩，张学盈等.发泡工艺技术对淀粉发泡的影响[J].塑料，2015，44（03）：103-105-117.

[2]马修钰，王建清，王玉峰等.聚乳酸/淀粉发泡片材的制备及性能[J].工程塑料应用，2016，44（09）：13-17.

[3]李孟山，吴维，陈炳生等.基于改进粒子群算法的径向基人工神经网络淀粉基发泡复合材料性能预测[J].复合材料学报，2017，34（12）：2882-2889.