探討發泡工藝技術在淀粉發泡中的應用研究

滕琴

摘 要：本文對淀粉發泡過程中如何利用發泡工工藝技術進行了研究，分析了烘焙發泡、擠出發泡以及模壓發泡的實驗效果。同時，通過調整發泡溫度、延長發泡時間以及改變螺桿轉速等方式，分析了發泡倍率的變化情況。實驗表明，當在適當范圍內進行調整溫度、時間及螺桿轉速時，能夠加劇淀粉的發泡情況。下面，本文對相關方面展開論述。

關鍵詞：淀粉發泡；擠出發泡；模壓發泡

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，由于這種材質的泡沫材料很難被分解，會對環境造成非常不利的影響，污染環境。近些年，隨著人們環保意識的不斷提升，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生降解反應，還會給植物提供生長的養分，且其具有價格低、來源多等方面的優點。基于此，本文對淀粉發泡中應用的發泡工藝技術進行簡單的分析。

1 實驗

1.1 實驗材料及相關儀器設備

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準是根據GB/T6342-1996中的相關規定；測定發泡倍率的具體流程為：先測試發泡前試樣的體積密度，再測定發泡后式樣的體積密度，將兩個測定結果進行對比。

1.2 發泡工藝技術的應用

1.2.1 烘焙發泡

在選用烘焙發泡工藝對淀粉進行發泡的過程中，主要是將淀粉、助劑、發泡劑的混合物進行充分攪拌，在將其放在烘焙箱中進行加熱處理，使其達到發泡的效果。同時，在發泡實驗進行的過程中，要使用真空干燥箱對混合物進行發泡處理，用發泡劑（碳酸氫鈉、水）與增塑劑（甘油）使其發泡并塑形[2]。之后，通過改變實驗溫度、延長發泡時間的方式，觀察淀粉的發泡情況，分析出對淀粉發泡最有效果的溫度計時間。

1.2.2 擠出發泡

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泡，而不采用聚苯乙烯促進其發泡的方法。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）做發泡處理。在這一過程中，作為發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 模壓發泡

模壓發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，在對其進行放氣或加壓處理，使淀粉發生膨脹現象填滿模具[3]。在使用壓膜機對模具進行模壓之前，應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，模具應在原料放入前進行預熱處理，合模壓力應控制在10MPa。

2 實驗結果與討論

2.1 烘焙發泡工藝對淀粉發泡的影響

分析烘焙發泡工藝對淀粉的影響過程中，應主要考慮以下幾個方面的內容：（1）溫度的影響。經過試驗得知，溫度的不同會對發泡倍率產生不同的影響，當溫度逐漸身高時，發泡倍率也會逐漸升高，而當溫度達到100℃時，發泡倍率達到最大值2.35倍，而在持續升高，發泡倍率便會逐漸減小。造成這種現象的原因是，待發泡后期，發泡劑碳酸氫鈉被完全分解，變為碳酸鈉，使淀粉分子產生降解現象，從而降低了發泡倍率。（2）發泡時間的影響。時間也是影響發泡倍率的重要因素。隨著實驗時間的延長，淀粉的塑化效果逐漸增強。也就是說，延長時間能夠使發泡倍率逐漸提高，但黨發泡時間超出1h之后，發泡倍率便會逐漸降低。這是由于在淀粉發泡前期，碳酸氫鈉與水都可被用作發泡劑；而發泡后期，碳酸氫鈉發生分解，產生碳酸鈉，進而影響了發泡倍率的增加。

2.2 擠出發泡工藝對淀粉發泡的影響

擠出發泡工藝對淀粉發泡的影響主要有以下兩個方面：（1）基礎溫度對發泡產生的影響。實驗得知，擠出溫度的不同，會使發泡倍率也發生一定的變化，隨著基礎溫度的升高，發泡倍率也不斷提高；而當擠出溫度達到140℃時，發泡倍率達到最大值2.35上下，但再持續升高溫度，發泡倍率便會出現降低的情況。這是由于隨著溫度的升高，淀粉分子會出現斷裂的情況，從而發生講解現象，抑制發泡行為的產生。（2）螺桿轉速對淀粉發泡的影響。實驗證明，螺桿轉速增加時，發泡倍率也呈現出上升趨勢，但當螺桿轉速超過每分鐘35轉后，發泡倍率便會降低。

2.3 模壓發泡工藝對淀粉發泡的影響

在采用模壓發泡工藝的過程中，影響發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，當模壓溫度為170℃時，發泡性能最佳。（2）模壓時間。實驗表明，當模壓時間增加時，發泡倍率也會逐漸升高，當模壓時間為7s時，打開模具沒有明顯氣體溢出的現象。

3 結論

綜上所述，主要得出以下幾點結論：（1）在適當范圍內，采用提升發泡的實驗溫度、延長發泡時間以及改變螺桿轉速及劑用量的方式，均能有效提高淀粉的發泡倍率。但是，當提升的溫度過高、或是發泡時間過長時，就會抑制淀粉的發泡倍率。鑒于此，經過反復實驗得出以下觀點：發泡溫度最好控制在100℃左右；發泡時間最好控制在1h左右；其機頭的溫度最好應控制在140℃左右；螺桿轉速應控制在每分鐘30轉左右。（2）實驗表明，通過烘焙發泡、擠出發泡以及模壓發泡的方式，都能夠有效提高發泡的倍率，使發泡性能達到最佳。

參考文獻：

[1]李靜，崔永巖，張學盈等.發泡工藝技術對淀粉發泡的影響[J].塑料，2015，44（03）：103-105-117.

[2]馬修鈺，王建清，王玉峰等.聚乳酸/淀粉發泡片材的制備及性能[J].工程塑料應用，2016，44（09）：13-17.

[3]李孟山，吳維，陳炳生等.基于改進粒子群算法的徑向基人工神經網絡淀粉基發泡復合材料性能預測[J].復合材料學報，2017，34（12）：2882-2889.