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淀粉泡沫材料研究进展及其在包装领域的应用(下)

3．1 材料组成的影响

通过改变材料的组分来改善泡壁材料的力学性能，进而改善泡沫材料的力学性能，是淀粉泡沫材料研究中的热点。采用的方法主要是在淀粉中加入高分子材料，特别是可降解的高分子材料，用来提高淀粉材料的柔韧性和降低材料对潮湿的敏感性。

Bhatnagar和HannaL1 在含25％(有质量分数。后同)为直链淀粉的玉米淀粉中，加入聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，淀粉与塑料的质豢比为70：30。用双螺杆挤出机得到的泡沫材料，其性能优于纯淀粉泡沫材料，而且与商品化的松散填充聚苯乙烯泡沫相当。

Fang和Hanna¨ u将聚乳酸、商品化的热塑性淀粉Mater— Bi@ZFO3U和Bio Copolyester~14766分别与普通玉米淀粉(含25％直链淀粉)和蜡质玉米淀粉(不含直链淀粉)按不同的质量比例(10％、25％、40％)共混，然后用双螺杆挤出机制成松散填充泡沫材料。1.实验室应具有3防条件：防震（阔别震源）、防潮（使用空调、干燥器）、防尘（地面铺上地板）；电源：220V+⑴0%,50HZ温度：0度⑷0度.结果发现，与普通淀粉相比，用蜡质淀粉得到的泡沫材料具有较大的径向膨胀和较低的密度，因而更加松软；而高含量的Mater—Bi@ZFO3U和Bio Copolyester~14766降低了径向膨胀并提高了泡沫材料的密度，此时淀粉品种对泡沫材料的机械性能没有影响。

Willett和Shogren[223报导了用各种淀粉(玉米、小麦、70％高直链和土豆淀粉)与几种可生物降解的高分子材料共混制备泡沫材料的工作。咖啡饮料他们的工作表明在淀粉中加入聚乳酸(PLA)、聚羟基酯醚(PHEE)或聚羟基丁酸一羟基戊酸(PH．BV)可以显薄膜摆锤冲击实验机主要是用于丈量塑料、薄膜、纸张、复合膜材、金属箔片等材料抗摆锤冲击性能的测定著地提高径向膨胀比并降低泡沫材料的密度。其它高分子材料，如聚乙内酯(PCL)、聚酯酰胺(PEA)和乙酸纤维素也可以降低泡沫材料的密度，但是，效果要差一些。力学性能测试的结果表明，这些泡沫材料的压缩强度主要取决于泡沫的密度，而不是淀粉的品种和添加的高分子材料。Shogren等人 用烘焙方法制备了淀粉／聚乙烯醇泡沫托盘。结果显示，加入10％ 一30％的聚乙烯醇，可以显著地改善淀粉泡沫材料的强度、柔韧性和抗水性，其力学性能在相当宽的湿度范围内，满足作为保证容器使用的要求。

3．2 工艺参数的影响

根据前述的淀粉材料发泡原理不难看出。在物料成分不变的前提下，影响材料发泡的工艺参数是温度和压力。调节温度和压力就是要将物料的粘弹性控制在某一范围内，以便得到所需的泡体结构，同时使物料中的水蒸气具有足够大的驱动力促使气泡膨胀。尽管有许多学者研究了工艺参数对淀粉材料发泡行为的影响，但工作多数只集中在试验方面上，并没有从理论的高度进行归纳和总结。由于所用的物料成分、加工设备的工况条件(如挤出机类型和螺村组合等)都不尽相同，所以结果的可比性不强。一些基础性数据，特别是物料粘弹性方面的数据，仍然显得缺乏。

需要说明的是，在淀粉泡沫的加工过程中，物料的含水量往往作为一个工艺参数来考察，尽管严格说来这属于材料组成的范畴。水含量不但可以改变物料的塑化程度和粘弹性状态，而且可以改变作为发泡剂的蒸汽量。实验发现，只有当小麦、玉米和土豆淀粉在的水含量分别为17％、17％和14％时，由加压／卸压发泡工艺在3．5MPa压力下制备的泡沫材料的某些物理性能和机械性能才与商品化的食品容器相当-】 。

Cha等人 用单螺村挤出机在100r／min的条件下考察了挤出温度(100～160％)对小麦淀粉和玉米淀粉与合成高分子的共混物发泡行为的影响。结果发现淀粉泡沫的密度随着挤出温度的升高而降低，在140℃时泡沫的膨胀达到最大，这个结果与Chinnaswamy和Hannaz对纯玉米淀粉挤出发泡的结果是一致的 。Chinnaswamy和Hannaz认为当挤出温度高于140℃时，淀粉分子链可能发生断裂降解，从而导致热塑性淀粉的熔体弹性强度降低，致使其发泡行为变差。

此外，不同的加工方法，得到的淀粉泡沫材料的密度是不同的。一般说来，采用挤出发泡技术制得的淀粉泡沫，密度在0．0167—0．0694 g／cm3之间 ，而用烘焙方法制备的淀粉泡沫，其密度在0．082—0．4 g／cm3 之间 0l圳。

4 淀粉泡沫材料在包装领域的应用

用淀粉泡沫松散填充材料替代聚苯乙烯的相应产品作为缓冲包装材料，是采用可再生的生物降解材料取代基于石油资源的合成塑料制品最成功的范例之一。目前，国际市场上已经有多种品牌的该类产品出售，在欧洲具有相当高的市场占有率。在化学药品、玻璃器皿以及其它质轻易破损产品的包装中，这种淀粉泡沫填充材料被大量使用，而且上升势头迅猛。预计在未来几年内淀粉泡沫填充材料将彻底取代聚苯乙烯泡沫填充材料。

用烘焙方法生产的淀粉泡沫托盘也已经进入使用阶段。英化工管道国最大的食品连锁超市Sainsburyb采用德国Apack公司生产的这种托盘作为有机蔬菜和水果的包装。这是考虑到选择有机食品的消费者往往非常关心环保问题，采用可降解包装是他们所愿意看到的。为了增加托盘的防潮能力，Apack公司对托盘的上表面做了可降解涂层处理，其成本比市场上普遍采用的纸浆和塑料托盘大约贵了2倍。Sainsbur?~将高出的包装成本附加给了消费者，销售报告显示，消费者并不介意支出这笔包装费用。

随着发六氟化硫泡技术和工艺的不断发展和完善，板块状淀粉泡沫材料的生产将很快商品化并进入市场。这些板块状淀粉泡沫材料，不但可以替代电器和仪表的包装中使用的聚苯乙烯泡沫。而且在板式家具、建筑门窗和室内装饰材料的包装上也大有用武纤维板之地。由于淀粉泡沫是非常好的保温材料，用淀粉泡沫若实现运行效力提高2个百分点,安规测试仪器将在全国范围节电200亿度极性唆使灯板材和纸板制成的夹心复合板具有与聚苯乙烯泡沫相当的保温性能。用这种夹心复合板做成的保温包装盒和包装箱可以在生物试剂和某些化学试剂的邮寄、冷藏食品和新鲜农产品的运输中使用。

5 结语

可生物降解的淀粉泡沫材料具有广阔的应用前景。淀粉泡沫材料作为缓冲包装材料，在替代聚苯乙烯泡沫材料方面已经取得了相当大的成功。随着加工制造技术和工艺的不断发展和完善，将会有更多的淀粉泡沫材料品种问世，从而进一步扩大其应用范围。

虽然人们已经对通过调节发泡条件和物料组成来控制淀粉材料的发泡行为和泡沫材料的性能进行了大量的研究，但这些工作基本上只局限于试验方面。要加深对淀粉材料发泡行为的理解，还需进一步加强淀粉发泡的基础性研究，特别是对淀粉材料的粘弹性在发泡过程中的变化规律进行研究，并建立相应的理论模型。只有这样才能真正实现对淀粉材料发泡行为和泡沫材料性能的精确调控。同时，研制生产制造淀粉泡沫材料的新方法和新工艺，开发更多的淀粉泡沫材料品种(如板状、块状和状等)，也是这一领域需要解决的问题。

作者/周江 佟金吉林大学

信息来源：《 包装工程 》

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