食品塑料托盤(pán)流變性能的理論和實(shí)驗(yàn)研究陳金洲、李新發(fā)、艾國(guó)山、牛明軍、李文江(鄭州大學(xué)材料工程學(xué)院，鄭州45052，河南)我研究了研制的食品塑料托盤(pán)的流變性能，分析和討論了淀粉的種類(lèi)  增塑劑、其他添加劑和熔化溫度對(duì)食品塑料托盤(pán)流變性能的影響

基金項(xiàng)目:河南省科技研究項(xiàng)目，獲3項(xiàng)省級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)

淀粉作為一種生物高分子材料，具有資源豐富、物價(jià)低廉和可在生的優(yōu)點(diǎn)。  與聚丙烯、聚乙烯等傳統(tǒng)普通塑料相比，更符合現(xiàn)代環(huán)保的要求。  因此，淀粉降解塑料的研究受到了廣泛關(guān)注  淀粉塑料種類(lèi)繁多，其中食品塑料托盤(pán)可以完全生物降解，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?

食品塑料托盤(pán)以淀粉為主要原料，添加少量添加劑制成  國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量相關(guān)研究，并試用了幾種產(chǎn)品，分別是不同含水量玉米淀粉塑料熔體的剪切應(yīng)力和表觀粘度隨剪切速率的變化曲線。  從圖中可以看出，隨著剪切速率的增加，剪切應(yīng)力增加，表觀粘度降低。此外，隨著含水量的增加，熔體的表觀粘度和剪切應(yīng)力降低。  結(jié)果表明，水對(duì)淀粉塑料有明顯的塑化效果。  指出在加工過(guò)程中，水是59.5: 30: 10: 0.5。每條曲線的溫度為:不同潤(rùn)滑劑含量的玉米淀粉塑料的流變曲線  可以看出，潤(rùn)滑劑的加入降低了熔體的表觀粘度其流動(dòng)性。  這可能是由于潤(rùn)滑劑中長(zhǎng)鏈柔性亞甲基的增塑作用，從而降低了系統(tǒng)的粘性。  另外，添加潤(rùn)滑劑后，不僅降低了熔體流動(dòng)阻力，而且減輕了產(chǎn)品的顏色，脫模性能。  結(jié)果表明，所研究系統(tǒng)中使用的潤(rùn)滑劑還起到熱穩(wěn)定劑和脫模劑的作用。

2.5溫度影響可以看出，熱塑性玉米淀粉的流變性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于溫度變化  隨著溫度的升高，熔體的表觀粘度降低，這符合聚合物熔體流動(dòng)的體積原理，熔體易于流動(dòng)。  此外，在較低的溫度下(例如130℃和140℃)，表觀粘度的幅度隨著剪切速率(下一頁(yè)8)而減小，具有不同密度應(yīng)力-應(yīng)變曲線的應(yīng)變e/2 PS泡沫上升得更快。

用一種方法從緩沖材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線不難看出，不同密度和厚度的緩沖材料的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)?0~50的應(yīng)變范圍內(nèi)基本呈線性

4.5中美緩沖材料靜態(tài)壓縮特性對(duì)比(MIL 304)4 . 5 . 1聚氨酯泡沫與收縮應(yīng)力應(yīng)變曲線靜態(tài)壓縮特性對(duì)比見(jiàn)0。從圖中可以清楚地看出，美國(guó)生產(chǎn)的聚氨酯泡沫靜態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線與美國(guó)生產(chǎn)的聚氨酯泡沫非常相似(密度為0.035克cm3，應(yīng)力應(yīng)變曲線見(jiàn))。因此，美國(guó)生產(chǎn)的聚氨酯泡沫的靜態(tài)壓縮特性與美國(guó)生產(chǎn)的聚氨酯泡沫基本相同。

4.5.2將聚乙烯泡沫的靜態(tài)壓縮特性與圖1所示的收縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行比較，國(guó)產(chǎn)聚乙烯泡沫的密度為0.028克cm3，靜態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示。從兩條曲線的比較來(lái)看，當(dāng)應(yīng)變小于35時(shí)，美國(guó)曲線低于國(guó)內(nèi)曲線，當(dāng)應(yīng)變?cè)?5和55之間時(shí)，兩條曲線重合。當(dāng)應(yīng)變大于55時(shí)

與美國(guó)生產(chǎn)的聚苯乙烯泡沫的密度相比，泡沫的靜態(tài)壓縮特性為0.02480-3。兩種國(guó)產(chǎn)聚苯乙烯泡沫的應(yīng)力應(yīng)變曲線顯示了靜態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線。兩圖應(yīng)力應(yīng)變曲線的比較表明，當(dāng)應(yīng)變小于10時(shí)，曲線特征基本相同，當(dāng)應(yīng)變?cè)?0~60范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)力變化不大，曲線趨于平緩。在此應(yīng)變范圍內(nèi)，國(guó)產(chǎn)聚苯乙烯泡沫的應(yīng)力變化大于美國(guó)曲線。當(dāng)應(yīng)變大于60時(shí)，兩種聚苯乙烯泡沫的曲線特征接近相同。一般來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)聚苯乙烯泡沫的靜態(tài)壓縮特性與美國(guó)不同，但仍相對(duì)相似。

4通過(guò)比較國(guó)產(chǎn)緩沖材料與美國(guó)(MIL-HDBK-304)的靜態(tài)壓縮特性，可以看出國(guó)產(chǎn)緩沖材料的靜態(tài)壓縮特性與美國(guó)緩沖材料非常接近，但目前國(guó)產(chǎn)緩沖材料的穩(wěn)定性大于(以上第3頁(yè))  這可能是由于少量淀粉顆粒在低溫下仍未完全熔化，但隨著溫度的進(jìn)一步升高，在淀粉結(jié)晶完全熔化后，溫度的升高對(duì)表觀粘度幾乎沒(méi)有影響。  當(dāng)成型溫度在140 ~ 150℃之間時(shí)，成型產(chǎn)品的表面外觀和塑化效果好，這也剛剛證明。

3結(jié)論淀粉塑化體系熔體的流變行為隨淀粉類(lèi)型、增塑劑(水）、潤(rùn)滑劑含量和溫度等因素而變化。

當(dāng)剪切速率小于15(1)時(shí)，表觀粘度隨剪切速率的增加而降低；當(dāng)剪切速率大于1500秒時(shí)，表觀粘度幾乎不受剪切速率的影響。  由于淀粉本身存在大量親水基團(tuán)(羥基)，其產(chǎn)品的耐水性較差，尤其是在潮濕環(huán)境中，力學(xué)性能尤其下降，因此需要進(jìn)一步研究淀粉塑料的耐水性。