Page 16 - 《精细化工》2022年第8期
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·1516·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

            支撑作用，从而提高淀粉基发泡材料的力学性能。                             率和更多小泡孔的生长，因此，不同填料增强泡沫
            由于多孔发泡材料的宏观力学性能与其内部泡孔结                             的泡孔结构参数也有一定区别。KALLU 等                  [59] 也发
            构有很大关系，研究纤维用量、纤维种类以及纤维                             现，纤维的粒径越小，淀粉挤出物的膨胀率越高。
            尺寸等因素对淀粉基发泡材料的结构与性能的影                                  此外，纤维与淀粉的界面结合情况也对复合泡
            响，能为淀粉基发泡材料的制备及应用提供理论参                             沫的结构和性能产生影响。界面是纤维增强淀粉基
            考。LAWTON 等     [51] 研究发现，杨木纤维可改善玉米                 复合发泡材料的重要特征，其作用可归纳为传递效
            淀粉基发泡材料的力学性能，当面糊中的纤维质量                             应、阻断效应以及不连续效应              [60] 。由于淀粉与纤维
            分数在 15%以内时，材料强度随纤维用量的增加而                           的相容性较差，在共混熔融过程中，分散相植物纤
            增加；当纤维的质量分数增加到 30%时，材料强度                           维与连续相热塑性淀粉构成固-液两相体系，气泡增
            无明显差异；当纤维的质量分数>30%时，纤维在材                           长时的内部压力使界面结合处应力集中，气泡更容
            料体系中的不均匀分布使得发泡材料强度下降。                              易破裂开孔。而且，淀粉基复合材料受到外部应力
            DENG 等   [52] 研究了杨木纤维质量分数和尺寸对马铃                    作用时，应力很难通过界面传递到纤维上，从而导
            薯淀粉基发泡材料力学性能的影响，结果表明，较                             致复合材料的力学强度较差             [61] 。为改善纤维与淀粉
            小尺寸的纤维提供了更多的成核，尺寸越小，泡沫                             的界面相容性，研究者们通常对植物纤维改性或添
            的密度越低，而且纤维质量分数由 30%增加到 50%                         加相容剂。
            时，泡沫的抗压强度由 650 kPa 提高到 820 kPa，纤                       大量实验证明，纤维的种类和用量对淀粉基发
            维的质量分数为 40%并且尺寸为 125~180  μm 所制                    泡多孔材料性能有影响，但纤维打浆度引起的尺寸
            得的泡沫力学性能最佳。张希娟               [53] 研究了不同添加          变化对纤维增强淀粉基多孔材料结构与性能的影响
            量的针叶木纤维和阔叶木纤维对发泡材料结构与压                             还鲜有报道。随着纤维打浆度的增加，纤维直径变
            缩力学性能的影响，结果表明，植物纤维提高了发
                                                               小，一定质量下的纤维数量增多，而纤维的数量效
            泡材料的压缩强度、降低了吸湿率，同时发泡材料
                                                               应会使纤维网状结构发生变化。那么，三维网状结
            的密度随着纤维用量的增加而降低，孔隙率和回弹
                                                               构的致密程度是否会影响淀粉基发泡材料的孔径大
            率随着纤维用量的增加而增加，而材料内部的平均孔
                                                               小及其分布，进而影响材料的性能，有待更深一步
            径并未随着纤维用量的变化而呈现出一定的规律性。
                                                               探究。另外，研究纤维与淀粉的界面相容性改善对
                 不同种类的植物纤维（如棉纤维、麻纤维、竹
                                                               内部泡孔结构参数的影响也是很好的思路。
            纤维、椰纤维、秸秆等）也常用于增强淀粉基发泡
                                                               1.3   发泡剂
            材料，而且纤维类型不同，淀粉基复合材料的机械                                 发泡剂在淀粉基发泡材料发泡成型过程中提供
            强度有明显差异。SOYKEABKAEW 等               [54] 采用两种
                                                               气体，影响气泡内的压强，对气泡的生长起着重要
            麻纤维增强淀粉基发泡材料，添加黄麻或亚麻纤维
                                                               的作用。常见的发泡剂有物理发泡剂（如 CO 2 、N 2 、
            可显著提高淀粉基发泡材料的力学性能，而且黄麻
                                                               戊烷、丁烷、己烷等气体以及 H 2 O、乙醇等液体）
            纤维的增强效果优于亚麻纤维。近年来，一些研究
                                                               和化学发泡剂（如 NaHCO 3 、NH 4 HCO 3 等吸热型发
            者利用来自农工业残渣的纤维素或天然纤维改善淀
                                                               泡剂以及偶氮二甲酰胺等放热型发泡剂）                   [62] 。研究
            粉基发泡材料的性能，有效扩宽了淀粉基发泡材料
                                                               者们常将发泡剂的用量与种类作为研究对象，以研
            对纤维增强体的选择性。甘蔗渣含有纤维素、半纤
                                                               究变量对淀粉基发泡材料内部结构与性能的影响。
            维素和木质素，将其掺入淀粉基复合泡沫中的效果
            取决于纤维浓度及工艺条件             [55] 。ESPINA 等 [56] 观察    通常，发泡剂添加量较多时，产气量大，气泡内压
            到，质量分数为 30%的甘蔗渣可提高红薯淀粉基发                           强的迅速增加导致气泡生长速度较快，同时会造成
            泡材料的机械阻力。RODRIGUES 等              [57] 使用马铃薯       熔体强度变低，当熔体强度不足以包裹气泡内部产
            工业化的副产品作为原料，采用燕麦纤维增强淀粉                             生的大量气体时，泡孔容易破裂合并，此时孔径较
            基发泡材料，结果发现，高浓度纤维的加入降低了                             大，泡孔质量较差；发泡剂的添加量较少时，产气
            泡沫的湿敏性和溶解性。LOPEZ-GIL 等                [58] 采用葡     量小，气泡内部压强较低，影响气泡的进一步膨胀
            萄渣、豆蔻废料和大麦秸秆纤维等天然增强材料，                             生长，从而导致淀粉基材料发泡倍率小，表观密度
            提高了泡沫的刚度、强度和韧性，在 75%的应变下，                          较大。施克磊      [63] 研究了淀粉粒材中的不同水分含量
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            纯淀粉泡沫的能量吸收值从 1.91 MJ/m 分别增加到                       对淀粉基发泡材料泡孔结构的影响，结果表明，随
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            2.65 MJ/m （含葡萄渣淀粉泡沫）和 4.54 MJ/m （含                 着发泡剂用量的增加，泡孔逐渐由闭孔结构转变为
            大麦秸秆纤维淀粉泡沫）。此外，天然填料的粒径有                            开孔结构，当淀粉粒材中的水分质量分数为 18%时，
            明显差异，填料中存在的小颗粒会导致更高的成核                             泡孔的破裂合并现象较为严重，详见图 2。
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