Page 17 - 《精细化工》2022年第8期
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第 8 期 郑进宝，等: 淀粉基发泡材料制备及性能优化研究进展 ·1517·
采用的成核方式，在实际的淀粉基发泡材料生产中
常加入成核剂，以促进气泡在较低的气体浓度下成
核。常见的成核剂有碳酸钙、滑石粉、蒙脱土等，
成核剂不仅可以提高泡沫的力学性能，还可以增加
泡孔密度、降低泡孔尺寸，影响泡沫的宏观性能 [69] 。
MENDES 等 [70] 研究表明，加入碳酸钙能够有效降低
发泡材料的泡孔尺寸，形成较多的闭孔结构，从而
提高发泡材料的拉伸强度和伸长率。滑石粉原料丰
富、成本低廉，具有较好的耐热性和尺寸稳定性，
不与其他助剂发生反应，组分中加入滑石粉会减小
泡孔尺寸，使泡孔平均密度增加 [71] 。
a—12%；b—14%；c—16%；d—18% 此外，成核剂的用量及在聚合物中的分散性等
图 2 不同水分含量下淀粉基发泡材料的 SEM 图 [63] 也影响着气泡的成核效率，进而影响泡孔结构参数
Fig. 2 SEM images of starch-based foaming materials 与力学性能。一般情况下，成核剂的添加量较少时，
obtained with different moisture contents [63] 成核位点少，材料内部泡孔分布不均匀；随着成核
发泡剂种类的选择通常需要考虑发泡剂的气体 剂用量的增加，成核位点多，孔径尺寸较小且孔径
分布均匀；而当成核剂的添加量较多时，成核剂在
产量、分解温度以及分解产物等。在发泡过程中，
泡沫体系中的分散性差，导致泡孔的均匀性变差，
发泡温度不仅要满足发泡剂的分解温度，还要略高
材料的力学性能下降。因此，若要提高发泡过程中
于基材的熔点且低于复合材料的分解温度。偶氮二
的成核率，需要添加适量的成核剂，且成核剂的形
甲酰胺（AC）发泡剂无毒无臭、不易燃、无污染、
貌要规则，并在淀粉基体中能够良好分散 [72] 。国内
产气量大且稳定，常用于发泡材料生产。但 AC 的
外研究者们为进一步提高成核剂的成核效果，通常
分解温度较高，需要添加发泡助剂调节其分解温度，
使用粒径更小的成核剂或对成核剂表面进行改性，
以适应熔体的发泡工艺要求。常见的发泡助剂有
以提高成核剂在聚合物中的分散性，形成更多的成
ZnCO 3 、ZnO、柠檬酸及硬脂酸盐等，其中 ZnO 对 核位点，从而提高气体成核的效率，生产出性能更
AC 的热分解活化作用最显著 [64-65] 。陈三梅 [66] 研究
加优良的泡沫 [73] 。
表明，当 m(AC)∶m(ZnO) = 2∶1 时，AC 分解温度
1.5 其他助剂
降至 150 ℃左右。然而，单一发泡剂的分解温度范
在制备淀粉基发泡材料过程中，胶黏剂、增塑
围较窄，虽然短时间内可以释放大量气体，但不能
剂等其他助剂对材料的结构与性能也有一定影响。
使气泡持续稳定地生长。为扩大发泡剂的分解温度
聚乙烯醇作为胶黏剂，影响淀粉基发泡材料体系的
范围，提高材料的泡孔质量，研究复配发泡剂的比
黏度和气泡壁的表面张力，不仅可以稳定气泡的膨
例对多孔材料结构与性能的影响成为热门课题。
胀，避免气泡壁因大量气体所释放的冲击而破损，
通过查阅国内外文献可以发现，国内学者在制 [74]
还能够增加材料的强度 。增塑剂可以增加材料的
备淀粉基发泡材料时大多使用化学发泡剂，虽然产
可塑性，使其柔韧性增强。对淀粉进行塑化改性时，
气量大，但化学发泡剂的分解产物可能会给实验人
常用的增塑剂有多元醇类（甘油、乙二醇等）和酰
员或周围环境造成一定的影响。而国外研究者们使 胺类（甲酰胺、尿素等）。水既可作发泡剂，又可作
用 CO 2 、H 2 O 等物理发泡剂比较多，但发泡效果有 增塑剂。酰胺类增塑剂要比醇类增塑剂的塑化效果
待提高。因此，选择环保型发泡剂，优化发泡成型 好，而且酰胺类增塑剂在一定程度上能抑制淀粉回
工艺，制备泡孔质量好的淀粉基发泡材料成为研究 生，但该物质具有毒性。丙三醇（甘油）没有毒性，
热点与难点。 是一种常见的增塑剂，但难以解决淀粉回生导致材
1.4 成核剂 料老化变脆的问题。
成核剂在淀粉基发泡材料体系中降低气泡成核 通过对淀粉基发泡材料的主要组分进行归纳总
的吉布斯自由能，提高成核率，有利于气泡的形成 结，可以发现，组分的种类与其添加量对材料的内
与生长。研究表明，提高体系的过饱和压力可以降 部泡孔结构和性能有重要影响。本文在分析材料组
低气泡成核所需的活化能，而通过添加成核剂引入 分作用的同时也分析了进行配方优化的研究方向。
空穴可以降低气泡成核所需的气体压力 [67-68] 。因此， 此外，还需要了解淀粉基材料的发泡过程及影响因
异相成核和混合模式是淀粉基复合发泡材料中广泛 素，选择合适的材料组分配比和成型工艺，才能制
