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应用刨分式Haake双螺杆挤出机为主要加工设备,首先研究了羟丙基淀粉的挤出成膜性能。淀粉挤出过程稳定性主要体现在加工扭矩、机头压力以及机头出料情况,通过改变挤出机各段加工温度、进料淀粉的水分含量、进料速率、螺杆转速等加工工艺参数,来研究不同因素对羟丙基淀粉挤出成膜过程的影响。本课题以羟丙基淀粉作为基础研究,分析解决了淀粉挤出过程中出现的问题,进行各项影响因素调整,确保能收集到完整淀粉薄膜。研究结果证明羟丙基淀粉具有良好的挤出成膜性能,特别是在水分含量相对较低和温度较低条件下,挤出成膜过程也比较稳定。
该课题系统地研究了不同支直链比例玉米淀粉的挤出成膜性能,重点研究了淀粉因支直链比例不同而在进行温度、水分含量、螺杆转速以及进料速率等影响因素变化时的加工性能差异。研究结果表明相同的加工参数对不同支直链比例的玉米淀粉有着不同的影响效果,挤出前的预混对普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉的影响不大,但是对G50和G80效果显著;在同一水分含量条件下挤出,玉米淀粉的加工难度随着直链淀粉含量的增加而增加,具体表现为扭矩和机头压力增加,以及出膜情况不稳定,在G50和G80淀粉的挤出过程中需要增加水分含量来保证挤出稳定性;普通玉米和蜡质玉米淀粉可在130℃的温度下顺利挤出,但是G50和G80要在相对较高的150℃下才能挤出相对稳定;虽然螺杆转速的增加可以降低加工扭矩,但是转速升高到一定值的时候扭矩平均值变化趋势减小,而且螺杆转速升高会导致淀粉流体在挤出机内的停留时间缩短,造成整个淀粉在挤出机内的剪切、混合以及各种物理和化学反应过程未充分完成,影响成膜质量;进料速率和螺杆转速有着相互作用,为了有效减少堆料、塞机头以及高扭矩的现象,应综合调整进料速率和螺杆转速等影响因素。总之,玉米淀粉的加工难度如下:G80>G50>普通玉米淀粉>蜡质玉米淀粉。
研究了不同支直链比例的玉米淀粉在同一加工条件下(温度:35,80,120,145,145,140,120,110,100℃;水分含量:36.5±0.5%,预混加水;螺杆转速:90 rpm;进料速率:2kg/h;牵引速率:70 rpm),收集到的厚度相近的淀粉膜的微观结构、机械性能和玻璃化转变温度。研究结果表明,在偏光显微镜普通光下观察淀粉膜表面结构,普通玉米和蜡质玉米淀粉膜已观察不到颗粒结构,证明淀粉颗粒在此条件下已被完全破坏;但是G50淀粉膜还呈现表面颗粒结构,G80的表面颗粒结构更为明显,证明G50和G80在此加工条件下颗粒结构并未完全破坏;4种淀粉膜在偏光下观察均有双折射消失现象,证明淀粉颗粒的晶体结构已被完全破坏。机械性能测试结果表明淀粉膜的机械性能随着直链淀粉含量的增加而增强,DMA测试结果表明淀粉膜的玻璃化转变温度也是随着直链淀粉的含量的增加而升高。总之,淀粉膜的机械性能和热性能有着如下关系:G80>G50>普通玉米淀粉>蜡质玉米淀粉。