專利名稱：一種通過溫度控制膨化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膨化加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種通過溫度控制膨化的方法。
背景技術(shù)：
膨化是一種廣泛使用的改變材料力學(xué)性質(zhì)的技術(shù)，物料經(jīng)過膨化后，體積密度減少，材料耐沖擊能力提高。膨化技術(shù)在包裝，建筑、食品和飼料等行業(yè)應(yīng)用廣泛。
在一般的高分子材料的擠壓膨化過程中，采用的膨化劑的沸點(diǎn)很低，而高分子的熔點(diǎn)較高，玻璃化溫度較高，物料離開擠出機(jī)口后，膨化劑基本完全揮發(fā)，在后續(xù)的冷卻過程中，膨化劑也不會(huì)發(fā)生冷凝，造成膨化物氣泡內(nèi)的壓力驟降，因此，現(xiàn)有的工藝對(duì)膨化過程中的溫度控制要求不嚴(yán)格。
在有些合成材料膨化工藝中，擠出物有時(shí)被引入一個(gè)保溫的模具內(nèi)膨化，其目的是控制擠出物在模具內(nèi)的流動(dòng)以及膨化物表面的形態(tài)。在另外一些擠壓膨化工藝中，膨化體要經(jīng)過一個(gè)冷卻的模棍冷卻定型，其目的是控制膨化物表面形態(tài)和表面膨化密度。在其他擠壓膨化中，物料離開擠出機(jī)口模后是一個(gè)自由膨化的過程，在這個(gè)過程中，材料離開擠出機(jī)口模后，其溫度與膨化劑的揮發(fā)、材料的流變性相互關(guān)聯(lián)，膨化程度和收縮程度完全由配方和離開擠出機(jī)時(shí)的溫度決定，生產(chǎn)的可調(diào)控性小。對(duì)于很多有特殊流變性的物料的膨化如淀粉的膨化，由于淀粉自身的融化溫度高于其分解溫度，加工時(shí)必須加入大量的水分，使其可以在較低溫度下加工，但大量的水分的加入，一方面降低了體系的熔融強(qiáng)度，嚴(yán)重影響了淀粉的膨化，另一方面，大量的水分導(dǎo)致膨化泡沫中殘余水分含量高，已經(jīng)膨化的泡沫體在冷卻過程中收縮塌陷，影響膨化體系的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有膨化物在膨化過程中存在的問題，提供一種通過溫度控制膨化的方法，以大幅度提高膨化過程的可控制性，得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
在物料的膨化過程中動(dòng)力是膨化劑氣化后產(chǎn)生的蒸汽壓力，而膨化過程中的阻力是物料的拉伸粘度和表面張力。這些因素都受擠出物的溫度的影響，在通常的自由膨脹過程中，溫度的變化由膨化劑的氣化，膨化物向外散熱的因素決定，而溫度的變化反過來又影響膨化劑的氣化速度和程度。溫度也對(duì)物料的拉伸粘度有很大的影響。因此整個(gè)膨化過程是一個(gè)偶聯(lián)的過程，通過膨化前的工藝調(diào)節(jié)和配方調(diào)節(jié)是困難的。已知的工藝研究都在此自由膨化的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)相對(duì)優(yōu)化過程。
對(duì)于一些分解溫度低于融化溫度的體系，常常需要加入大量的增塑劑才可以加工，增塑劑雖然有利于塑化加工，但是往往對(duì)膨化不利，在淀粉制品的膨化中，一般情況下都是配料中加入的水分越少，膨化度越高，但水分少，機(jī)械能消耗大，淀粉容易燒焦，影響生產(chǎn)。但是水分加入過多，在膨化過程中，氣泡容易破裂，雖然膨化劑量大，但體系最終的膨化度仍然比較小。Jiahua Zhou等對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究。
本發(fā)明的膨化過程的溫度控制方法，是在物料通過擠出機(jī)后，在待膨化物膨化和冷卻定型過程中，對(duì)膨化物周圍的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。進(jìn)而控制發(fā)泡體系的熔體粘度(氣泡膨化的阻力和包絡(luò)氣體的能力)、膨化劑的汽化量(發(fā)泡的動(dòng)力，發(fā)泡后體系因膨化劑冷凝造成的收縮)、膨化物的冷卻速度，達(dá)到控制發(fā)泡體系的總體膨化的目的。
上述對(duì)膨化物周圍的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的方法包括微波加熱，紅外加熱，感應(yīng)加熱，蒸汽加熱或換熱介質(zhì)傳熱或其組合。只要是調(diào)節(jié)物料的溫度，不破壞膨化體系的加熱裝置和方法都可以使用。對(duì)于塑料等不溶于水的物料，可以考慮蒸汽直接加熱，對(duì)于淀粉一類親水的物質(zhì)，則可以考慮熱空氣或者蒸汽-干空氣混和物加熱，或者干空氣加熱。
上述對(duì)膨化物周圍的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的方法是指將膨化物溫度控制在高于環(huán)境溫度。例如，將膨化物溫度控制在110～120℃。
在膨化中使用的膨化機(jī)可以是單螺桿擠壓機(jī)，也可以是雙螺桿擠壓機(jī)，也可以是其它任何形式的擠壓機(jī)或者混合裝置，其作用就是把物料混合、加熱并形成一定的壓力，物料在脫離此裝置時(shí)可以不發(fā)生膨化，也可以發(fā)生膨化。
在物料膨化過程中，保持體系溫度在膨化劑的沸點(diǎn)之上，可以在一定程度上減少體系的收縮，一方面有利于保持膨脹體系的形變，另一方面有利于提高膨脹度。對(duì)于采用高沸點(diǎn)的膨脹體系，采用本系統(tǒng)有利于控制膨化，可以產(chǎn)生二次膨化或者稱為延長(zhǎng)的膨化。這種二次膨化或者延長(zhǎng)的一次膨化類似微波膨化，膨化過程中的持續(xù)加熱，可以調(diào)節(jié)溫度，使殘余膨化劑揮發(fā)，體系繼續(xù)膨化，即使氣泡在膨化初期破裂，殘余的水分仍有可能對(duì)擠出物進(jìn)行二次膨化，而產(chǎn)生新的膨化結(jié)構(gòu)。
溫度控制裝置也可以與其他方法并用，如可以和真空體系并用，即擠出物離開口模后，隨即進(jìn)入一個(gè)真空系統(tǒng)中，在真空系統(tǒng)中同時(shí)對(duì)擠出物加熱，以便更好地控制擠出物的膨化。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果溫度控制裝置不僅可以控制擠出物的膨化，而且可以控制擠出物的收縮，特別是在擠出過程中物料含膨化劑較多的情況時(shí)，可以延緩膨化劑冷卻速度，使空氣有更多的時(shí)間滲入發(fā)泡體內(nèi)，減少擠出物在冷卻過程中由于膨化劑冷凝造成的負(fù)壓。通過控制膨化物后期的溫度，可以顯著減少發(fā)泡體系的收縮。本發(fā)明的溫度控制方法，大幅度提高了膨化過程的可控制性，得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
比較例1在高直鏈玉米淀粉(直鏈淀粉含量70％)79％(重量分?jǐn)?shù)，下同)，水20.5％，8000滑石粉0.5％，混合均勻造粒后加入同向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)擠出膨化，溫度分布80-120-150-150℃。螺桿長(zhǎng)度70mm。螺桿轉(zhuǎn)速120rpm，口模直徑4mm。環(huán)境溫度25℃，濕度65％。氣泡密度的采用橫切面的單位平方厘米的氣泡數(shù)目表示。由于橫切面可能通過一個(gè)氣泡的任何截面，在氣泡密度的計(jì)算中加以考慮，下同。
比較例2在高直鏈玉米淀粉(直鏈淀粉含量70％)75％(重量分?jǐn)?shù)，下同)，水24.5％，滑石粉0.5％，混合均勻造粒后加入同向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)擠出膨化，溫度分布80-120-150-150℃。螺桿長(zhǎng)度70mm。螺桿轉(zhuǎn)速120rpm，口模直徑4mm。環(huán)境溫度25℃，濕度65％。
比較例3在高直鏈玉米淀粉(直鏈淀粉含量70％)75％(重量分?jǐn)?shù)，下同)，水29.5％，滑石粉0.5％，混合均勻造粒后加入同向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)擠出膨化，溫度分布80-120-150-150℃。螺桿長(zhǎng)度70mm。螺桿轉(zhuǎn)速120rpm，口模直徑4mm。環(huán)境溫度25℃，濕度65％。
實(shí)施例1實(shí)施條件同比較例1，但是采用微波加熱，膨化物在微波系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間10秒，膨化物溫度保持在110℃。
實(shí)施例2實(shí)施條件同比較例2，但是采用微波加熱，膨化物在微波系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間10秒，膨化物溫度保持在115℃。
實(shí)施例3實(shí)施條件同比較例3，但是采用微波加熱，膨化物在微波系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間10秒，膨化物溫度保持在120℃。
表1、不同膨化條件對(duì)淀粉膨化的影響

表1的結(jié)果表明通過對(duì)膨化物膨化過程中的溫度控制，可一天顯著提高膨化度。
權(quán)利要求
1.一種通過溫度控制膨化的方法，其特征是在物料通過擠出機(jī)后，在待膨化物膨化和冷卻定型過程中，對(duì)膨化物周圍的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)膨化物周圍的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制包括微波加熱，紅外加熱，感應(yīng)加熱，蒸汽加熱或換熱介質(zhì)加熱或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)膨化物周圍的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制是指將膨化物溫度控制在高于環(huán)境溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過溫度控制膨化的方法。本發(fā)明在物料通過擠出機(jī)后，在待膨化物膨化和冷卻定型過程中，對(duì)膨化物周圍的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高了膨化過程的可控制性，得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
文檔編號(hào)A23L1/18GK1923492SQ20061012208
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者周家華 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)