CN109401164B - 淀粉基发泡缓冲材料以及包装材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发泡材料技术领域，具体涉及一种淀粉基发泡缓冲材料以及包装材料，该淀粉基发泡缓冲材料主要由以下重量份计的原料制备得到：无机强碱11～17份、丙烯酸29～34份、丙烯酰胺12～24份、淀粉6～15份、引发剂0.4～0.6份、增塑剂0.4～0.6份以及交联剂0.4～0.6份。该包装材料由上述淀粉基发泡缓冲材料制备得到。通过使用成本低廉、来源广泛的淀粉为原料，与高吸水性树脂聚合后制备得到淀粉基发泡缓冲材料，该材料能够有效调节密闭空间的湿度，具备良好的吸/放湿性能。同时，该淀粉基发泡缓冲材料的平台应力较高，缓冲系数较小，具有优异的缓冲吸能功能。

Description

淀粉基发泡缓冲材料以及包装材料
技术领域
本发明涉及发泡材料技术领域，具体而言，涉及一种淀粉基发泡缓冲材料以及包装材料。
背景技术
随着人们生活水平的提高，物流行业的发展也越来越快速，而产品在流通过程中常常会因为受到振动、冲击等机械载荷的作用而发生破损失效，因此需要采用缓冲包装技术措施进行防护。缓冲防护的关键是选择合适的缓冲包装材料。所谓缓冲包装材料是指可以吸收大量冲击能量，防止产品受振动和冲击引起损伤的一种保护材料。缓冲包装材料的种类很多，发泡材料是综合性能优良、应用最为广泛的一种类型。发泡材料因具有良好的缓冲性能和能量吸收性能，常作为缓冲包装材料用于仪表、贵重物品、精密仪器、电子元器件等产品的运输包装。然而目前的发泡材料仅具有缓冲吸能功能，而电子元件、仪器仪表等产品的失效除了由振动、冲击引起外，还与环境湿度有关。
因此，亟需一种兼具优异的缓冲吸能功能和较好的吸/方湿性能的缓冲材料。
发明内容
本发明的目的包括提供淀粉基发泡缓冲材料以及包装材料，以使得缓冲材料兼具优异的缓冲吸能功能和较好的吸/放湿性能。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供了一种淀粉基发泡缓冲材料，其主要由以下重量份计的原料制备得到：无机强碱11～17份、丙烯酸29～34份、丙烯酰胺12～24份、淀粉6～15份、引发剂0.4～0.6份、增塑剂0.4～0.6份以及交联剂0.4～0.6份。
本发明还提供了一种包装材料，其由上述的淀粉基发泡缓冲材料制备得到。
通过以来源广泛，成本较低的淀粉为原料，与高吸水性单体聚合后易于制备得到性能优异的淀粉基发泡缓冲材料，该材料能够有效调节密闭空间的湿度，具备良好的吸/放湿性能。同时，该淀粉基发泡缓冲材料的平台应力较高，缓冲系数较小，具有优异的缓冲吸能功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是各丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺的质量比的淀粉基发泡缓冲材料的吸放湿率图；
图2是不同丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺质量比的淀粉基发泡调湿材料的SEM图；
图3是丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺的质量比的淀粉基发泡缓冲材料的静态压缩试验图；
图4是淀粉基发泡缓冲材料和魔芋葡甘聚糖基发泡缓冲材料的静态压缩试验图；
图5是淀粉基发泡缓冲材料和魔芋葡甘聚糖基发泡缓冲材料的能量吸收曲线；
图6是淀粉基发泡缓冲材料和魔芋葡甘聚糖基发泡缓冲材料的缓冲系数曲线；
图7是不同淀粉含量的淀粉基发泡缓冲材料的SEM图；
图8是不同淀粉含量的淀粉基发泡调湿材料应力-应变曲线；
图9是不同淀粉含量的淀粉基发泡材料吸放湿率曲线。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施方式的涉及淀粉基发泡缓冲材料以及包装材料进行具体说明。
本发明的一些实施方式提供了一种淀粉基发泡缓冲材料，其主要由以下重量份计的原料制备得到：无机强碱11～17份、丙烯酸29～34份、丙烯酰胺12～24份、淀粉6～15份、引发剂0.4～0.6份、增塑剂0.4～0.6份以及交联剂0.4～0.6份。
一些实施方式中，该淀粉基发泡缓冲材料的原料中，按重量份计，无机强碱可以为11～17份，或12～15份，或13～14份；丙烯酸可以为29～34份，或29～33份，或30～32份；丙烯酰胺可以为12～24份，或15～22份，或17～20份；淀粉可以为6～15份，或6～12份，或8～12份；引发剂可以为0.4～0.6份，或0.4～0.5份，或0.5～0.6份；增塑剂可以为0.4～0.6份，或0.4～0.5份，或0.5～0.6份；交联剂可以为0.4～0.6份，或0.4～0.5份，或0.5～0.6份。
发明人在创造性地将淀粉与无机强碱、丙烯酸、丙烯酰胺进行混合交联后发泡形成的材料能够改善其缓冲吸能性能的同时提升材料的吸/放湿性能，其原因可能在于：将丙烯酸中和形成的丙烯酸盐、丙烯酰胺与淀粉在引发剂作用下发生聚合，在交联剂的作用下分子链之间相互交联，形成三维网状结构，再进行发泡，使得其能够发泡形成具有特定物性参数范围的材料，该材料表面粗糙，比表面积大，官能团能够充分与水分子接触，以使得材料的吸放湿性能好。
根据一些实施方式，无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，优选无机强碱为氢氧化钠。氢氧化钠能够更好的与丙烯酸进行反应生成稳定的丙烯酸-丙烯酸钠混合溶液。
根据一些实施方式，上述引发剂为过硫酸钾，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，增塑剂为甘油，通过采用增塑剂例如甘油，能够削弱淀粉分子链间的相互作用力，增加淀粉分子链的移动性以减少结晶的形成、增强其弹性、伸展性，从而改善机械性能。同时进一步选择甘油作为上述交联反应过程中的增塑剂在于其渗透性较好与淀粉形成氢键的能力强，从而具有较佳的改善机械性能的效果；进而使最终材料具有特定的表观密度、孔隙率、比表面积和表面粗糙度，这些特性有利于材料吸/放湿性能及缓冲吸能功能的提高。
根据一些实施方式，淀粉基发泡缓冲材料由以下重量份计的原料制备得到：氢氧化钠15～25份、丙烯酸29～60份、丙烯酰胺12～24份、淀粉6～15份、过硫酸钾0.4～0.6份、甘油0.4～0.6份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.4～0.6份以及水23～31份。
根据一些实施方式，上述淀粉基发泡缓冲材料通过将上述原料通过溶液聚合法进行制备得到。
具体地，其通过以下方法制备得到：
S1、将无机强碱、丙烯酸和丙烯酰胺混合，以形成第一复合调湿材料。
具体地，将无机强碱溶液滴加到丙烯酸中，然后与丙烯酸胺进行混合，并搅拌至丙烯酸胺完全溶解，得到第一复合调湿材料即(丙烯酸+丙烯酸钠)-丙烯酰胺复合调湿材料。其中，无机强碱溶液为浓度为28～40％的NaOH溶液，滴加过程在冷水浴和电磁搅拌下进行。无机强碱、丙烯酸和丙烯酸胺的用量按照上述原料配比中的比例进行混合。
S2、将第一复合调湿材料与淀粉、过硫酸钾、甘油和所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺进行反应，以形成第二复合调湿材料。
具体地，先将淀粉与第一复合调湿材料混合搅拌均匀后进行糊化，加热破坏了淀粉的分子间氢键，导致淀粉结晶结构被破坏，有利于淀粉能够更好地溶解在液体中，以提高混合液体的粘度，以后后续更好的进行交联反应。其中，糊化过程在搅拌过程中进行，转速为400～500r/min。糊化温度60～68℃，优选62～68℃，更优选64～66℃；糊化时间为25～45min，优选30min。
将糊化后的混合溶液放置室温后，与引发剂和增塑剂先进行混合搅拌均匀后，再加入交联剂进行交联反应，形成第二复合调湿材料即淀粉-(丙烯酸+丙烯酸钠)-丙烯酰胺复合调湿材料。优选地，进行交联反应的过程在搅拌中进行，交联反应的时间为40～60min，优选45min左右。
S3、将第二复合调湿材料进行加热发泡，以形成淀粉基发泡缓冲材料。
具体地，将第二复合调湿材料注入模具，并连同模具一起放置于微波炉中进行发泡，微波炉的功率优选65～75W，更优选70W，发泡时间为50～60秒。
本发明的一些实施方式还提供了一种包装材料，其由上述淀粉基发泡缓冲材料制备得到，其可以同于制作包装袋，特别是仪表、贵重物品、精密仪器、电子元器件等产品的运输包装袋，进而使得其在具有较佳的缓冲性能的同时，还能够对湿度有较好的吸收功能，避免上述产品因为环境湿度失效。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
1)制备第一复合调湿材料即丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺溶液：
用12g的水将6.8gNaOH配置成溶液，在冷水浴和电磁搅拌下，用滴管将配好的NaOH溶液缓慢滴加13.5g的丙烯酸(AA)中，然后，按照(丙烯酸+丙烯酸钠)：丙烯酰胺(AM)＝32.3g:9.6g的质量比称取定量的丙烯酰胺并加入到上述丙烯酸(钠)溶液中，不断搅拌至AM完全溶解。其中，丙烯酸+丙烯酸钠是指滴加NaOH溶液得到的混合溶液。
2)制备第二复合调湿材料即淀粉基复合调湿材料：
称取6g的玉米淀粉，加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀，在温度为68℃的水浴和转速为410r/min下糊化40min；取出至室温后，加入0.24g的过硫酸钾和0.24g甘油机械搅拌15min，加入0.24g N-N亚甲基双丙烯酰胺继续搅拌40min。
3)具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料
将步骤2)制得的复合调湿材料用注射器取一定量置于模具中，然后放置于微波炉中，调制微波加热时间为50s、功率为75w，使凝胶状的复合调湿材料发泡，从而得到具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料。
实施例2
1)制备第一复合调湿材料即丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺溶液：
用9.2g的水将4.4gNaOH配置成溶液，在冷水浴和电磁搅拌下，用滴管将配好的NaOH溶液缓慢滴加11.6g的丙烯酸(AA)中，然后，按照(丙烯酸+丙烯酸钠)：丙烯酰胺(AM)＝25.2g:4.8g的质量比称取定量的丙烯酰胺并加入到上述丙烯酸(钠)溶液中，不断搅拌至AM完全溶解。其中，丙烯酸+丙烯酸钠是指滴加NaOH溶液得到的混合溶液。
2)制备第二复合调湿材料即淀粉基复合调湿材料：
称取2.4g的玉米淀粉，加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀，在温度为62℃的水浴和转速为490r/min下糊化26min；取出至室温后，加入0.17g的过硫酸钾和0.17g甘油机械搅拌15min，加入0.17g N-N亚甲基双丙烯酰胺继续搅拌58min。
3)具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料
将步骤2)制得的复合调湿材料用注射器取一定量置于模具中，然后放置于微波炉中，调制微波加热时间为58s、功率为65w，使凝胶状的复合调湿材料发泡，从而得到具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料。
实施例3
1)制备第一复合调湿材料即丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺溶液：
用11.2g的水将6gNaOH配置成溶液，在冷水浴和电磁搅拌下，用滴管将配好的NaOH溶液缓慢滴加12.8g的丙烯酸(AA)中，然后，按照(丙烯酸+丙烯酸钠)：丙烯酰胺(AM)＝30g:8g的质量比称取定量的丙烯酰胺并加入到上述丙烯酸(钠)溶液中，不断搅拌至AM完全溶解。其中，丙烯酸+丙烯酸钠是指滴加NaOH溶液得到的混合溶液。
2)制备第二复合调湿材料即淀粉基复合调湿材料：
称取4.5g的玉米淀粉，加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀，在温度为66℃的水浴和转速为460r/min下糊化28min；取出至室温后，加入0.21g的过硫酸钾和0.21g甘油机械搅拌15min，加入0.21g N-N亚甲基双丙烯酰胺继续搅拌50min。
3)具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料
将步骤2)制得的复合调湿材料用注射器取一定量置于模具中，然后放置于微波炉中，调制微波加热时间为53s、功率为72w，使凝胶状的复合调湿材料发泡，从而得到具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料。
(丙烯酸+丙烯酸钠)与丙烯酰胺质量比对缓冲发泡材料性能的影响
实施例4
1)制备第一复合调湿材料即丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺溶液：
用10g的水将5.36gNaOH配置成溶液，在冷水浴和电磁搅拌下，用滴管将配好的NaOH溶液缓慢滴加入12g丙烯酸(AA)中，然后，按照(丙烯酸+丙烯酸钠)：丙烯酰胺(AM)＝23.83g：9.53g的质量比称取定量的丙烯酰胺并加入到上述丙烯酸(钠)溶液中，不断搅拌至AM完全溶解。其中，丙烯酸+丙烯酸钠是指滴加NaOH溶液得到的混合溶液。
2)制备第二复合调湿材料即淀粉基复合调湿材料：
称取3g的玉米淀粉，加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀，在温度为65℃的水浴和转速为450r/min下糊化30min；取出至室温后，加入0.2g的过硫酸钾和0.2g甘油机械搅拌15min，加入0.2g N-N亚甲基双丙烯酰胺继续搅拌45min。
3)具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料
将步骤2)制得的复合调湿材料用注射器取一定量置于模具中，然后放置于微波炉中，调制微波加热时间为50s、功率为70w，使凝胶状的复合调湿材料发泡，从而得到具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料。
实施例5
1)制备第一复合调湿材料即丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺溶液：
用10g的水将5.36gNaOH配置成溶液，在冷水浴和电磁搅拌下，用滴管将配好的NaOH溶液缓慢滴加12g的丙烯酸(AA)中，然后，按照(丙烯酸+丙烯酸钠)：丙烯酰胺(AM)＝25.95g:7.41g的质量比称取定量的丙烯酰胺并加入到上述丙烯酸(钠)溶液中，不断搅拌至AM完全溶解。其中，丙烯酸+丙烯酸钠是指滴加NaOH溶液得到的混合溶液。
2)制备第二复合调湿材料即淀粉基复合调湿材料：
称取3g的玉米淀粉，加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀，在温度为65℃的水浴和转速为450r/min下糊化30min；取出至室温后，加入0.2g的过硫酸钾和0.2g甘油机械搅拌15min，加入0.2g N-N亚甲基双丙烯酰胺继续搅拌45min。
3)具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料
将步骤2)制得的复合调湿材料用注射器取一定量置于模具中，然后放置于微波炉中，调制微波加热时间为50s、功率为70w，使凝胶状的复合调湿材料发泡，从而得到具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料。
实施例6
1)制备第一复合调湿材料即丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺溶液：
用10g的水将5.36gNaOH配置成溶液，在冷水浴和电磁搅拌下，用滴管将配好的NaOH溶液缓慢滴加入12g丙烯酸(AA)中，然后，按照(丙烯酸+丙烯酸钠)：丙烯酰胺(AM)＝27.29g:6.07g的质量比称取定量的丙烯酰胺并加入到上述丙烯酸(钠)溶液中，不断搅拌至AM完全溶解。其中，丙烯酸+丙烯酸钠是指滴加NaOH溶液得到的混合溶液。
2)制备第二复合调湿材料即淀粉基复合调湿材料：
称取3g的玉米淀粉，加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀，在温度为65℃的水浴，转速为450r/min下糊化30min；取出至室温后，加入0.2g的过硫酸钾和0.2g甘油机械搅拌15min，加入0.2g N,N-亚甲基双丙烯酰胺继续搅拌45min。
实施例7
1)制备第一复合调湿材料即丙烯酸-丙烯酸钠-丙烯酰胺溶液：
用10g的水将5.36gNaOH配置成溶液，在冷水浴和电磁搅拌下，用滴管将配好的NaOH溶液缓慢滴加入12g丙烯酸(AA)中，然后，按照(丙烯酸+丙烯酸钠)：丙烯酰胺(AM)＝28.23g:5.13g的质量比称取定量的丙烯酰胺并加入到上述丙烯酸(钠)溶液中，不断搅拌至AM完全溶解。其中，丙烯酸+丙烯酸钠是指滴加NaOH溶液得到的混合溶液。
2)制备第二复合调湿材料即淀粉基复合调湿材料：
称取3g的玉米淀粉，加入上述混合溶液中，搅拌混合均匀，在温度为65℃的水浴，转速为450r/min下糊化30min；取出至室温后，加入0.2g的过硫酸钾和0.2g甘油机械搅拌15min，加入0.2g N,N-亚甲基双丙烯酰胺继续搅拌45min。
3)具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料
将步骤2)制得的复合调湿材料用注射器取一定量置于模具中，然后放置于微波炉中，调制微波加热时间为50s、功率为70w，使凝胶状的复合调湿材料发泡，从而得到具有调湿功能的淀粉基缓冲发泡材料。
通过以下方法测试实施例4～7的淀粉基缓冲发泡材料的调湿性能和静态压缩性能。发泡材料的吸/放湿率可参照(GB/T 20313-2006)《中华人民共和国文物保护行业标准》进行测试。取一定质量的发泡材料放入真空干燥箱(DZF-6050，上海精宏实验设备有限公司)中，在25℃条件下干燥12h以上，取出冷却至室温后称重，记其质量为m0。然后将该样品放入温度为25℃，湿度为80％RH的恒温恒湿箱(TEMI880，江苏淮安中亚试验设备有限公司)中，定期从恒温恒湿箱中取出试样并称重。连续测量，测量时间间隔为30min，直到相邻两次质量变化小于0.01g为止，记此时的样品质量为ma；将该充分吸湿后的样品取出，放入另一个温度为85℃，湿度为30％RH的恒温恒湿箱中，连续称重，间隔时间为30min，直到相邻两次质量变化小于0.01g为止，记此时的样品质量为md；于是，发泡材料的吸湿率Ua和放湿率Ud可分别按照公式(1)和公式(2)进行计算：
Figure BDA0001851084250000111
Figure BDA0001851084250000112
吸/放湿平衡湿度的测定是将一定量的发泡材料的置于恒温恒湿箱中(25℃，50％RH)预处理12h；将体积为2L的玻璃容器分别放置于温度均为25℃，相对湿度分别为80％和30％的两个恒温恒湿箱中预处理2h，使玻璃容器内的温湿度达到平衡；将高精度湿度计(JB913，美德时仪器仪表有限公司)和预处理后的发泡材料分别放入两个玻璃容器内并立即密封，记录两个玻璃容器内的湿度计读数随时间变化的曲线。当湿度-时间曲线趋于稳定时，记录此时的湿度即为吸湿/放湿平衡湿度。静态压缩性能测试：依据《GB/T 8168-2008包装用缓冲材料静态压缩试验方法》中规定的预处理条件，将发泡材料放在25℃温度，50％RH湿度的条件下对上述试样进行24h的预处理。将预处理后的试样置于万能材料试验机(RGL-214，深圳市瑞格尔仪器有限公司)，以12mm/min的速度对试样施加载荷。记录载荷-位移数据，绘制成试样的应力-应变曲线，分析试样的力学性能和能量吸收性能。测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001851084250000113
Figure BDA0001851084250000121
对比例1～4
将10g的水将5.36gNaOH配置成溶液，在冷水浴和电磁搅拌下，用滴管将配好的NaOH溶液缓慢滴加入12g丙烯酸(AA)中，然后，分别按照(丙烯酸+丙烯酸钠)：丙烯酰胺(AM)＝2:1、3：1、4：1、5：1的质量比称取定量的丙烯酰胺并加入到上述丙烯酸(钠)溶液中，不断搅拌至AM完全溶解。
称取0.1g的KGM，加入上述混合溶液中，搅拌10min，使KGM均匀混合在溶液中，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌10min。加入司班搅拌10min，最后，加入过硫酸钾搅拌10min。
制得的复合调湿材料放置于微波炉中，调制微波加热时间为1分钟和功率为122.5w，使凝胶状的复合调湿材料发泡。
将对比例1～4也按照上述测试方法进行性能测试，结果如表2所示。
表2
Figure BDA0001851084250000122
通过对比表1和表2的数据，可以看出淀粉基发泡缓冲材料的吸放湿率要比魔芋葡甘聚糖基发泡材料的高，并且淀粉基发泡缓冲材料的吸放湿量可以分别达到约70％和56％。
进一步地，再补充仅质量比为6.5：1，其他条件与实施例7相同的方法制备得到的淀粉基发泡缓冲材料。通过上述测试得到图1，其为本发明实施例中不同丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺质量比下发泡缓冲材料的吸放湿率图。图1中a为吸湿率的曲线，b为放湿率的曲线。从图1可以看出随着质量比的增大，该材料的吸放湿率增大。这是因为随着质量比的增大，亲水基团羧酸钠、羟基的含量增大，吸水性能增大；其中酰胺基团、羟基和羧酸钠三个基团可以产生共同作用，其能够提高该材料的吸放湿性能；随着质量比的增大，体系的粘度也随之增大，凝胶在微波发泡时泡孔更加均匀，因此该材料的吸放是性能增大；该材料的表面积粗糙，比表面积大则官能团与水分子接触增大，增加了材料的吸放湿性能。通过扫描电镜对实施例4～7的淀粉基发泡缓冲材料进行扫描电镜分析，得到图3，图3为不同丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺质量比的淀粉基发泡调湿材料的SEM图，其中，对应比例为：(a)2.5:1；(b)3.5:1；(c)4.5:1；(d)5.5:1。
从图2和表1可以看出，当丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺质量比为4.5:1，淀粉基发泡调湿材料的泡孔最均匀规整，这是因为：随着丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺质量比的增大，调湿材料的粘度增大，更能有效包裹住气泡，使泡孔数量增多，有利于淀粉基调湿材料发泡；但是丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺质量比太大时，使调湿材料体系的粘度过高，大量气泡无法生长，水分蒸发提供的动力小于表面张力和淀粉提供的阻力导致泡孔很难生长，因此泡孔数量减少，发泡效果不佳。
进一步，图3是丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺的质量比的淀粉基发泡缓冲材料的静态压缩试验图。图4、图5、图6是淀粉基发泡缓冲材料和魔芋葡甘聚糖基发泡缓冲材料的力学性能图。
从图3和表1中的结果可看出，丙烯酸-丙烯酸钠与丙烯酰胺的质量下淀粉基发泡缓冲材料的应力-应变曲线分成了3阶段：弹性阶段、屈服平台阶段和致密阶段。弹性阶段：在小应变时，该发泡材料处于线弹性区，发生弹性变形，主要反映了孔结构的强度特性；屈服平台阶段：随着压力的增加，材料开始发生塑性变形并进入屈服平台区，在相当长的变形过程中，随着应变的增加，应力基本上保持不变，表明该材料能够在近乎恒定的应力平台持续稳定的吸收能量。从图4中看出屈服平台阶段在应变为10％-70％左右；致密阶段：继续加压，该发泡材料进入密实化阶段，这个阶段表明缓冲包装材料的孔隙几近压实，应力急剧上升。这个阶段表明缓冲包装材料的孔隙几近压实，应力急剧上升。从图3中可以看出当质量比为5.5:1时，该发泡材料屈服平台趋于平缓，应力较大，缓冲效果较好。随着质量比的增大，体系的粘度增大，有利于泡孔的均匀生长，因此材料的缓冲性能增大。
从图4、图5、图6中可以看出淀粉基发泡材料的力学性能比魔芋葡甘聚糖基发泡材料的力学性能好。从图4可以看出淀粉基发泡材料的平台应力为0.534MPa大于魔芋葡甘聚糖基发泡材料，且缓冲平台也比魔芋葡甘聚糖基发泡材料宽。缓冲效率是判断缓冲包装材料是否合理的一个重要参数，但常用缓冲系数C，也就是缓冲效率的倒数来表衡量示试样的缓冲性能。缓冲系数C越小，也就是缓冲效率越高，表明试样单位体积吸收的能量越多，所以缓冲系数的最小值一般表示试样的最佳使用情况。从图5可以看出淀粉基发泡缓冲材料的缓冲系数为3.2，魔芋葡甘聚糖基发泡材料的缓冲系数为4.1，从图6看出在同一应力下淀粉基发泡缓冲材料的吸收能量大于魔芋葡甘聚糖基发泡材料，故淀粉基发泡缓冲材料的力学性能较好。
淀粉含量对缓冲发泡材料性能的影响
实施例8～10：
实施例8～10与实施例4不同之处，仅在于淀粉含量的使用依次为2g、4g、5g。
通过扫描电镜对实施例8、实施例4以及实施例9～10得到的淀粉基发泡缓冲材料进行分析，得到图8，其中，图8中淀粉含量对应关系为：(a)2g淀粉；(b)3g淀粉；(c)4g淀粉；(d)5g淀粉。
从图7中可以看出，当淀粉含量为3g时，淀粉基发泡调湿材料的泡孔最均匀规整。这是因为，随着淀粉含量的增多，更多的淀粉颗粒糊化膨胀，使得调湿材料的粘度增大，更能有效包裹住气泡，使泡孔数量增多，有利于淀粉基调湿材料发泡；但是淀粉含量过多时，过多的淀粉分子链缠结形成团状结构，从而调湿材料体系的粘度过高，大量气泡无法生长，泡孔数量减少，发泡效果不佳。当淀粉含量为2g时，淀粉基发泡调湿材料的泡孔大，且发泡调湿材料有回缩现象。
进一步地，不同淀粉含量的淀粉基发泡调湿材料应力-应变曲线如图8所示。从图8中可以看出，随着淀粉含量的增加，淀粉基发泡调湿材料的平台应力先增大后减小，当淀粉含量为3g的时候，淀粉基发泡材料的屈服应力大达到0.646MPa，屈服应力平台较宽，缓冲系数最小，材料的使用性能最好。这是因为淀粉颗粒在加热糊化后，凝胶化程度提高，使体系的粘度不断提高，通过微波发泡时，泡孔更加的规整，分布更加均匀，导致泡孔不易被压缩，材料的屈服应力增大，缓冲系数减小；但是当淀粉过多时，分子链缠结形成团状结构，体系粘度过高，大量的气泡无法生长，泡孔减少，发泡效果不佳，故屈服应力减小，缓冲系数增大，缓冲性能较差。
进一步地，不同淀粉含量的淀粉基发泡材料吸放湿率曲线如图9所示。从图9中可以看出，随着淀粉含量的增加，淀粉基发泡材料的吸放湿率都降低。这是因为，淀粉主要用来提供交联网络结构的骨架，当淀粉用量过多时，形成的高分子网络骨架大，高分子支链较多，淀粉基发泡调湿材料的网络空间的体积小，不利于吸放湿，因此淀粉基发泡材料的吸放湿率降低。当淀粉含量为2g时，淀粉基发泡调湿材料的吸放湿达到最大分别为67.91％，52.16％，但是淀粉含量为2g时，体系的粘度太小，发泡时泡孔较大，发泡调湿材料有回缩现象，缓冲性能差；当淀粉含量为3g时，淀粉基发泡调湿材料的吸放湿分别为66.23％，51.34％与淀粉含量为2g时的吸放湿率相差不大，且淀粉含量为3g时缓冲性能最好，故选用淀粉含量为3g。
综上所述，本发明实施例中使用成本更低、来源更广的淀粉为原料，与高吸水性树脂聚合后在微波条件下发泡制得可调节湿度的淀粉基发泡缓冲材料，该材料的吸放湿量可以分别达到70％和56％。同时，本发明制得的淀粉基调湿发泡材料的平台应力较魔芋葡甘聚糖基调湿材料提高0.134MPa，缓冲系数小0.9。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (15)

1.一种淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，其主要由以下重量份计的原料制备得到：
Figure FDA0002909537230000011
2.根据权利要求1所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，所述无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾；
所述引发剂为过硫酸钾；
所述增塑剂为甘油；
所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
3.根据权利要求2所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，所述无机强碱为氢氧化钠。
4.根据权利要求3所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，其由以下重量份计的原料制备得到：
Figure FDA0002909537230000012
Figure FDA0002909537230000021
5.根据权利要求1至4任一所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，所述淀粉基发泡缓冲材料是通过对所述原料进行溶液聚合制备得到的。
6.根据权利要求5所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，其通过以下方法制备得到：
将所述无机强碱、所述丙烯酸和所述丙烯酰胺混合，以形成第一复合调湿材料；
将所述第一复合调湿材料与所述淀粉、所述引发剂、所述增塑剂和所述交联剂进行反应，以形成第二复合调湿材料；
将所述第二复合调湿材料进行加热发泡，以形成所述淀粉基发泡缓冲材料。
7.根据权利要求6所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，将所述无机强碱、所述丙烯酸和所述丙烯酰胺混合具体包括：
将所述无机强碱配制得到的无机强碱溶液滴加于所述丙烯酸中，再在常温下与所述丙烯酰胺混合至所述丙烯酰胺完全溶解；
滴加所述无机强碱溶液的过程在冷水浴和电磁搅拌下进行；
所述无机强碱溶液的质量百分比浓度为28％～40％。
8.根据权利要求6所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，将所述第一复合调湿材料与所述淀粉、所述引发剂、所述增塑剂和所述交联剂进行反应具体包括：
将所述淀粉与所述第一复合调湿材料混合均匀并进行糊化，再于室温下和所述引发剂、所述增塑剂和所述交联剂进行混合后反应。
9.根据权利要求8所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，将所述淀粉与所述第一复合调湿材料进行糊化后的混合物在室温下先与所述引发剂、所述增塑剂混合均匀后，再与交联剂进行混合反应。
10.根据权利要求8所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，进行糊化的温度为60～68℃；糊化时间为25～45min。
11.根据权利要求10所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，进行糊化的温度为62～68℃。
12.根据权利要求10所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，进行糊化的温度为64～66℃。
13.根据权利要求6所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，将所述第二复合调湿材料进行加热发泡是将所述第二复合调湿材料置于模具并在微波炉中进行加热发泡。
14.根据权利要求13所述的淀粉基发泡缓冲材料，其特征在于，微波加热时间为50～60s，功率为65～75w。
15.一种包装材料，其特征在于，其由权利要求1～14任意一项所述的淀粉基发泡缓冲材料制备得到。
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