第四章 试验方法

 4.1 试验仪器：

烤箱----CKF-10R，～220V/50Hz

温度范围：100～400℃，时间范围：0～60min

烧杯、玻璃棒、模具、电子天平

 4.2 试验原料

　　纸浆、玉米淀粉、混合发泡剂、辅助发泡剂、合成树脂、防腐剂、发泡剂、水、成核剂、助剂。

　　纸浆---由生产纸浆模塑制品厂家取回的原浆，由废纸箱、废报纸等制成.

　　玉米淀粉---在试验中作粘合剂。

　　混合发泡剂---既可以起到发泡的作用，又可以起到一定的交联作用。

　　辅助发泡剂---起到辅助发泡的作用。

　　成核剂---起气泡的成核作用。

　　合成树脂---和玉米淀粉一起用作粘合剂。其成膜性好，可以防止气泡逸出，对水蒸气和许多气体有高度的不透过性。

　　助剂---用作粘合剂的增塑剂.

　　防腐剂---即能与发泡剂反应形成气泡，又能起到防腐的作用。

4.3 试验内容:

试验一

试验配料：

名  称

用  量

名  称

用  量

纸  浆

100g

温  度

130～160℃

玉米淀粉

40g

时  间

60min

混合发泡剂

4g

说明：本试验　　所用淀粉为糊化淀粉；纸浆为含有大量水分的稀纸浆。

　　试验过程：将纸浆与淀粉、发泡剂充分混合，揉30min，做成饼状试样，放入130℃烤箱中烘烤，30min后，将温度升至160℃。

　　试验现象：烘烤30min后，试样无发泡现象；温度升高，继续烘烤，亦无发泡现象。

　　试验结果：取出试样观察，试样体积无明显变化，无气泡产生。

　　分析原因：第一，可能是淀粉含量过低，粘度低，使气泡无法形成；第二，亦可能是初始温度低，使气泡无法形成；第三，发泡剂一所含的发泡成份不足。

　　改进方法：第一，增大淀粉用量；第二，提高烤箱温度；第三，替换该试验用发泡剂，使用另外一种发泡剂。

试验二

试验配料：

名  称

用  量

名  称

用  量

纸  浆

100g

温  度

140℃

玉米淀粉

50g

时  间

60min

发泡剂

2g

　　说明：实验所用玉米淀粉为糊化淀粉；纸浆为含有大量水分的稀纸浆。

　　试验过程：将纸浆与淀粉、发泡剂充分混合，揉30min，做成饼状试样，放入140℃烤箱中烘烤，烘烤60min后。

　　试验现象：随着烘烤时间的延长，试样表面干燥。

　　试验结果：取出试样观察，无气泡产生

　　原因分析：第一，可能是淀粉含量过低，黏度低，使气泡无法形成；第二，亦可能是初始温度低，使气泡无法形成；第三，发泡剂用量少。

　　改进方法：第一，考虑继续增大淀粉含量，同时虑去纸浆中的水分，降低纸浆的含水量，以提高淀粉含量的百分比。第二，继续升高温度；第三，增大发泡剂的用量。$分页符$

试验三

试验配料：

名  称

用  量

名  称

用  量

纸  浆

100g

温  度

150～200℃

玉米淀粉

120g

时  间

80min

发泡剂

5g

　　试验过程：将纸浆与淀粉、发泡剂充分混合，揉30min，做成饼状试样，放入150℃烤箱中烘烤，50min后，将温度升至200℃。

　　试验现象：肉眼看不出试样体积变化，掰开试样，发向内部有很小的蜂窝状的气孔，试样表面已经完全干燥，内部干躁不好。

　　试验结果：试样内部有微量气泡，但不明显。

　　原因分析：淀粉黏度低。而且，随着温度的升高，淀粉的黏度会降低。在高温烘烤下，试样表面很快干燥、变硬，内部即使有气泡形成，由于试样表面过硬，导致气泡无法发出。

　　改进方法：将粘合剂玉米淀粉改为合成树脂溶液。

试验四

试验配料：

名  称

用  量

名  称

用  量

纸  浆

50g

水

300g

合成树脂液

25g

温  度

190～150℃

发泡剂

5g

时  间

90min

助剂

2.5g

　　说明：合成树脂溶液浓度为10%（以下试验用到的合成树脂液均为此浓度的溶液）。 

　　试验过程：将制浆滤干，放入大烧杯中，加入50g水搅拌，将合成树脂溶液放入烧杯中，加入250g水，水浴加热30min，其间不停的搅拌，使物料充分混合。待冷却后，加入发泡剂和助剂，搅拌均匀，放入模具中。在190℃烤箱中加热。

　　试验现象：20min后，试样明显膨胀，发泡明显，不断有起泡产生，但是随着加热的进行，气泡不断从试样表面逸出，导致试样表面塌陷。40min后将温度降至150℃，继续加热，再无气泡产生，放置24小时，试样完全塌陷，发现干燥部分有霉点。

　　试验结果：过程中有气泡产生，但是最终试样中没有气泡。

　　原因分析：随着温度的升高，合成树脂溶液粘性增大，不易成型，导致气泡逸出；所制试样水分含量过高，形成的气泡较大，导致气泡壁过薄；干燥速度慢，易形成霉点。

　　改进方法：改变粘合剂的黏度，使之介于糊化玉米淀粉和合成树脂之间，可加入成核剂；减少水的用量；适当地减少发泡剂用量并加入酸；加入防腐剂。

试验五

试验配料：

名  称

用  量

名  称

用  量

纸  浆

50g

防腐剂

2.5g

合成树脂液

25g

水

250g

发泡剂

4g

温  度

140～150℃

助剂

2.5g

时  间

70min

成核剂

1g

　　试验过程：将纸浆，合成树脂溶液与水混合，水浴加热，边加热边搅拌，使其混合均匀，加入酸、助剂，待冷却后，加入发泡剂、成核剂，搅拌均匀，将试样放入140℃烤箱中烘烤20min后，温度升至150℃。

　　试验现象：10min后，开始有明显发泡，试样体积膨胀。20min后，试样表面开始塌陷，此时升高温度，体积有膨胀，但是不明显。继续加热干燥。试验结束，试样表面塌陷。

　　试验结果：过程中有发泡，但最终发泡结果不明显。

　　原因分析：随着温度的升高，合成树脂溶液粘性增大，不易成型，导致气泡逸出,不能通过加入成核剂达到留住气泡的目的；水分含量过高；

　　改进方法:改变粘合剂的成分，试采用在合成树脂溶液作为粘结剂的基础上加入玉米淀粉，使其在高温下成型；减少水的用量；改选用混合发泡剂，并增大其用量。

试验六

试验配料：

名  称

用  量

名  称

用  量

纸  浆

25g

防腐剂

0.5g

合成树脂液

10g

水

20g

混合发泡剂

5g

温  度

120～150℃

玉米淀粉

5g

时  间

60min

　　试验过程：将纸浆、玉米淀粉、发泡剂与水充分混合，揉匀，放置30min，然后加入合成树脂溶液，搅拌均匀，最后加入酸，搅拌，并将其放入模具中，放入120℃烤箱中进行烘烤，20min后，温度升高到140℃，30min后，温度升高到150℃。                           

　　试验现象：将试样放入烤箱中，5min后开始明显发泡，15min后，试样体积膨胀到最大值，20min后，试样表面开始塌陷，此时，升高温度至140℃，试样无明显变化，30min后，升温至150℃，亦无明显变化。

　　试验结果：试样内部有气泡，但试样塌陷程度过大；干燥情况良好。

　　分析原因：表面塌陷现象，考虑原因可能是因为试样干燥较慢，气泡形成过程中会流失，因为此时，试样尚未成型，体积会随着气泡的增减而发生变化。

　　改进方法：升高温度，使试样表面快速干燥成型，这样，即使气泡会流失，试样体积也不会发生太大的变化；为了增大发泡量，可在纸浆中加入少量辅助发泡剂。$分页符$

试验七

试验配料：

名  称

用  量

名  称

用  量

纸  浆

25g

防腐剂

0.5g

合成树脂液

10g

水

25g

混合发泡剂

5g

温  度

190～140℃

玉米淀粉

5g

时  间

90min

辅助发泡剂

0.1g

　　试验过程：在纸浆中加入淀粉、发泡剂、辅助发泡剂和水充分混合，揉匀，放置30min，然后加入酸、合成树脂溶液，搅拌均匀，并将其放入模具中，放入190℃烤箱中进行烘烤，20min后，温度降到140℃，继续烘烤。

　　试验现象：将试样放入烤箱中，5min后开始明显发泡，15min后，试样体积膨胀到最大值，约为原来的1.5倍。20min后，试样表面出现轻微塌陷，此时，温度降至140℃，继续烘烤，试样体积有微小变化，变小，取出试样，放置36h，试样的干燥度约为80%。

　　试验结果：出现明显气泡，肉眼可见到气泡孔，但试样上表面较硬。

　　结果分析：这次试验基本达到了预期效果，试样表面塌陷，考虑原因有两方面：一方面是因为气体有少量的流失，另一方面是因为热胀冷缩的缘故，造成试样表面塌陷，但这些都是无法避免的。试样上表面较硬，可能是因为表面干燥过快，并且直接与烤箱空气接触造成的，可以在纸浆中加入少量助剂提高它的柔软度，也可将模具上方加盖，避免试样上表面与烤箱空气直接接触。

　　改进方法：适当减少玉米淀粉用量；试样中加入能缓和试样硬度的助剂。

试验八

试验配料：

名  称

用  量

名  称

用  量

纸  浆

50g

防腐剂

1.0g

合成树脂液

20g

水

40g

混合发泡剂

10g

温  度

190～140℃

玉米淀粉

8g

时  间

60min

辅助发泡剂

0.2g

4．4 试验分析

　　本课题为试验类，虽有资料显示纸浆模塑制品发泡在国内外已有研究机构研究成功，但目前尚未投入市场，发泡方法亦无资料可查。因此，我们研究这个课题，主要通过自己摸索，找出纸浆模塑制品发泡的方法，提出自己的试验方案。纸浆模塑制品发泡，考虑到环保，首先要正确选用粘结剂，淀粉作为一种天然高分子材料在降解材料中扮演了非常重要的角色。淀粉在各种环境中都具备完全的生物降解能力；淀粉分子降解或灰化后，生成二氧化碳和水，不对土壤和空气造成毒害。同时，淀粉可以发酵，因此，本试验初步选择淀粉为粘合剂，但是，实验证明，只采用淀粉作为粘合剂与纸浆混合，因淀粉在高温下干燥过快，其粘性会随着温度升高很快的降低，这样，即使在加热过程中，纸浆内部形成气泡，也会因淀粉和纸浆混合物的快速干燥使之不能发出，使式样体积无明显变化。经过大量的试验，找到了一种合成树脂，它具备随着温度升高，表面不会干燥过快，且粘性不会迅速降低的性能。但是，仅合成树脂不能使纸浆达到发泡的效果，这是因为合成树脂与纸浆的混合物干燥后硬度不够的原因，因此，本试验中，在纸浆中加入合成树脂的前提下，在加入玉米淀粉，使之既有足够的粘性，又有一定的硬度。但合成树脂和玉米淀粉的用量使关键问题，这只能通过不断的试验摸索，找到它们之间的最佳配比。第二，发泡剂的选择是关键。本试验选择的时化学发泡剂，可以作为发泡剂的化学试剂有多种，但是要找到一种最有效的发泡剂，同时，要使纸浆达到最佳的发泡效果，还要通过大量的试验，找出发泡剂的合理用量，既要使式样达到最佳的发泡效果，又不能使用过多的发泡剂，造成浪费。第三，要合理掌握发泡温度和烘烤时间。通过试验得知，发泡温度要比烘烤温度高一些，也就是说，首先把温度调的相对高一些，待式样达到了最大发泡量的时候，再适当降低温度，对式样加热烘干。第四，考虑加入适当的助剂，使发泡达到最好的效果。对纸浆模塑发泡制品和未经发泡的纸浆模塑制品进行缓冲性能测试，得出纸浆模塑发泡制品的缓冲性能比未经发泡的纸浆模塑制品要好得多。

第五章 试验结论

 　　总的来说，本次研究比较成功，找到了合适的粘合剂、发泡剂、助剂以及它们之间的配比。纸浆模塑制品的发泡情况和干燥情况基本达到预期要求，但是由于时间和能力有限，还有许多方面尚未考虑周到：比如在工业生产方面如何实现，如何使发泡纸浆模塑制品成型，如何达到良好的干燥效果；是否还有更好的粘合剂、发泡剂实现更好的发泡效果：可以采用面粉来替代玉米淀粉，改用75℃左右的热水，这样可以使面粉达到最大的黏度，同时可以减少合成树脂的用量。但是由于时间和精力的限制，这些设想尚未进行尝试。
 

来源： 孙玉冰 来源： 中国环保油墨网