本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种淀粉发泡产品及其制备方法。
背景技术：
随着快销行业的迅猛发展，包装用泡沫制品用量持续增加，极大加速了不可再生能源的消耗和环境污染。淀粉作为自然界一种丰富的天然可再生资源，具有来源广泛、价格低廉、可降解及再生周期短等优势，淀粉基发泡产品的开发及应用成为国际研究的热点。
已有的研究中，淀粉类发泡产品主要由全淀粉或淀粉与纤维素、聚酯类等成分共混并辅以成核剂与发泡剂，通过挤出体系挤出发泡或硫化机模压成型发泡制备。传统的发泡剂主要包括超临界CO2、十二烷基磺酸钠、偶氮二甲酰胺(AC发泡剂)等，这些试剂或为化学试剂或成本高，对环境和人体都有伤害，无法大规模应用。近些年，为了节省成本和满足环保需求，水蒸气发泡技术广泛应用于生产和研究中。在发泡过程中，通常会加入成核剂进而降低聚合物的表面张力，促进气泡核形成。目前发泡产品生产过程中多使用无机成核剂，如碳酸钙、滑石粉等。该类成分具有较大的硬度，加工过程中容易对高速运转的加工设备(如螺杆挤出机、高速混合机等)造成机械磨损。同时该类无机组分的存在，限制了相关产品在食品、医药等领域中的应用。
技术实现要素：
基于此，本发明的目的是提供一种淀粉发泡产品。
具体的技术方案如下：
一种淀粉发泡产品，包括如下重量百分比的组分制备而成：
所述成核剂选自麸皮、玉米粕、豆粕、微晶淀粉以及微晶纤维素中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述发泡剂为水。
在其中一个实施例中，所述增塑剂选自甘油、山梨醇、聚乙二醇、丙二醇、甘露醇和木糖醇中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述淀粉选自马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉以及小麦淀粉中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述淀粉改性淀粉选自通过醚化、酯化或羟丙基化交联改性的马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉中的一种或几种。
本发明的另一目的是提供上述淀粉发泡产品的制备方法。
具体的技术方案如下：
上述淀粉发泡产品的制备方法，包括如下步骤：
将所述成核剂进行干燥、粉碎；
共混：将所述淀粉或所述改性淀粉、干燥粉碎后的所述成核剂、所述增塑剂以及部分所述发泡剂加入混合机中，共混，得共混料；
造粒：将所述共混物以及余量的所述发泡剂通过双螺杆挤出机挤出造粒，得粒料；
发泡：将所述粒料通过单螺杆挤出机挤出发泡，即得所述淀粉发泡产品。
在其中一些实施例中，所述成核剂的干燥粉碎的工艺参数为：与100-200℃真空干燥2-3h，使所述成核剂的水分含量将至6％以下，粉碎至45-55μm。
在其中一些实施例中，所述共混的工艺参数为：以70-200r/min共混20-25min。
在其中一些实施例中，所述造粒的工艺参数为：所述双螺杆挤出机长径比30-40：1，螺杆转速60-240r/min，模头孔径为2-3.5mm，各区间的温度范围为40-100℃，水的进样流量为20-80ml/min，所述共混料的进样流量为5-50L/h。
在其中一些实施例中，控制所述粒料中水分含量为13-15％；所述发泡的工艺参数为：所述单螺杆挤出机长径比15-25：1，螺杆转速60-160r/min，模头孔径为2-3.3mm，各区间的温度范围为140-180℃，机头挤出压力为20-30Mpa。
上述淀粉发泡产品选取玉米皮、麸皮等天然成分及其衍生物作为有机成核剂。由于其主要成分是纤维和蛋白质，可与淀粉分子互相连接形成网络状胶质整体，并且具有延伸性和弹性，是构成保持的骨架，使制品更易于形成和保持疏松多孔的结构，同时可提高淀粉基材的力学性能和防水性，及抑制淀粉的老化过程，进而起到促进成核和性能增强的双重作用。
上述淀粉发泡产品采用双螺杆挤出体系共混制备热塑性淀粉粒料(初成品)。接着，初成品粒料在高温高压环境(单螺杆挤出发泡体系)熔融成流体，由于成核剂的存在使得流体内部形成自由能差，挤出过程中物料瞬间释放压力并以无数成核剂为基点形成气室。同时，初成品内部的水分子在高温高压下形成过热流体，在机头口处瞬间汽化产生泡孔。
上述淀粉发泡产品及其制备方法具有以下优点和有益效果：
(1)上述淀粉发泡产品使用可食用的天然产物及其衍生物作为成核剂来生产发泡制品，同时主要基料为可食用淀粉，使得本发明可以直接包装内容物，可应用于食品、保健品、医疗用品等对卫生要求较高的领域，填补市场在此方面的空缺，同时减少对机械设备的磨损。
(2)上述淀粉发泡产品以一种绿色环保工艺配以绿色环保原料生产全淀粉发泡产品的一套体系。避免现行发泡体系在加工过程中污染环境。同时，上述制备方法得到的产品在自然界环境中，可天然全降解，无任何残留。
(3)上述淀粉发泡产品的制备方法采用间歇式加工方式，分步生产出淀粉粒料(初成品)和发泡制品。可在加工车间中生产出初成品，再运输到发泡产品使用地附近进行二次加工，这样就增长了生产企业辐射范围并且大大节省了运输和贮藏成本。
上述淀粉发泡产品(以水蒸气为主要发泡剂及有机可食用的天然产物及其衍生物作为成核剂)，开发出原料来源和加工工艺均为绿色全淀粉发泡产品，产品可直接与包装物接触，可应用于食品和医药等领域。有机成核剂的使用可减缓机械设备的磨损、延长加工设备的使用寿命及增强产品性能。本发明同时由于可食性的原料及绿色化生产工艺，废弃后的样品可作为动物饲料或土壤的肥料，且具有天然可降解性，不会对自然界有任何危害。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本实施例一种淀粉发泡产品的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备成核剂：小麦麸皮烘干至水分为5％，粉碎后过300目筛。
(2)称量物料：玉米淀粉88wt％成核剂2wt％和发泡剂(水)0.5wt％
(3)将量得到的淀粉、成核剂、发泡剂置于高速混合机内，在常温下以速率70r/min预混5min；
(4)加入甘油1.5wt％和8wt％的水在60℃条件下以速率70r/min共混20min，确保混合均匀；
(5)开启双螺杆挤出机，使用步骤(4)得到的共混料并加入水进行挤出造粒；
(51)设定双螺杆挤出机的七段温度：从加料口开始螺杆第一段温度40℃、螺杆第二段温度40℃、螺杆第三段温度80℃、螺杆第四段温度90℃、螺杆第五段温度90℃、螺杆第六段温度90℃、螺杆第七段温度80℃，机头温度为80℃，等待温度稳定在设置温度；
(52)依据生产需要设置双螺杆挤出机转速60r/min；
(53)用柱塞泵将水加入挤出机，水的进样流量为20ml/min；
(54)将混合均匀的原料用双螺杆体积式喂料机加入挤出机，喂料机流量5L/h；
(55)协调喂料机、柱塞泵和双螺杆挤出机三者的喂料速率制备出线型材料，并控制粒料水分含量达到13％；
(56)收集挤出的材料冷却后用造粒机进行造粒；
(6)开启单螺杆挤出机，使用步骤(5)中得到的初成品粒料采用螺杆高压挤出方式发泡成型；
(61)设定单螺杆挤出机的三段温度：从加料口开始螺杆第一段温度140℃、螺杆第二段温度160℃、螺杆第三段温度180℃，机头温度设为180℃；
(62)依据生产需要设置单螺杆挤出机转速60r/min；
(63)直接将初成品加入单螺杆挤出机；
(64)微量调节单螺杆挤出体系各参数如温度、转速等，并挤出生成所述淀粉发泡产品。
实施例2
本实施例一种淀粉发泡产品的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备成核剂：玉米粕烘干至水分为6％，粉碎后过300目筛。
(2)称量物料：木薯淀粉95wt％、成核剂1wt％和发泡剂(水)0.2wt％
(3)将量得到的淀粉、成核剂、发泡剂放高速混合机内，在常温下以速率200r/min先预混8min；
(4)加入甘油1.8wt％和水2wt％在60℃下以速率200r/min共混25min，确保混合均匀；
(5)开启双螺杆挤出机，使用步骤(4)得到的共混料并加入水进行挤出造粒；
(51)设定双螺杆挤出机的七段温度：从加料口开始螺杆第一段温度40℃、螺杆第一段温度40℃、螺杆第一段温度80℃、螺杆第一段温度100℃、螺杆第一段温度100℃、螺杆第一段温度90℃、螺杆第一段温度80℃，机头温度为80℃，等待温度稳定在设置温度；
(52)依据生产需要设置双螺杆挤出机转速240r/min；
(53)用柱塞泵将增塑剂加入挤出机，水的进样流量为80ml/min；
(54)将混合均匀的原料用双螺杆体积式喂料机加入挤出机，喂料机流量15L/h；
(55)协调喂料机、柱塞泵和双螺杆挤出机三者的速率制备出线型材料，并控制粒料水分含量达到15％；
(56)收集挤出的材料冷却后用造粒机进行造粒；
(6)开启单螺杆挤出机，使用步骤(5)中得到的初成品粒料采用螺杆高压挤出方式发泡成型；
(61)设定单螺杆挤出机的三段温度：从加料口开始螺杆第一段温度140℃、螺杆第一段温度160℃、螺杆第一段温度170℃，机头温度设为180℃；
(62)依据生产需要设置单螺杆挤出机转速160r/min；
(63)直接将初成品加入单螺杆挤出机；
(64)微量调节单螺杆挤出体系各参数如温度、转速等，并挤出生成发泡生产成品。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。