上海保圣流變儀RH-20助力武漢輕工大學(xué)研究人員在國際期刊《Heliyon》上發(fā)表淀粉凝膠的論文

上海保圣流變儀RH-20助力武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院宣肖團(tuán)隊近日在國際期刊《Heliyon》10 (2024) e24057上發(fā)表了題為“大米淀粉凝膠的制備及基于直寫式三維打印的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)流變特性的研究”的論文。

支鏈淀粉和直鏈淀粉組分是大米淀粉顆粒中的天然聚合物，在特定條件下相互交織，形成具有孔交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的凝膠聚合，具有潛在的印刷性能。本研究提出了一種性能穩(wěn)定的大米淀粉凝膠制備方案，并根據(jù)RVA試驗分析了淀粉顆粒在制備過程中的相變機(jī)理，分為溶脹、反應(yīng)、均化和自組四個階段。用淀粉濃度效應(yīng)測試了凝膠表面張力和接觸角，建立了相關(guān)性，將分子間內(nèi)聚力和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的競爭結(jié)果重新影響到凝膠液滴宏觀形態(tài)。利用掃描電鏡揭示了不同淀粉分子組分比例的典型交聯(lián)結(jié)構(gòu)，為淀粉凝膠流變性能的變化提供了客觀支持。結(jié)果表明，在濃度為12%時，凝膠內(nèi)部形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，直鏈淀粉含量為4.475%的凝膠具有較好的印刷精度。凝膠剪切模量與直鏈淀粉比例呈正相關(guān)。20%以下的粳稻凝膠具有較高的粘度和內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)斷裂后的快速重組能力。最大動力粘度與淀粉濃度呈正相關(guān)。本研究旨在為深入分析大米淀粉材料在直寫3D打印中的應(yīng)用提供理論和實踐支持。

圖1  制備的大米淀粉凝膠樣品

流變測量本研究使用旋轉(zhuǎn)流變儀（RH-20；上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司）來表征所制備的大米淀粉凝膠的機(jī)械性能，包括剛性、穩(wěn)定性和流動性。

在測試之前，使用直徑為50mm的平行板。將淀粉凝膠以1mm的間隙放置在測試平臺上。同時，在流動試驗中，將剪切速率設(shè)定為0.1至100 s?1以獲得穩(wěn)定的剪切粘度，在振蕩試驗中，角頻率設(shè)定為1.5至150 rad/s，恒定應(yīng)變設(shè)定為5%。在測量過程中，記錄了淀粉凝膠的動力粘度η和剪切模量G，分析了凝膠內(nèi)物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的力學(xué)性能。

圖2,3,4 剪切速率對不同淀粉濃度下三種凝膠動力粘度的影響：（A）粳稻凝膠、（B）糯性凝膠、（C）秈稻凝膠