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

上海保圣流變儀RH-20助力武漢輕工大學機械工程學院宣肖團隊近日在國際期刊《Heliyon》10 (2024) e24057上發表了題為“大米淀粉凝膠的制備及基于直寫式三維打印的交聯網絡結構流變特性的研究”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，形成具有孔交聯網絡的凝膠聚合，具有潛在的印刷性能。本研究提出了一種性能穩定的大米淀粉凝膠制備方案，并根據RVA試驗分析了淀粉顆粒在制備過程中的相變機理，分為溶脹、反應、均化和自組四個階段。用淀粉濃度效應測試了凝膠表面張力和接觸角，建立了相關性，將分子間內聚力和交聯網絡之間的競爭結果重新影響到凝膠液滴宏觀形態。利用掃描電鏡揭示了不同淀粉分子組分比例的典型交聯結構，為淀粉凝膠流變性能的變化提供了客觀支持。結果表明，在濃度為12%時，凝膠內部形成交聯網絡，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。20%以下的粳稻凝膠具有較高的粘度和內部交聯網絡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。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流變儀（RH-20；上海保圣實業發展有限公司）來表征所制備的大米淀粉凝膠的機械性能，包括剛性、穩定性和流動性。

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，將剪切速率設定為0.1至100 s?1以獲得穩定的剪切粘度，在振蕩試驗中，角頻率設定為1.5至150 rad/s，恒定應變設定為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，分析了凝膠內物理交聯網絡的力學性能。

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