本發(fā)明涉及一種粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法。

背景技術(shù)：

目前市場上所有原材料及產(chǎn)品形態(tài)中，有70％以上都是以粉體顆粒的形式存在的。在食品、藥品、化工等不同行業(yè)中，粉體在加工及貯藏過程中的吸濕結(jié)塊問題是普遍存在的問題，它不僅可以顯著降低產(chǎn)品品質(zhì)，同時引起巨大的經(jīng)濟損失。目前對粉體吸濕結(jié)塊的研究方法主要是測定其在75％相對濕度下的吸濕率，但僅通過吸濕率無法對粉體形成的結(jié)塊程度大小進行定量判斷。如何預計所貯存的粉體產(chǎn)品的結(jié)塊程度從而確定其保質(zhì)期是行業(yè)中亟待解決的重要問題。因此，開發(fā)粉體吸濕結(jié)塊程度的定量方法對于粉體行業(yè)的發(fā)展具有重要促進作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法，其采用球壓痕法對粉體顆粒床不同貯藏條件過程中表面硬度進行動態(tài)檢測，可判斷粉體吸濕是否為可逆過程以及發(fā)生不可逆吸濕的臨界條件，相關結(jié)果可為產(chǎn)品在實際生產(chǎn)及貯藏過程中的條件選擇及控制提供數(shù)據(jù)支撐，同時，本發(fā)明還具有樣品量少，檢測速度快及靈敏性高的優(yōu)點。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法，包括：

步驟(1)將粉體置于0％相對濕度下進行平衡得到絕干樣品；

步驟(2)對步驟(1)得到的絕干樣品進行低應力壓縮實驗，形成顆粒床；

步驟(3)將所述顆粒床置于0％相對濕度條件下，采用球壓痕法測定顆粒床表面初始硬度；

步驟(4)將所述顆粒床置于不同相對濕度條件下放置不同時間，采用球壓痕法測定不同條件下顆粒床表面硬度的動力學變化，建立顆粒床表面硬度與濕度、溫度及時間的相關關系；并根據(jù)該相關關系以及顆粒床表面初始硬度確定粉體的吸濕過程是否可逆以及發(fā)生不可逆吸濕的臨界條件。

優(yōu)選的是，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述步驟(4)中，所述相對濕度范圍為11％-90％，所述溫度范圍為5-60℃。

優(yōu)選的是，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述步驟(4)中，所用球的直徑可為1.6-10mm，所用壓力為7mn-5n，球形壓頭加載速度為0.5-2mm/min。

優(yōu)選的是，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述步驟(3)中，所用球的直徑可為1.6-10mm，所用壓力為3-200mn，球形壓頭加載速度為0.5-2mm/min。

優(yōu)選的是，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所用球為玻璃球。

優(yōu)選的是，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述步驟(2)中，所述低應力壓縮試驗中，所述低應力壓縮實驗所用壓強范圍為2-8kpa，活塞加載速度范圍為0.5-2mm/min。

優(yōu)選的是，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述粉體為食品、化工及藥用粉體。

優(yōu)選的是，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述粉體為聚乙烯比咯烷酮、羥丙基纖維素及甘露醇。

本發(fā)明所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法采用球壓痕法對粉體顆粒床不同貯藏條件過程中表面硬度進行動態(tài)檢測，可判斷粉體吸濕是否為可逆過程以及發(fā)生不可逆吸濕的臨界條件，相關結(jié)果可為產(chǎn)品在實際生產(chǎn)及貯藏過程中的條件選擇及控制提供數(shù)據(jù)支撐。本發(fā)明采用球壓痕法，樣品單次檢測時間少于2min，具有方便快捷及穩(wěn)定性高的特點。該方法同時可對同一顆粒床進行多點動態(tài)檢測，不僅節(jié)約樣品量，還避免了不同樣品之間引起的誤差，實驗結(jié)果準確率更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法的實施例一中球壓痕過程中壓力加載及卸載曲線；

圖2為本發(fā)明所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法的實施例一中不同相對濕度條件下pvp顆粒床表面硬度的動力學曲線；

圖3為本發(fā)明所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法的實施例二中不同溫度條件下hpc顆粒床表面硬度的動力學曲線；

圖4為本發(fā)明所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法的實施例三中不同相對濕度條件下甘露醇顆粒床表面硬度的動力學曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

本發(fā)明提供一種粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法，包括：

步驟(1)將粉體置于0％相對濕度下進行平衡得到絕干樣品；

步驟(2)對步驟(1)得到的絕干樣品進行低應力壓縮實驗，形成顆粒床；

步驟(3)將所述顆粒床置于0％相對濕度條件下，采用球壓痕法測定顆粒床表面初始硬度；

步驟(4)將所述顆粒床置于不同相對濕度條件下放置不同時間，采用球壓痕法測定不同條件下顆粒床表面硬度的動力學變化，建立顆粒床表面硬度與濕度、溫度及時間的相關關系；并根據(jù)該相關關系以及顆粒床表面初始硬度確定粉體的吸濕過程是否可逆以及發(fā)生不可逆吸濕的臨界條件。

本發(fā)明采用球壓痕法對粉體顆粒床不同貯藏條件過程中表面硬度進行動態(tài)檢測，可判斷粉體吸濕是否為可逆過程以及發(fā)生不可逆吸濕的臨界條件，相關結(jié)果可為產(chǎn)品在實際生產(chǎn)及貯藏過程中的條件選擇及控制提供數(shù)據(jù)支撐。本發(fā)明采用球壓痕法，樣品單次檢測時間少于2min，具有方便快捷及穩(wěn)定性高的特點。該方法同時可對同一顆粒床進行多點動態(tài)檢測，不僅節(jié)約樣品量，還避免了不同樣品之間引起的誤差，實驗結(jié)果準確率更高。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述步驟(4)中，所述相對濕度范圍為11％-90％，所述溫度范圍為5-60℃。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述步驟(4)中，所用球的直徑可為1.6-10mm，所用壓力為7mn-5n，球形壓頭加載速度為0.5-2mm/min。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述步驟(3)中，所用球的直徑可為1.6-10mm，所用壓力為3-200mn，球形壓頭加載速度為0.5-2mm/min。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所用球為玻璃球。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述步驟(2)中，所述低應力壓縮試驗中，所述低應力壓縮實驗所用壓強范圍為2-8kpa，活塞加載速度范圍為0.5-2mm/min。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述粉體為食品、化工及藥用粉體。本發(fā)明應用廣泛，在對食品、化工以及藥用粉體的吸濕結(jié)塊程度的定量表征中，均能取得準確的表征結(jié)果。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述的粉體吸濕結(jié)塊程度定量表征方法中，所述粉體為聚乙烯比咯烷酮、羥丙基纖維素及甘露醇。

為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，現(xiàn)提供以下實施例。

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法；下述實施例中所用的試劑、材料等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

下述實施例中所使用的聚乙烯比咯烷酮(pvp-k30)、羥丙基纖維素(hpc)及甘露醇(200sd)購買于英國astrazeneca公司。

下述實施例中所使用的instron測試設備購買于英國instron公司。

下述實施例中所使用的氯化鋰，氯化鈉及氯化鎂購買于飛世爾實驗器材(上海)有限公司，其飽和溶液用于分別產(chǎn)生11％，33％及75％的相對濕度。

下述實施例中所使用的硅膠購買于佛山市嘉德鴻海防潮科技有限公司。

實施例一聚乙烯比咯烷酮不同濕度下吸濕結(jié)塊程度定量表征

(1)稱取10g聚乙烯比咯烷酮(pvp)粉體于不銹鋼容器(直徑4cm)中，然后放置在盛有硅膠的干燥器中，放置4d，粉體床質(zhì)量不再發(fā)生變化；

(2)采用5kpa的壓力對步驟1)中pvp粉體床進行壓縮，所用活塞直徑為4cm，活塞加載速度為1mm/min；

(3)采用球形壓頭進行壓痕實驗，所用球為玻璃球，所用玻璃球直徑為4mm；采用3-11mn的力進行球壓痕實驗，更具體的可為7mn，球形壓頭的加載速度為1mm/min，獲得顆粒床在0％相對濕度下的初始硬度值；

(4)將pvp顆粒床分別放置25℃，11％，33％及75％相對濕度下8d，采用球壓痕法對顆粒床的硬度值進行動態(tài)測定。球形壓頭的加載速度為1mm/min，所用壓力可為7mn-5n；

(5)建立顆粒床硬度與濕度(11％，33％及75％)及時間(0-8d)的相關關系，確定pvp吸濕過程是否可逆及發(fā)生不可逆吸濕的臨界條件。

請看圖2，圖2為該實施例中球壓痕過程中壓力加載及卸載曲線。顆粒床表面吸濕結(jié)塊程度采用表面硬度(h)進行表征。其中，硬度計算公式如下：

h＝fmax/π(db×hc,max-h²c,max)，

其中，fmax為使用的最大壓力，db為所用球的直徑，hc,max為壓力卸載曲線初始階段的斜率下對應的壓縮深度。

則最終的檢測結(jié)果如圖3所示。

從圖3可知，低濕度下(11％)對pvp粉體顆粒床表面硬度無顯著影響，表明在11％濕度下粉體顆粒床穩(wěn)定性很高，不會發(fā)生吸濕結(jié)塊；在中等濕度(33％)下，雖然pvp顆粒床硬度隨著時間有所增加，但在第5d硬度值達到平衡值(3kpa)，僅為0％濕度下的3倍左右，pvp顆粒床仍具有良好的流動性；在高濕度(75％)下，且隨著時間的延長，pvp顆粒床發(fā)生嚴重的結(jié)塊現(xiàn)象，硬度值呈現(xiàn)上升趨勢，在第7天硬度達到最高值(2200kpa，是0％濕度下的2500倍)，之后隨著水分含量的進一步吸附，表面液化，硬度值有所降低。對于pvp原料來講，在硬度值低于100kpa時(第5d)，粉體吸濕結(jié)塊為可逆的，此時所形成的結(jié)塊程度較低，需要較低的力可以再回復到粉體狀態(tài)。但超過100kpa之后(第6d之后)，粉體吸濕為不可逆過程，pvp顆粒床顏色由淺黃色變?yōu)辄S色。結(jié)果表明，球壓痕法與相對濕度和時間之間存在顯著的相關關系，通過顆粒床表面硬度的變化可以判斷其吸濕結(jié)塊程度及是否為可逆吸濕過程。

實施例二羥丙基纖維素不同溫度下吸濕結(jié)塊程度定量表征

(1)稱取15g羥丙基纖維素(hpc)粉體于不銹鋼容器(直徑4cm)中，然后放置在盛有硅膠的干燥器中，放置4d，粉體床質(zhì)量不再發(fā)生變化；

(2)采用7.5kpa的壓力對步驟1)中hpc粉體床進行壓縮，所用活塞直徑為4cm，活塞加載速度為1mm/min；

(3)采用球形壓頭進行壓痕實驗，所用球為玻璃球，所用玻璃球直徑為4mm；采用10-200mn的力進行球壓痕實驗，更具體的可為150mn，球形壓頭的加載速度為1mm/min，獲得顆粒床在0％濕度下的初始硬度值；

(4)將hpc顆粒床分別放置25℃及45℃，75％相對濕度下8d，采用球壓痕法對顆粒床的硬度值進行動態(tài)測定；球形壓頭的加載速度為1mm/min，所用壓力可為150mn；

(5)建立顆粒床硬度與溫度(25℃及45℃)及時間(0-8d)的相關關系，確定pvp吸濕過程是否可逆及發(fā)生不可逆吸濕的臨界條件。

硬度檢測方法同實施例一。

則最終檢測結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，在25℃，75％相對濕度下放置7-8d，產(chǎn)品硬度值相對比較穩(wěn)定(36kpa)，但此時樣品顆粒床出現(xiàn)體積收縮的現(xiàn)象，其吸濕結(jié)塊過程已不可逆；在放置第3d時，顆粒床開始出現(xiàn)與容器分離的跡象(25kpa)。45℃下可以明顯加快hpc顆粒床的結(jié)塊速度，45℃，75％相對濕度下放置1d的硬度值要高于25℃，75％相對濕度下的8d的硬度值，且顆粒床體積開始降低。在25℃，75％相對濕度放置3d，45℃，75％相對濕度下放置1d后，hpc產(chǎn)品已經(jīng)失去商品價值。因此，對于hpc產(chǎn)品來講，其表面硬度值低于25kpa時具有較好的穩(wěn)定性。

實施例三甘露醇不同濕度下吸濕結(jié)塊程度定量表征

(1)稱取20g甘露醇粉體于不銹鋼容器(直徑4cm)中，然后放置在盛有硅膠的干燥器中，放置2d，粉體床質(zhì)量不再發(fā)生變化；

(2)采用7.5kpa的壓力對步驟1)中甘露醇粉體床進行壓縮，所用活塞直徑為4cm，活塞加載速度為1mm/min；

(3)采用球形壓頭進行壓痕實驗，所用球為玻璃球，所用玻璃球直徑為4mm；采用3-20mn的力進行球壓痕實驗，更具體的可為9mn，球形壓頭的加載速度為1mm/min，獲得顆粒床在0％濕度下的初始硬度值；

(4)將甘露醇顆粒床分別放置25℃，11％，33％及75％相對濕度下8d，采用球壓痕法對顆粒床的硬度值進行動態(tài)測定；球形壓頭的加載速度為1mm/min，所用壓力可為9-100mn；

(5)建立顆粒床硬度與濕度(11％，33％及75％)及時間(0-8d)的相關關系，確定甘露醇吸濕過程是否可逆及發(fā)生不可逆吸濕的臨界條件。

硬度檢測方法同實施例一。

則最終檢測結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，11％及33％相對濕度對甘露醇粉體硬度變化沒有顯著影響；而在75％相對濕度下，甘露醇顆粒床的硬度隨著暴露時間的延長，其硬度值升高，但在第二天達到平衡(6kpa)。但是其硬度值變化相對pvp和hpc來講要小很多。這是由于甘露醇的吸濕結(jié)塊是可逆的，其形成的結(jié)塊比較脆弱，用相對較小的機械力就可將其破壞。

以上三個實施例的結(jié)果表明，球壓痕技術(shù)可以判斷不同原料，不同濕度及溫度下隨著時間變化條件下，其形成的結(jié)塊是否可逆以及不可逆結(jié)塊發(fā)生的硬度臨界值。綜上所述，本發(fā)明所述的方法是一種快速、可靠準確的一種定量表征粉體吸濕結(jié)塊程度的方法。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。