CN100354374C - 纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由大豆分离蛋白为主要原料的改性大豆蛋白塑料及其制备方法。一种纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料，其特征在于它由纤维素衍生物、大豆分离蛋白和甘油原料制得，纤维素衍生物、大豆分离蛋白各原料所占纤维素衍生物和大豆分离蛋白重量百分比为：纤维素衍生物5-50、大豆分离蛋白50-95；甘油的加入量为纤维素衍生物、大豆分离蛋白及甘油总重量的20-45%。所述的纤维素衍生物为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或甲基纤维素。本发明的产品的拉伸强度和断裂伸长率高、成本低廉、具有可生物降解性；本发明的工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种由大豆分离蛋白为主要原料的改性大豆蛋白塑料及其制备方法，属于高分子材料化学领域，也属于天然高分子领域。
背景技术
基于石油资源的合成高分子材料大量使用，不仅造成环境污染，而且将面临50年后石油资源逐渐枯竭的威胁。因此，可再生资源——天然高分子的开发和利用越来越受到重视，在该领域的基础和应用研究成果以及日益增强的全球环境法规的压力共同作用下已孵化成为一新兴工业。近年来由大豆分离蛋白为原料的新兴“工业蛋白塑料工业”方兴未艾，其主要研究与开发集中在通过热压成型(J.Appl.Polym.Sci.，1999，73，2595-2602；Polymer，1997，38，5035-5040)、注射成型和螺杆挤出(Polymer，2001，42，2569-2578)制备大豆蛋白塑料。但是，由于大豆蛋白塑料本身具有脆性大、不耐水的缺点，有的研究小组通过选择合适的多羟基增塑剂(J.Macromol.Sci.：Pure Appl.Chem.，1996，A33，557-569)、反应型增塑剂(J.Appl.Polym.Sci.，2001，81，166-175；2000，78，1063-1070)和交联剂(Polymer，2001，42，2569-2578)改善其加工性能和力学性能。但是，在对大豆蛋白塑料进行增塑的同时，不可避免地导致力学强度的下降，因此众多研究小组采用共混改性的方法，通过相容组分的引入实现强度的提高，甚至期望在提高材料抗水性等方面得到突破。通过大豆分离蛋白分别与聚酯(Polymer，2001，42，6961-6969；Polym.Int.，1999，48，1165-1172)和淀粉(美国专利：1995，5397834；1996，5523293；1999，5922379)熔融共混后进行加工得到塑料片材，从而有效地改善力学性能和提高防水性能。此外，利用工业木质素填充大豆蛋白塑料，可以在木质素类型和含量适当时同时提高强度和伸长率(中国专利：2004，ZL02115509.7；J.Appl.Polym.Sci.，2003，88，3284-3290；J.Appl.Polym.Sci.，2003，88，3291-3297)，但是在引入纤维素后在增强材料的同时导致伸长率的急剧下降(J.Appl.Polym.Sci.，2003，89，1685-1689)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉伸强度和断裂伸长率高、成本低廉、可生物降解的纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料，其特征在于它由纤维素衍生物、大豆分离蛋白和甘油原料制得，纤维素衍生物、大豆分离蛋白各原料所占纤维素衍生物和大豆分离蛋白重量百分比为：纤维素衍生物5-50、大豆分离蛋白50-95；甘油的加入量为纤维素衍生物、大豆分离蛋白及甘油总重量的20-45％；
所述的纤维素衍生物为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或甲基纤维素。
一种纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：1).按纤维素衍生物、大豆分离蛋白各原料所占纤维素衍生物和大豆分离蛋白重量百分比为：纤维素衍生物5-50、大豆分离蛋白50-95，选取纤维素衍生物和大豆分离蛋白，所述的纤维素衍生物为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或甲基纤维素，备用；按甘油的加入量为纤维素衍生物、大豆分离蛋白及甘油总重量的20-45％，选取甘油原料，备用；2).将纤维素衍生物与大豆分离蛋白机械混合，并加入甘油增塑；然后在密炼机中于120-170℃、10-80 rpm条件下进行熔融共混3-10分钟；然后在120-180℃、10-40MPa下热压得到片材，即得产品。
本发明的方法利用纤维素衍生物和大豆分离蛋白这些价廉的再生资源，成本低廉；通过简单工艺制得工业用复合材料(一种纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料)，由于所用原料均为具有生物降解性的天然高分子，因此该复合材料为环境友好材料，利于环保；本发明的纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料在拉伸强度和断裂伸长率两个力学性能指标上可以同时得到提高，性能突出、具有实用性；纤维素衍生物的加入，可以借助纤维素分子主链的刚性增强材料(即拉伸强度增加)，同时利用侧基与大豆蛋白分子发生相互作用并导致相应的微相结构的改变来实现韧性的提高(即断裂伸长率增加)。本发明可以通过改变纤维素衍生物的类型和含量、以及调节甘油的加入量来实现对材料力学性能和物理性质的调控，得到不同性能的塑料，满足更为广泛的实际需要。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
将羟乙基纤维素(山东赫达股份公司)与大豆分离蛋白(湖北省杜邦云梦蛋白食品有限公司)按下述10种比例分别机械混合，其中羟乙基纤维素所占的重量百分比分别为5、10、15、20、25、30、35、40、45、50，得10种混合料。然后在10种混合料中分别加甘油增塑混合拌匀(甘油加入量为羟乙基纤维素、大豆分离蛋白及甘油总重量的30％)，然后在密炼机中于140℃、30rpm条件下进行熔融共混5分钟；然后将共混产物分别在140℃和20MPa下热压3分钟，保持压力恒定风冷30分钟至约50℃。制备的片材的力学性能见表1。力学性能参照ISO6239-1986(E)标准在深圳新三思测试仪器公司的CMT6503仪器上测得，拉伸速率为10mm/min。
实施例2：
将羟丙基纤维素(山东赫达股份公司)与大豆分离蛋白(湖北省杜邦云梦蛋白食品有限公司)按下述10种比例分别机械混合，其中羟丙基纤维素所占的重量百分比分别为5、10、15、20、25、30、35、40、45、50，得10种混合料。然后在10种混合料中分别加甘油增塑混合拌匀(甘油加入量为羟丙基纤维素、大豆分离蛋白及甘油总重量的30％)，然后在密炼机中于140℃、30rpm条件下进行熔融共混5分钟；然后将共混产物分别在140℃和20MPa下热压3分钟，保持压力恒定风冷30分钟至约50℃。制备的片材的力学性能见表1。力学性能测试同实施例1。
实施例3：
将甲基纤维素(山东赫达股份公司)与大豆分离蛋白(湖北省杜邦云梦蛋白食品有限公司)按下述10种比例分别机械混合，其中甲基纤维素所占的重量百分比分别为5、10、15、20、25、30、35、40、45、50，得10种混合料。然后在10种混合料中分别加甘油增塑混合拌匀(甘油加入量为甲基纤维素、大豆分离蛋白及甘油总重量的30％)，然后在密炼机中于140℃、30rpm条件下进行熔融共混5分钟；然后将共混产物分别在140℃和20MPa下热压3分钟，保持压力恒定风冷30分钟至约50℃。制备的片材的力学性能见表1。力学性能测试同实施例1。
比较例1：
将大豆分离蛋白(湖北省杜邦云梦蛋白食品有限公司)与大豆分离蛋白和甘油总重量的30％的甘油增塑混合拌匀，然后在密炼机中于140℃、30rpm条件下进行熔融共混5分钟；然后将共混产物分别在140℃和20MPa下热压3分钟，保持压力恒定风冷30分钟至约50℃。制备的片材的力学性能见表1。力学性能测试同实施例1。
表1纤维素衍生物改性大豆分离蛋白塑料的力学性能
| 纤维素衍生物类型 | 混合料中纤维素衍生物的含量(wt％) | 甘油加入量为纤维素衍生物、大豆分离蛋白及甘油总重量的％ | 力学性能 | ||
| 抗张强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 杨氏模量(MPa) | |||
| 实施例1 | 5 | 30 | 11.74 | 81.92 | 233.36 |
| 10 | 10.21 | 49.92 | 219.78 | ||
| 羟乙基纤维素 | 15 | 9.82 | 47.79 | 212.79 | |
| 20 | 9.77 | 41.58 | 208.61 | ||
| 25 | 9.61 | 31.23 | 205.06 | ||
| 30 | 8.72 | 29.58 | 177.06 | ||
| 35 | 8.51 | 25.61 | 161.22 | ||
| 40 | 8.24 | 20.79 | 153.41 | ||
| 45 | 7.58 | 20.78 | 132.07 | ||
| 50 | 7.05 | 18.86 | 126.87 | ||
| 实施例2羟丙基纤维素 | 5 | 30 | 11.62 | 54.73 | 244.26 |
| 10 | 11.03 | 47.79 | 232.57 | ||
| 15 | 10.33 | 47.47 | 216.54 | ||
| 20 | 9.87 | 47.77 | 195.19 | ||
| 25 | 9.54 | 42.49 | 190.83 | ||
| 30 | 8.91 | 44.22 | 157.21 | ||
| 35 | 8.40 | 42.67 | 152.97 | ||
| 40 | 8.25 | 34.29 | 137.81 | ||
| 45 | 7.40 | 38.01 | 121.64 | ||
| 50 | 6.96 | 39.34 | 119.37 | ||
| 实施例3甲基纤维素 | 5 | 30 | 7.89 | 91.75 | 219.67 |
| 10 | 7.95 | 52.59 | 235.90 | ||
| 15 | 10.68 | 32.72 | 380.22 | ||
| 20 | 9.52 | 30.14 | 367.28 | ||
| 25 | 9.45 | 26.41 | 330.38 | ||
| 30 | 9.40 | 22.02 | 326.58 | ||
| 35 | 8.48 | 29.04 | 301.81 | ||
| 40 | 8.11 | 27.60 | 289.65 | ||
| 45 | 7.49 | 28.54 | 282.94 | ||
| 50 | 7.25 | 27.59 | 297.89 | ||
| 比较例1 | - | 30 | 7.23 | 55.64 | 456.17 |
由表1可知，本发明的纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料在纤维素衍生物添加量适当时，拉伸强度和断裂伸长率两个力学性能指标上同时得到提高，性能突出。本发明可以通过改变纤维素衍生物的类型和含量、以及调节甘油的加入量来实现对材料力学性能和物理性质的调控，得到不同性能的塑料，满足更为广泛的实际需要。
实施例4：
一种纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料的制备方法，它包括如下步骤：1).按纤维素衍生物、大豆分离蛋白各原料所占重量百分比为：纤维素衍生物5、大豆分离蛋白95，选取纤维素衍生物和大豆分离蛋白，纤维素衍生物选用羟乙基纤维素，备用；按甘油的加入量为纤维素衍生物、大豆分离蛋白及甘油总重量的20％，选取甘油原料，备用；2).将纤维素衍生物与大豆分离蛋白机械混合，并加入甘油增塑；然后在密炼机中于120-170℃、10-80 rpm条件下进行熔融共混3-10分钟；然后在120-180℃、10-40MPa下热压得到片材，即得产品。
实施例5：
一种纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料的制备方法，它包括如下步骤：1).按纤维素衍生物、大豆分离蛋白各原料所占重量百分比为：纤维素衍生物50、大豆分离蛋白50，选取纤维素衍生物和大豆分离蛋白，纤维素衍生物选用羟丙基纤维素，备用；按甘油的加入量为纤维素衍生物、大豆分离蛋白及甘油总重量的45％，选取甘油原料，备用；2).将纤维素衍生物与大豆分离蛋白机械混合，并加入甘油增塑；然后在密炼机中于120-170℃、10-80rpm条件下进行熔融共混3-10分钟；然后在120-180℃、10-40MPa下热压得到片材，即得产品。
Claims (2)
1.一种纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料，其特征在于它由纤维素衍生物、大豆分离蛋白和甘油原料制得，纤维素衍生物、大豆分离蛋白各原料所占纤维素衍生物和大豆分离蛋白重量百分比为：纤维素衍生物5-50、大豆分离蛋白50-95；甘油的加入量为纤维素衍生物、大豆分离蛋白及甘油总重量的20-45％；所述的纤维素衍生物为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或甲基纤维素。
2.如权利要求1所述的一种纤维素衍生物改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：1).按纤维素衍生物、大豆分离蛋白各原料所占纤维素衍生物和大豆分离蛋白重量百分比为：纤维素衍生物5-50、大豆分离蛋白50-95，选取纤维素衍生物和大豆分离蛋白，所述的纤维素衍生物为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或甲基纤维素，备用；按甘油的加入量为纤维素衍生物、大豆分离蛋白及甘油总重量的20-45％，选取甘油原料，备用；2).将纤维素衍生物与大豆分离蛋白机械混合，并加入甘油增塑；然后在密炼机中于120-170℃、10-80rpm条件下进行熔融共混3-10分钟；然后在120-180℃、10-40MPa下热压得到片材，即得产品。
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