CN101302347B - 一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其步骤为：首先将麻纤维经脱胶、梳理、热压成纤维毡；大豆蛋白质和增塑剂按一定比例机械混合，在室温下密封平衡一定时间；然后将麻纤维毡铺设在大豆蛋白质增塑剂多组分基体中；经模塑或热压成型方法得到大豆蛋白质基复合材料。本发明所用原料来源广泛、再生降解、成本低、安全无毒，复合材料制备方法简单可控，具有很好的力学性能和较高的耐水性能，与仅用增塑剂的大豆蛋白质材料相比，机械力学性能明显提高。所以此复合材料为一种可完全降解且具备开发潜质的新型材料。

Description

一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法。

背景技术

众所周知，世界范围内石油储量逐日减少，以石油产物为原料的高分子材料在世界范围内的产量持续快速增长，也就是说增长着的高分子材料产量与不断上升的能源消耗共同需要更多的类石油资源。

此外石油基聚合物的不可降解已经对环境保护造成很大的压力。全球塑料产量约30％作为包装材料使用，大多数包装材料或农用薄膜材料经一次使用后成了废弃物。由于质轻体大量多、难以降解、不可随意焚化，日积月累便成了触目惊心的“白色污染”。塑料垃圾使环境恶化，它造成酸雨、臭氧层空洞，释放的多种有毒化学气体将破坏人类的免疫系统，增加癌症和其它疾病发病率。同时目前对塑料垃圾的填埋处理，不仅占用大量的土地资源，而且破坏土壤生态平衡、污染地下水源。

在寻找石油替代品及可降解高分子材料的努力中，全球产量巨大、可降解再生的天然大分子自然地成为人们的研究重点。2000年美国国家研究委员会在全国农业生物技术协会上提出了“生物经济”目标，通过农林生物质植物/农作物资源利用，加强美国经济安全性，到2020年化学基础产品中至少有10％来自植物的农林生物质资源，2050年提高到50％。世界经合组织(OCED)2004年9月研究报告指出：各国政府应大力支持和鼓励生物质资源领域的技术创新。生物质是指由植物或动物生命体衍生得到的物质总称，主要由有机物组成。生物质最大特点就是在一定条件下，能够被微生物降解成二氧化碳和水，或者正常掩埋土壤一段时间后可自行分解成二氧化碳和水，实现真正意义上的生物降解和绿色环保。在四大类生物大分子中，能在材料领域有发展前途的主要涉及植物蛋白质和多糖类。大豆蛋白质是大豆油工业的副产品，与来自动物资源的蛋白质相比价格低廉。同时豆类为固氮类植物，它的种植不易造成土地的贫瘠，而且大豆豆粕所含的蛋白质数量是所有炼油后豆粕中最多的。

以大豆蛋白质为原料，丙三醇及其衍生物、乙二醇、丙二醇聚乙烯醇等多羟基化合物或其它化合物如水性聚氨酯为增塑剂，经挤出、注射或压塑等成型方法可制备大豆蛋白质基塑料。实验结果表明大豆蛋白质基塑料显示较高模量，是工程塑料潜在的原材料。大豆蛋白质基塑料薄膜是很好的隔氧材料。大豆蛋白质基塑料泡沫质量轻、强度/重量比优良、绝缘和能量吸收能力好。由于大豆蛋白质基塑料的机械性能不够理想、耐水性差，所以自大豆蛋白质基塑料被研究开发以来，增强大豆蛋白质塑料机械力学性能的努力就没有停止过，人们尝试通过共混改性提高大豆蛋白质基塑料的机械性能。但制备得到的纤维材料密度低、空隙大。天然纤维如剑麻、苎麻或黄麻纤维的密度大多为1.3-1.5g/cm³，强度可达345-1100MPa，模量达20-80GPa。则以天然纤维共混生物大分子基体材料可提高多组分体系的机械力学性能，但共混纤维不易按照设计要求铺设，对体系机械力学性能提升效果不够明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有很好力学性能、耐水性能以及可生物降解的复合材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，包括下列步骤：

1)以重量份数配方配料备用：

增强麻纤维            5～20份；

大豆蛋白质            100份；

增塑剂                10～30份；

2)将5～20份的增强麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将大豆蛋白质、增塑剂按重量比10∶3～10∶1搅拌至均匀，在室温下密封平衡8h以上，制备得到大豆蛋白质增塑剂；

4)将步骤2)所述的麻纤维毡铺设在步骤3)所述的大豆蛋白质增塑剂的中；

5)经模塑或热压，制备得到大豆蛋白质基复合材料。

进一步，所述的增强麻纤维为苎麻、剑麻、黄麻、或洋麻纤维等中的一种。

所述的增塑剂为丙三醇、乙二醇、丙二醇、聚乙烯醇等多羟基化合物、多羟基化合物与尿素的混合物、或水、或水性聚氨酯等中的一种。

以所述多羟基化合物与尿素的混合物重量为100％计，其中尿素小于等于15％。

所述的大豆蛋白质为市售的大豆蛋白粉，或全脂型、凝胶型、注射型的大豆分离蛋白质，或市售的大豆蛋白质等中的一种。

所述的模塑是指于140～150℃、10～20MPa条件下用平板硫化机模压10～30min，随后室温冷却5min以上。所述的热压是指于140～150℃、10～20MPa条件下用平板硫化机热压10～30min，随后室温冷却5min以上。

本发明提供的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法利用麻纤维、大豆蛋白质等天然可再生的农副产品资源，通过相对简单可控的加工条件成型，制品具有生物可降解性、利于环境保护。所制备的麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料具有很好力学性能、耐水性能以及可生物降解的优点，可用于汽车、家用电器等有限使用寿命的领域。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，但等价形式的改动或修改同样落于本申请的权利要求书所限定的范围。

实施例1

1)以重量份数配方配料备用：

苎麻纤维                5份；

市售的大豆蛋白粉        100份；

丙三醇                  10份；

2)将5份苎麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将市售的大豆蛋白粉、丙三醇按重量比10∶1搅拌至均匀，在室温下密封平衡16h，制备得到大豆蛋白质/丙三醇；

4)将所述的麻纤维毡铺设在所述的大豆蛋白质/丙三醇中；

5)于140℃、10MPa条件下，用平板硫化机热压10min，室温冷却5min。

实施例2

1)以重量份数配方配料备用：

苎麻纤维                    20份；

全脂型的大豆分离蛋白质      100份；

丙三醇                      20份；

2)将20份苎麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将全脂型的大豆分离蛋白质、丙三醇按重量比10∶2搅拌至均匀，在室温下密封平衡24h，制备得到大豆蛋白质/丙三醇；

4)将所述的麻纤维毡铺设在所述的大豆蛋白质/丙三醇中；

5)于145℃、10MPa条件下，用平板硫化机热压10min，室温冷却20min。

实施例3

1)以重量份数配方配料备用：

剑麻纤维                      20份；

凝胶型的大豆分离蛋白质        100份；

聚乙二醇(分子量范围：200～400)20份；

2)将20份剑麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将凝胶型的大豆分离蛋白质、聚乙二醇(分子量范围：200～400)按重量比10∶2搅拌至均匀，在室温下密封平衡24h，制备得到大豆蛋白质\聚乙二醇；

4)将所述的麻纤维毡铺设在所述的大豆蛋白质\聚乙二醇中；

5)于150℃、15MPa条件下，用平板硫化机热压15min，室温冷却20min。

实施例4

1)以重量份数配方配料备用：

黄麻纤维                  20份；

注射型的大豆分离蛋白质    100份；

丙三醇与尿素的混合物      20份；

以所述的混合物重量为100％计，将15％的尿素与85％的丙三醇在常温常压下均匀混合得到丙三醇与尿素的混合物。

2)将20份黄麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将注射型的大豆分离蛋白质、丙三醇与尿素的混合物按重量比10∶2搅拌至均匀，在室温下密封平衡12h，制备得到大豆蛋白质/丙三醇/尿素；

4)将所述的麻纤维毡铺设在所述的大豆蛋白质/丙三醇/尿素中；

5)于150℃、20MPa条件下，用平板硫化机热压15min，室温冷却15min。

实施例5

1)以重量份数配方配料备用：

洋麻纤维                20份；

市售的大豆蛋白质        100份；

丙二醇                  20份；

2)将20份洋麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将大豆蛋白质、丙二醇按重量比10∶2搅拌至均匀，在室温下密封平衡16h，制备得到大豆蛋白质\丙二醇；

4)将所述的麻纤维毡铺设在所述的大豆蛋白质\丙二醇中；

5)于140℃、10MPa条件下，用平板硫化机模压20min，室温冷却20min。

实施例6

1)以重量份数配方配料备用：

剑麻纤维              15份；

市售的大豆蛋白质      100份；

水性聚氨酯            15份；

2)将15份剑麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将市售的大豆蛋白质、水性聚氨酯按重量比100∶15搅拌至均匀，在室温下密封平衡12h，制备得到大豆蛋白质\水性聚氨酯；

4)将所述的麻纤维毡铺设在所述的大豆蛋白质\水性聚氨酯中；

5)于145℃、10MPa条件下，用平板硫化机模压20min，室温冷却20min。

实施例7

1)以重量组成份数配方配料备用：

剑麻纤维              10份；

市售的大豆蛋白质      100份；

水                    15份；

2)将10份剑麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将市售的大豆蛋白质、水按重量比100∶15搅拌至均匀，在室温下密封平衡8h，制备得到大豆蛋白质\水；

4)将所述的麻纤维毡铺设在所述的大豆蛋白质\水中；

5)于145℃、15MPa条件下，用平板硫化机模压15min，室温冷却30min。

实施例8

1)以重量组成份数配方配料备用：

苎麻纤维              15份；

市售的大豆蛋白质      100份；

乙二醇                30份；

2)将15份苎麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将市售的大豆蛋白质、乙二醇按重量比10∶3搅拌至均匀，在室温下密封平衡24h，制备得到大豆蛋白质\乙二醇；

4)将所述的麻纤维毡铺设在所述的大豆蛋白质\乙二醇中；

5)于145℃、10MPa条件下，用平板硫化机模压20min，室温冷却30min。

制备得到的增强大豆蛋白质基复合材料重量组成份数为15份的苎麻纤维、100份的大豆蛋白质、30份的乙二醇。

通过实施例1～8制备得到的麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料，在WDW电子万能试验机上测其力学性能，耐水性为湿态与干态的抗张强度之比，湿态强度即为水浸泡4h后所测数据。按照上述办法测试结果如下表所示：

	拉伸强度(MPa)	杨氏模量(MPa)	耐水性(％)
				未实施本发明	15±2	450±10	0.52±0.05
实施例1	24±2	660±10	0.66±0.05
				实施例2	30±2	900±10	0.72±0.05
实施例3	34±2	1050±10	0.76±0.05
				实施例4	27±2	770±10	0.66±0.05
实施例5	25±2	750±10	0.69±0.05
				实施例6	27±2	1050±10	0.66±0.05
实施例7	25±2	680±10	0.64±0.05
				实施例8	26±2	710±10	0.67±0.05

Claims (9)

1.一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，包括下列步骤：

1)以重量份数配方配料备用：

增强麻纤维    5～20份；

大豆蛋白质    100份；

增塑剂        10～30份；

2)将5～20份的增强麻纤维经脱胶、梳理、热压成麻纤维毡；

3)在常温常压下，将大豆蛋白质、增塑剂按重量比10∶3～10∶1搅拌至均匀，在室温下密封平衡8h以上，制备得到大豆蛋白质增塑剂；

4)将步骤2)所述的麻纤维毡铺设在步骤3)所述的大豆蛋白质增塑剂中；

5)经模塑或热压，制备得到麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料。

2.如权利要求1所述的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的增强麻纤维为苎麻、剑麻、黄麻、或洋麻纤维中的一种。

3.如权利要求1所述的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的大豆蛋白质为全脂型、凝胶型、注射型的大豆分离蛋白质，或市售的大豆蛋白质中的一种。

4.如权利要求3所述的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其特征在于，所述市售的大豆蛋白质为市售的大豆蛋白粉。

5.如权利要求1所述的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的增塑剂为多羟基化合物、多羟基化合物与尿素的混合物、水、或水性聚氨酯中的一种。

6.如权利要求5所述的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其特征在于，以所述多羟基化合物与尿素的混合物重量为100％计，其中尿素小于等于15％。

7.如权利要求5或权利要求6所述的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的多羟基化合物为乙二醇、丙二醇、丙三醇或分子量为200～400的聚乙二醇中的一种。

8.如权利要求1所述的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤5)所述的模塑是指于140～150℃、10～20MPa条件下用平板硫化机模压10～30min，随后室温冷却5min以上。

9.如权利要求1所述的一种麻纤维毡增强的大豆蛋白质基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤5)所述的热压是指于140～150℃、10～20MPa条件下用平板硫化机热压10～30min，随后室温冷却5min以上。