CN102816439B - 一种复合改性大豆蛋白塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合改性大豆蛋白塑料及其制备方法，以市售大豆分离蛋白为主原料，通过对其进行微波和化学改性剂复合改性，并增塑处理后制得所述复合改性大豆蛋白塑料，所述复合改性大豆蛋白塑料由大豆分离蛋白、硬脂酸、甘油、水、丙酸组成。本发明的优点是：经过适量微波辐射处理，使改性材料的吸水性显著降低，材料的致密性和拉伸强度得到提高，复合增塑剂提高了材料的加工性能和断裂伸长率，丙酸能与蛋白质的吸水性基团反应，进一步降低材料的吸水性，再者本发明是由改性大豆蛋白和增塑剂热压后形成的，废弃后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，不污染环境；且大豆蛋白是一种可再生的资源，取之不尽用之不竭。
Description
技术领域
本发明属于天然高分子材料领域，具体涉及一种复合改性大豆蛋白塑料及其制备方法，也属于环境科学技术领域。
背景技术
二战后兴起的石油基高分子材料以其轻便、结实、耐用的优良性能，经过短短几十年的发展便渗透到国民经济各部门和人们生活的各个方面，成为材料领域的后起之秀。然而，随着石油资源的逐渐枯竭和“白色污染”的日益加剧，人们开始寻找一种可持续发展的、不污染环境的材料来代替石油基高分子材料。植物蛋白质分子是天然高分子产物，可再生无污染，降解性能良好，是目前降解材料领域研究的热点之一。
目前，国内外尝试应用于可生物降解材料方面研究的植物蛋白质主要有大豆蛋白、玉米蛋白、小麦蛋白、葵花子蛋白、棉籽蛋白等，其中大豆蛋白研究的最多，因为大豆蛋白来源丰富、价格低廉，可生物降解性能好，应用潜力大。由于原大豆蛋白材料具有吸水性高、刚性强、韧性差等特点，不能满足实际应用的需要，因此，需要采取物理、化学、生化以及共混等方法，使蛋白分子的结构、物理和化学性质发生改变，产生特定的性能和用途。
发明内容
本发明的目的就是提供一种制备大豆蛋白可完全降解材料的方法，利用该方法制备大豆蛋白塑料具有较好的力学性能和抗水性能。
发明的目的可以通过下述技术措施来实现：
根据本发明的一方面，提供了一种制备大豆蛋白可完全降解材料的方法，以市售大豆蛋白为主原料，通过对其进行复合改性，并增塑处理后制得所述复合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、取100重量份的大豆蛋白，按重量体积比1Kg∶3-4L的比例将其分散于浓度80％以上的酒精溶液中，加入5-20重量份的硬脂酸，控制温度在50-60℃，磁力搅拌，并用100-1000W微波辐射处理1-10min，得到复合改性的大豆蛋白；
S2、将复合改性的大豆蛋白经过抽滤、干燥、研磨后，和10-40重量份的甘油、5-15重量份的水、1-5重量份的丙酸混合，快速搅拌至蓬松无块状，置于模具内，控制条件为：温度95-155℃，压力5-25Mpa，时间5-20min，热压后室温下冷却成型，即得复合改性大豆蛋白塑料制品。
步骤S2中，热压时可采用平板硫化机或螺杆挤出机或注塑机。
所述大豆蛋白为大豆蛋白粉、大豆组织蛋白、大豆浓缩蛋白或大豆分离蛋白。优选地，所述大豆蛋白为大豆分离蛋白。
本发明的制备方法中，使用一定剂量的微波辐射处理大豆蛋白材料，在催化蛋白质分子和改性剂之间发生化学反应的同时，又促使蛋白分子内和分子间发生交联反应，显著提高了材料的致密性和拉伸强度，并且可以通过调节微波功率和时间得到不同力学性能的材料，科技含量高，具有创新性。
本发明的制备方法中，复合增塑剂甘油、水、丙酸的加入大豆蛋白材料中，削弱了蛋白质分子间的作用力，提高了材料的加工性能和断裂伸长率，同时丙酸是一种反应型增塑剂，能与蛋白质的吸水性基团反应，进一步降低材料的吸水性，具有一定的实用性。
根据本发明的另一方面，还提供了一种利用上述制备方法制备的复合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述复合改性大豆蛋白塑料由以下重量份原料混合组成：
所述复合改性大豆蛋白塑料为可完全生物降解大豆蛋白塑料。
本发明的优点是：
(1)本发明的大豆蛋白材料，利用酒精和硬脂酸作为改性剂进行化学改性，并利用微波辐射催化反应的进行，减少了蛋白质分子内部暴露的亲水基团数量，有效降低了材料的吸水率，提高了材料的抗水性能；
(2)本发明的大豆蛋白材料，使用一定剂量的微波辐射处理，在催化蛋白质分子和改性剂之间发生化学反应的同时，又促使蛋白分子内和分子间发生交联反应，显著提高了材料的致密性和拉伸强度，并且可以通过调节微波功率和时间得到不同力学性能的材料，科技含量高，具有创新性；
(3)本发明的大豆蛋白材料，复合增塑剂甘油、水、丙酸的加入，削弱了蛋白质分子间的作用力，提高了材料的加工性能和断裂伸长率，同时丙酸是一种反应型增塑剂，能与蛋白质的吸水性基团反应，进一步降低材料的吸水性，具有一定的实用性；
(4)本发明的大豆蛋白材料可采用平板硫化机或螺杆挤出机或注塑机等常规材料设备加工，生产方法简单，易于操作，便于连续化生产；
(5)大豆蛋白是一种可再生的资源，与石油原料相比有着取之不尽用之不竭的优点，成本低廉，运输方便；
(6)本发明的大豆蛋白材料的原料、改性剂及增塑剂均可降解，废弃后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，不污染环境。这种降解材料在应用上可部分代替塑料，从而缓解化石塑料大量使用带来的环境压力。
附图说明
图1为本发明的复合改性大豆蛋白塑料制成的一种餐具。
图2为本发明的复合改性大豆蛋白塑料制成的日常用品。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实施例。在如下的实施例中，大豆蛋白选取大豆分离蛋白(SPI)，但应注意到，本发明的大豆蛋白包括但不局限于大豆分离蛋白(SPI)。
实施例1
(1)取100Kg大豆分离蛋白(SPI)，分散于浓度80％以上的400L酒精溶液中，加入15Kg的硬脂酸，控制温度在50-60℃，磁力搅拌，并用640W微波辐射处理3min，得到复合改性的SPI。
(2)复合改性的SPI经过抽滤、干燥、研磨后，加入复合增塑剂40Kg(甘油∶水∶丙酸＝30∶8∶2)混合，快速搅拌至蓬松无块状，置于模具内，控制条件为：温度115℃，压力15Mpa，时间10min，热压后室温下冷却成型，即得复合改性大豆蛋白可生物降解塑料制品。制得的片材的力学性能、抗水性能和光学性能见表1。
实施例2
(1)取100Kg大豆分离蛋白(SPI)，分散于浓度80％以上的400L酒精溶液中，加入20Kg的硬脂酸，控制温度在50-60℃，磁力搅拌，并用480W微波辐射处理4min，得到复合改性的SPI。
(2)复合改性的SPI经过抽滤、干燥、研磨后，加入复合增塑剂45Kg(甘油∶水∶丙酸＝30∶10∶5)混合，快速搅拌至蓬松无块状，置于模具内，控制条件为：温度125℃，压力16Mpa，时间8min，热压后室温下冷却成型，即得复合改性大豆蛋白可生物降解塑料制品。制得的片材的力学性能、抗水性能和光学性能见表1。
实施例3
(1)取100Kg大豆分离蛋白(SPI)，分散于浓度80％以上的400L酒精溶液中，加入15Kg的硬脂酸，控制温度在50-60℃，磁力搅拌，并用800W微波辐射处理2min，得到复合改性的SPI。
(2)复合改性的SPI经过抽滤、干燥、研磨后，加入复合增塑剂50Kg(甘油∶水∶丙酸＝35∶10∶5)混合，快速搅拌至蓬松无块状，置于模具内，控制条件为：温度120℃，压力13Mpa，时间12min，热压后室温下冷却成型，即得复合改性大豆蛋白可生物降解塑料制品。制得的片材的力学性能、抗水性能和光学性能见表1。
实施例4
(1)取100Kg大豆分离蛋白(SPI)，分散于浓度80％以上的400L酒精溶液中，加入10Kg的硬脂酸，控制温度在50-60℃，磁力搅拌，并用320W微波辐射处理6min，得到复合改性的SPI。
(2)复合改性的SPI经过抽滤、干燥、研磨后，加入复合增塑剂35Kg(甘油∶水∶丙酸＝15∶15∶5)混合，快速搅拌至蓬松无块状，置于模具内，控制条件为：温度120℃，压力15Mpa，时间15min，热压后室温下冷却成型，即得复合改性大豆蛋白可生物降解塑料制品。制得的片材的力学性能、抗水性能和光学性能见表1。
表1复合改性大豆分离蛋白塑料的性能对比
表1中复合改性大豆分离蛋白塑料样品性能的测试方法：力学性能按照GB/T1040-92在深圳瑞格尔仪器有限公司的RGM-3010型微机控制电子万能试验机进行测定，拉伸速度为50mm/min；抗水性能按照GB/T1034-1998方法2进行测定(抗水性能用吸水率来表示，吸水率越低抗水性能越好)；透光性能用上海精科有限责任公司的WGT-S透光率/雾度测定仪进行测定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种复合改性大豆蛋白塑料的制备方法，以市售大豆蛋白为主原料，通过对其进行复合改性，并增塑处理后制得所述复合改性大豆蛋白塑料；所述复合改性为微波和化学改性剂复合改性，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取100重量份的大豆蛋白，按重量体积比1Kg∶3-4L的比例将其分散于浓度80％以上的酒精溶液中，加入5-20重量份的硬脂酸，控制温度在50-60℃，磁力搅拌，并用100-1000W微波辐射处理1-10min，得到复合改性的大豆蛋白；利用酒精和硬脂酸作为改性剂对大豆蛋白进行化学改性，利用微波辐射催化反应的进行，在催化蛋白质分子和改性剂之间发生化学反应的同时，促使蛋白分子内和分子间发生交联反应，减少蛋白质分子内部暴露的亲水基团数量，降低材料的吸水率；
S2、将复合改性的大豆蛋白经过抽滤、干燥、研磨后，和10-40重量份的甘油、5-15重量份的水、1-5重量份的丙酸混合，快速搅拌至蓬松无块状，置于模具内，控制条件为：温度95-155℃，压力5-25Mpa，时间5-20min，热压后室温下冷却成型，即得复合改性大豆蛋白塑料制品；甘油、水和丙酸作为复合增塑剂，以削弱蛋白质分子间的作用力，提高材料的加工性能和断裂伸长率，使用丙酸这一反应型增塑剂，与蛋白质的吸水性基团反应，进一步降低材料的吸水性；步骤S2中，热压时采用平板硫化机或螺杆挤出机或注塑机。
2.根据权利要求1所述的复合改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于，所述大豆蛋白为大豆蛋白粉、大豆组织蛋白、大豆浓缩蛋白或大豆分离蛋白。
3.根据上述任一项权利要求所述的复合改性大豆蛋白塑料的制备方法制备的复合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述复合改性大豆蛋白塑料由以下重量份原料混合组成：
4.根据权利要求3所述的复合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述复合改性大豆蛋白塑料为可完全生物降解大豆蛋白塑料。
5.根据权利要求4所述的复合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述大豆蛋白为大豆蛋白粉、大豆组织蛋白、大豆浓缩蛋白或大豆分离蛋白。
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