CN103146004A - 一种光交联提高大豆蛋白膜耐水性的方法 - Google Patents

一种光交联提高大豆蛋白膜耐水性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光交联提高大豆蛋白(SPI)膜耐水性的方法，通过在SPI中引入光敏性聚合物PVA-SbQ，利用SPI结构中的胺基、羧基与PVA-SbQ链上羟基之间氢键作用，形成SPI球蛋白穿插于PVA链段中的类网状结构，并通过紫外光诱导SbQ基团发生二聚交联，导致表面极性基团变少且类网状结构更加密实，表现出表面疏水性增强，膜材料的吸湿性降低，因此改善了SPI膜的耐水性。本发明所述方法简便易行，且大豆来源广泛，具有很好的推广应用价值。

Description

一种光交联提高大豆蛋白膜耐水性的方法
技术领域
本发明属于高分子材料与感光技术领域，具体涉及一种光交联提高大豆蛋白膜耐水性的方法。
背景技术
近年来，随着石油、煤、天然气等不可再生资源的日趋枯竭以及现代化工引起的严重环境污染不断加剧，科研工作者们把更多的目光聚焦于一类对环境友好的天然高分子上。大豆蛋白(SPI)作为其中之一，由各种氨基酸经肽键相连而成，具有可再生，可生物降解，价格低廉，生物相容性优异等优点，因而被广泛研究。此外，大豆蛋白因优异的成膜性，已备受高分子、包装材料等领域的关注。SPI结构中存在许多羧基、胺基等亲水基团，容易与水形成分子间氢键作用，因而SPI膜的耐水性往往达不到许多应用要求，目前已经有很多物理化学方法来对SPI膜进行改性来提高耐水性。
光敏聚合物是一类特殊的刺激-响应型“智能”聚合物，其结构中的光敏感基元能够对外界光刺激(如紫外、近红外等)做出快速响应，并发生相应的物理、化学性质的变化。光刺激作为一种特殊的调控手段，其优越性主要表现在可以通过对照射频率、位置、强度及时间长短进行选择，“定时、定点、定速”地实现“智能”调控。聚乙烯醇(PVA)是一种常见的高分子化合物，其具有良好的成膜性，且PVA膜已经在包装领域得到了广泛应用。PVA-SbQ是一种聚乙烯醇光敏改性衍生物，其结构如附图1所示，其结构侧链上的SbQ基团能够在紫外光诱导下发生二聚交联反应。
一直以来，大豆蛋白的改性作为蛋白研究热点，但是各种物理化学改性方法往往会破坏大豆蛋白原有特性(如无毒、环境相容等)，这也是困扰着许多致力于蛋白改性研究工作者们的难题，设想如果能够在大豆蛋白体系中引入光敏性聚合物PVA-SbQ，一方面PVA本身就具有良好的成膜性能，且其结构中存在的羟基能够与大豆蛋白结构中的亲水基团(胺基、羧基等)存在氢键作用，形成类网状结构，能够一定程度上阻隔SPI与水分子的作用，另一方面，侧链上的SbQ基团光交联后导致类网状结构更加密实，对水分子有更佳的阻隔效应。
本专利发明了一种光交联提高大豆蛋白膜耐水性的方法，首先采用溶液共混法配置SPI/PVA-SbQ成膜液，再通过流涎法成膜，最后将膜紫外曝光交联。
本发明的目的是提供一种光交联提高大豆蛋白膜耐水性的方法。
本发明所提供的光交联提高大豆蛋白膜耐水性的方法，其特征是工艺为：
(1)采用溶液共混法制备成膜液
将大豆蛋白在60℃下溶解于pH＝8～9的水中，搅拌1小时制得SPI分散液；再将PVA-SbQ常温下在水中溶解20min获得PVA-SbQ水溶液；然后将SPI溶液与PVA-SbQ水溶液混合搅拌40min得成膜液。
(2)流涎法制备SPI膜
将步骤(1)中成膜液均匀倒在成膜器上，流涎成膜，放入40℃烘箱，48小时后取出揭膜，并将膜置于恒温恒湿干燥器中平衡24小时。
(3)SPI膜的光交联
将步骤(2)中SPI膜置于紫外灯下曝光，获得光交联的SPI/PVA-SbQ膜。其中，为了更好地实现本发明，成膜液中SPI与PVA-SbQ质量比为3∶1～2∶1。一种大豆蛋白复合膜就是由上述方法制成，可作为包装材料使用。
本发明的有益效果：本发明对原始的大豆蛋白进行光敏改性，在大豆蛋白体系中引入光敏聚合物PVA-SbQ，利用SPI结构中的胺基、羧基与PVA-SbQ链上羟基之间氢键作用，形成SPI球蛋白穿插于PVA链段中的类网状结构，并通过紫外光诱导SbQ基团发生二聚交联，使SPI/PVA-SbQ类网状结构更加密实，有效阻隔了水分子的进入，膜材料的吸湿性降低，且光照交联后类网状结构更加密实，导致亲水基团被包埋，疏水的聚合物骨架被暴露，使得表面疏水性增强。本发明避免了传统物理化学改性方法，另辟蹊径，采用光交联改性的方法，充分利用光能，节能环保，且提高了SPI膜的耐水性。
附图说明：
图1PVA-SbQ的化学结构及光二聚交联示意图
图2大豆蛋白/PVA-SbQ膜紫外光照前后紫外光谱
图3大豆蛋白/PVA-SbQ膜紫外曝光前后的接触角
图4纯SPI膜、SPI/PVA膜及SPI/PVA-SbQ膜的吸湿性比较结果
具体实施方式
以下利用实施例进一步详细说明本发明，但不能认为是限定发明的范围。
实施例1
称取6g大豆蛋白在60℃下溶解于pH＝8～9(用盐酸和氢氧化钠调节)的水100ml中，搅拌1小时制得SPI分散液；再将3gPVA-SbQ常温下在100ml水中溶解20min获得PVA-SbQ水溶液；然后将SPI溶液与PVA-SbQ水溶液等体积混合搅拌40min，可获得SPI与PVA-SbQ质量比为2∶1的成膜液。
将上述成膜液均匀倒在成膜器上，流涎成膜，放入40℃烘箱，48小时后取出揭膜，并将膜置于恒温恒湿干燥器中平衡24小时。将该膜置于紫外灯下曝光10min，获得光交联的SPI/PVA-SbQ膜。
实施例2
称取6g大豆蛋白在60℃下溶解于pH＝8～9(用盐酸和氢氧化钠调节)的水100ml中，搅拌1小时制得SPI分散液；再将2gPVA-SbQ常温下在100ml水中溶解20min获得PVA-SbQ水溶液；然后将SPI溶液与PVA-SbQ水溶液等体积混合搅拌40min，可获得SPI与PVA-SbQ质量比为3∶1的成膜液。
将上述成膜液均匀倒在成膜器上，流涎成膜，放入40℃烘箱，48小时后取出揭膜，并将膜置于恒温恒湿干燥器中平衡24小时。将该膜置于紫外灯下曝光10min，获得光交联的SPI/PVA-SbQ膜。
实施例3
将实施例1中制得的SPI膜，分别取未曝光交联的和已曝光交联的，裁剪成矩形，类似于比色皿大小，用紫外-可见光光谱进行扫描，结果见附图2。膜曝光后340nm的光敏双键特征峰消失说明交联反应的发生。
此外，用接触角测定分别测定未曝光交联的膜和已曝光交联的膜的表面亲疏水性，即滴一滴超纯水在膜表面，用接触角测量仪来测定，其结果如附图3。膜曝光后接触角变大，说明疏水性增强。
比较例
首先制备纯SPI分散液，直接通过实施例1所述的流涎法制备纯的SPI膜。
其次，制备SPI/PVA膜，除了将实施例1中的PVA-SbQ换成PVA(聚乙烯醇)，其它均与实施例1步骤相同，制备SPI/PVA膜。
用吸湿性试验比较实施例1中光交联的SPI/PVA-SbQ膜，纯SPI膜及其SPI/PVA膜的耐水性，将膜裁剪成1×7cm规格，烘干后至恒重，称其质量W0，然后将膜放入恒湿器中，称量其质量W，吸湿率＝(W-W0)/W0×100％。测试结果见附图4，可见光交联的SPI/PVA-SbQ膜相比于SPI膜及SPI/PVA膜，吸湿性降低，因此光交联的SPI/PVA-SbQ膜耐水性得到了改善。

Claims (4)

1.一种光交联提高大豆蛋白(SPI)膜耐水性的方法，其特征是工艺为：
(1)采用溶液共混法制备成膜液
将大豆蛋白在60℃下溶解于pH＝8～9的水中，搅拌1小时制得SPI分散液；再将PVA-SbQ常温下在水中溶解20min获得PVA-SbQ水溶液；然后将SPI溶液与PVA-SbQ水溶液混合搅拌40min得成膜液；
(2)流涎法制备SPI膜
将步骤(1)中成膜液均匀倒在成膜器上，流涎成膜，放入40℃烘箱，48小时后取出揭膜，并将膜置于恒温恒湿干燥器中平衡24小时；
(3)SPI膜的光交联
将步骤(2)中SPI膜置于紫外灯下曝光，获得光交联的SPI/PVA-SbQ膜。
2.根据权利要求1所述的光交联提高大豆蛋白(SPI)膜耐水性的方法，其特征在于成膜液中SPI与PVA-SbQ质量比为3∶1～2∶1，优选2∶1。
3.如权利要求1或2所述方法制得的大豆蛋白/PVA-SbQ膜。
4.如权利要求3所述的大豆蛋白/PVA-SbQ膜在包装材料领域中的应用。
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