CN103183837B - 一种耐热性大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐热性的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法，先将石墨粉，硝酸钠和硫酸在冰浴中反应，再加入高锰酸钾反应，制得氧化石墨烯，然后将所得氧化石墨烯分散在水溶液中，与用甘油增塑改性的大豆蛋白溶液混合，将所得混合物倾倒在玻璃模板中，在20～60℃下干燥24～48h制得大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜，其中氧化石墨烯的用量为大豆蛋白的0～2wt％，且0～2wt％不包括0，甘油的用量为大豆蛋白的20～30wt％。制得的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜具有高耐热性和良好的力学性能，用作农业、化工、食品和环境等包装材料和一次性容器等。本发明生产过程简单方便，且大豆来源广泛，可以带来较大的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐热性的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法，属于天然高分子领域，也属于化学、农业、食品和环境工程领域。
背景技术
随着石油、煤、天然气等不可再生资源的日趋枯竭以及环境污染的不断加剧，而符合可持续发展战略的可降解的天然高分子材料的发展逐渐受到重视。大豆蛋白作为其中之一，由各种氨基酸经肽键相连而成，具有可生物降解，资源极其丰富，再生速度快，价格便宜等优点。充分利用大豆蛋白制备材料不仅可以保护环境，而且可以节省有限的石油资源。因此，人们对大豆蛋白的改性及材料化应用研究也日益增多。大豆蛋白膜的力学性能差，大大限制了其广泛应用。为了克服这些缺点，通常填加甘油等增塑剂来提高其加工性能或力学性能，然而甘油小分子的引入也降低了材料的拉伸强度。因此制备良好力学性能且具有耐热性的大豆蛋白材料是一个重要的课题。石墨烯具有优良的热性能和价格低廉的特点，同时也存在不容易分散在水或有机溶剂中的缺点。然而将其改性得到的氧化石墨烯，由于氧化石墨烯中含有羟基、环氧基和羧基等功能性基团，使得氧化石墨烯在基体中的分散性大大提高。
本专利发明了一种耐热性的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法，首先将石墨粉，硝酸钠和硫酸在冰浴中反应，再加入高锰酸钾反应，制得氧化石墨烯，然后将所得氧化石墨烯分散在水溶液中，与用甘油增塑改性的大豆蛋白溶液混合，将所得混合物倾倒在玻璃模板中，在20～60℃下干燥24～48h制得大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜，其中氧化石墨烯的用量为大豆蛋白的0～2wt％，且0～2wt％不包括0，甘油的用量为大豆蛋白的20～30wt％。制得的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜具有高耐热性和良好的力学性能，用作农业、化工、食品和环境等包装材料和一次性容器材料等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种耐热性的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法，以大豆蛋白为原料，填加氧化石墨烯，由浇铸法制备大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜，操作流程简单，制备出的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜具有高的耐热性和良好的力学性能。
实现本发明目的采用的技术方案是：一种耐热性的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法包括以下步骤：先将石墨粉，硝酸钠和硫酸在冰浴中反应，再加入高锰酸钾反应，制得氧化石墨烯，然后将所得氧化石墨烯分散在水溶液中，与用甘油增塑改性的大豆蛋白溶液混合，将所得混合物倾倒在玻璃模板中，在20～60℃下干燥24～48h制得大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜。
所述氧化石墨烯的用量为大豆蛋白的0～2wt％，且0～2wt％不包括0。
所述甘油的用量为大豆蛋白的20～30wt％。
制得的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜可以用作农业、化工、食品或环境领域中的包装材料或一次性容器的材料。
与现有技术相比较，本发明的创新如下：
本发明通过在大豆蛋白中填加氧化石墨烯进行填充改性，改善了大豆蛋白的耐热性和力学性能，得到高耐热性和良好力学性能的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜。本发明充分利用了来源丰富的大豆蛋白和石墨烯，节能环保，而且环氧石墨烯赋予大豆蛋白较好的耐热性和力学性能，这样的蛋白质材料实用性更强。
附图说明：
附图为大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜热失重曲线(氧化石墨烯相对于大豆蛋白的质量百分比是0，0.4，1.5％)
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氧化石墨烯的制备
首先，称取2g石墨粉，1g硝酸钠和46mL硫酸依次加到250mL的烧杯中，在冰浴中搅拌混合均匀，将6g高锰酸钾慢慢加到烧杯中，此时温度控制在20℃下，除去冰浴后，将体系的温度控制在35℃搅拌，将92mL水慢慢加到烧杯中，反应30min；其次，将280mL、60℃热水和3％双氧水加到体系中除去多余的高锰酸钾直到没有气泡为止；最后将溶液过滤后，得到棕黄色物质，用热水洗该过滤物直到上层液的pH为7为止，处理好的过滤物经抽真空后，在50℃下干燥48h即得到氧化石墨烯。
实施例2大豆蛋白和氧化石墨烯复合物成膜液的配制
(1)将氧化石墨烯分别加到70mL去离子水中，得到6个浓度的氧化石墨烯溶液(相对于大豆蛋白的质量百分比是0，0.4，0.8，1.0，1.5，2.0％)，经过超声波处理1.5h后，得到分散均匀的褐色溶液；
(2)将2g大豆蛋白和0.5g甘油加到(1)中溶液中后，再用超声波处理0.5h；得到的混合溶液在80℃下搅拌反应2h；
实施例3大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备
将(2)中得到的溶液经过真空脱去气泡后，倾倒在玻璃模板上，在50℃下干燥24h后得到大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜。
实施例4大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的热失重测试
在氮气和气体流速为20mL的条件下，对实施例3中得到的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜做热失重测试，测试条件是：温度范围25℃～500℃升温速度为10℃/min。测试结果见附图。
Claims (1)
1.一种耐热性大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于由以下步骤构成：
步骤a：氧化石墨烯的制备
称取2g石墨粉，1g硝酸钠和46mL硫酸依次加到250mL的烧杯中，在冰浴中搅拌混合均匀，将6g高锰酸钾慢慢加到烧杯中，此时温度控制在20℃下，除去冰浴后，将体系的温度控制在35℃搅拌，将92mL水慢慢加到烧杯中，反应30min；其次，将280mL、60℃热水和3％双氧水加到体系中除去多余的高锰酸钾直到没有气泡为止；最后将溶液过滤后，得到棕黄色物质，用热水洗该过滤物直到上层液的pH为7为止，处理好的过滤物经抽真空后，在50℃下干燥48h即得到氧化石墨烯；
步骤b：大豆蛋白和氧化石墨烯复合物成膜液的配制
(1)将氧化石墨烯分别加到70mL去离子水中，得到5个浓度的氧化石墨烯溶液，相对于大豆蛋白的质量百分比是0.4，0.8，1.0，1.5，2.0％，经过超声波处理1.5h后，得到分散均匀的褐色溶液；
(2)将2g大豆蛋白和0.5g甘油加到(1)中溶液中后，再用超声波处理0.5h；得到的混合溶液在80℃下搅拌反应2h；
步骤c：大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备
将上述(2)中得到的溶液经过真空脱去气泡后，倾倒在玻璃模板上，在50℃下干燥24h后得到大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜。
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