CN103289417A - 一种多重改性大豆蛋白生物降解塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多重改性大豆蛋白生物降解塑料及其制备方法，包括多重改性后的大豆分离蛋白、水、多元醇组成；其中多重改性的大豆分离蛋白是由大豆分离蛋白、乙酸锌、软脂酸或硬脂酸、顺丁烯二酸酐混合而成。本发明的优点是：大豆分离蛋白经过适量的乙酸锌、软脂酸或硬脂酸、顺丁烯二酸酐的多重改性，极大提高了塑料的抗水性能；适量的乙酸锌可以使塑料的力学性能得到提高，可通过调节乙酸锌添加量、软脂酸或硬脂酸添加量制得抗水性不同的材料；其制备工艺采用常规塑料设备与方法，工艺简单，易于操作；再者本发明是由大豆分离蛋白经改性后和混合增塑剂在热压条件下形成的，废弃后能被自然界中的微生物分解成二氧化碳和水，不污染环境。
Description
技术领域
本发明属于天然高分子材料领域，涉及改性大豆分离蛋白生物降解材料，特别是一种多重改性大豆分离蛋白生物降解塑料及其制备方法，也属于环境科学技术领域。
背景技术
合成高分子材料给人们的生活带来极大方便的同时也给环境造成了严重的污染，加之制造传统塑料的石油储量的不断减少，因而可再生的环境友好材料越来越引人注目。基于可再生的天然高分子材料成为近年来研究的热点，大豆蛋白是目前实际研究和应用较多的天然高分子之一，故而大豆蛋白生物降解材料成为新型环境友好型材料的研究热点之一。
大豆蛋白属于天然高分子，其具有来源丰富、价格低廉等优点。近年来以大豆分离蛋白为原料的可生物降解材料的研究与开发主要集中在通过热压成型、注射成型和螺杆挤出制备大豆蛋白材料，但是由于大豆蛋白分子本身的特点，大豆蛋白加工性能较差，大豆蛋白材料的具有脆性大、不耐水等缺点，因此实际应用受到限制。为了解决这些问题，通常采用增塑、酸调、交联、填充或者共混等改性方法，但是采用单一的改性方法对大豆蛋白的性能改善有限。
发明内容
针对上述现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种改性大豆分离蛋白可生物降解塑料及其制备方法，通过对大豆分离蛋白使用乙酸锌、软脂酸或硬脂酸、顺丁烯二酸酐等进行多重改性，使得制备出的可生物降解材料具有 较好的力学性能、抗水性能及耐水性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种多重改性大豆分离蛋白可生物降解塑料的制备方法，其特征在于，上述制备方法包括以下工艺步骤：
(1)将大豆分离蛋白在80℃下真空干燥3-4小时；
(2)取一定量的大豆分离蛋白分散于3倍重量的四氢呋喃中，保持反应温度60-65℃，并辅以脉冲电场，机械搅拌使大豆分离蛋白分散均匀后，添加一定量的乙酸锌，搅匀后，加入一定量的软脂酸或硬脂酸、顺丁烯二酸酐，搅拌20-100分钟，反应完毕后抽滤、自然晾干、得到改性大豆分离蛋白备用；
(3)按照一定比例将水、多元醇加入到步骤(2)中得到的多重改性大豆分离蛋白中，快速搅拌成均匀蓬松状的混合物，将混合物置于密封袋中2-4个小时；
(4)将步骤(3)中制得的混合物置于模具中，在120-150℃成型温度下和10-25MPa的成型压力下，热压10-20分钟，取出的热制品在同样压力下室温冷却成型，即得大豆分离蛋白可生物降解塑料制品。
优选地，步骤(2)中，所使用的大豆分离蛋白、乙酸锌、软脂酸或硬脂酸、顺丁烯二酸酐的重量份分别为：大豆分离蛋白100重量份、乙酸锌6-10重量份、软脂酸或硬脂酸10-20重量份、顺丁烯二酸酐10-25重量份。通过乙酸锌、软脂酸或硬脂酸、顺丁烯二酸酐的多重化学改性，可有效降低塑料的吸水率，提高塑料的耐水性，其中大豆分离蛋白经过四氢呋喃改性后蛋白的亲水基团减少，乙酸锌中的锌离子与大豆分离蛋白中含N、O、S等亲水基团进行反应，软脂酸或硬脂酸可与大豆分离蛋白中含羟基、氨基、亚氨基的氨基酸进行反应。
优选地，步骤(2)中，脉冲电场的脉冲频率为800-1500Hz，持续同大豆分 离蛋白在四氢呋喃中的反应时间。脉冲电场的使用可促使大豆分离蛋白中较多的疏水基团暴露在外，从而有利于降低材料吸水率。
优选地，步骤(2)中，四氢呋喃可循环使用。
优选地，步骤(3)中，水、多元醇和多重改性大豆分离蛋白的重量份分别为：水15-25重量份、多元醇20-30重量份、大豆分离蛋白100重量份。
优选地，步骤(3)中，所使用的多元醇可为乙二醇、丙二醇、丙三醇、山梨醇的任意一种。
根据本发明的另一方面，还提供了应用上述制备方法制得的多重改性大豆分离蛋白生物降解塑料，包括多重改性后的大豆分离蛋白、水、多元醇类增塑剂组成，各成分重量分配比如下：多重改性大豆分离蛋白100份、水15-30份、多元醇20-30份；其中多重改性的大豆分离蛋白是由以下重量份原料混合组成：大豆分离蛋白100重量份、乙酸锌6-10份、软脂酸或硬脂酸10-20份、顺丁烯二酸酐10-25重量份。
本发明的多重改性大豆分离蛋白可生物降解塑料及其制备方法相比现有技术具有以下显著优点：
(1)本发明研制的大豆蛋白塑料，大豆分离蛋白经过适量乙酸锌、软脂酸或硬脂酸和顺丁烯二酸酐的多重改性，极大提高了塑料的抗水性和耐水性，具有实用性；
(2)本发明研制的大豆蛋白塑料，采用适量的增塑剂可使塑料的力学性能得到提高，可通过调节乙酸锌添加量、软脂酸或硬脂酸的添加量制得抗水性不同的材料，科技含量高，具有创新性；
(3)本发明研制的多重改性大豆分离蛋白塑料，其生产工艺简单，易于操作；
(4)大豆蛋白是一种天然可再生资源，与日趋减少的石油资源相比有着 取之不尽用之不竭的优点。
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发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限与下面的实施例。
实施例1
(1)100kg的大豆分离蛋白分散于300kg的四氢呋喃中，机械搅拌使SPI分散均匀后，加入6kg乙酸锌，搅匀后，逐步加入10kg软脂酸或硬脂酸、10kg顺丁烯二酸酐，搅拌30分钟，过程中辅以1000Hz脉冲电场，反应完毕后抽滤、自然晾干、得到多重改性的大豆分离蛋白备用；
(2)称取100kg的多重改性大豆分离蛋白，加入15kg水和25kg多元醇组成的增塑剂，将这些原料充分混合均匀后，转移至平板硫化机的平板模具中，在130℃成型温度下和15MPa的成型压力下，热压15分钟，热制品在室温下冷却成型，得到产品(片材)。制得的片材的力学性能和抗水性能见表1。
实施例2
(1)100kg的大豆分离蛋白分散于300kg的四氢呋喃中，机械搅拌使SPI分散均匀后，加入7kg乙酸锌，搅匀后，逐步加入15kg软脂酸或硬脂酸、15kg顺丁烯二酸酐，搅拌30分钟，过程中辅以1000Hz脉冲电场，反应完毕后抽滤、自然晾干、得到多重改性大豆分离蛋白备用；
(2)称取100kg的多重改性大豆分离蛋白，加入15kg水和25kg多元醇组成的增塑剂，将这些原料充分混合均匀后，转移至平板硫化机的平板模具中，在130℃成型温度下和15MPa的成型压力下，热压15分钟，热制品在室温下冷却成型，得到产品(片材)。制得的片材的力学性能和抗水性能见表1。
实施例3
(1)100kg的大豆分离蛋白分散于300kg的四氢呋喃中，机械搅拌使SPI 分散均匀后，加入8kg乙酸锌，搅匀后，逐步加入20kg软脂酸或硬脂酸、20kg顺丁烯二酸酐，搅拌30分钟，过程中辅以1000Hz脉冲电场，反应完毕后抽滤、自然晾干、得到多重改性大豆分离蛋白备用；
(2)称取100kg的多重改性大豆分离蛋白，加入15kg水和25kg甘油组成的增塑剂，将这些原料充分混合均匀后，转移至平板硫化机的平板模具中，在130℃成型温度下和15MPa的成型压力下，热压15分钟，热制品在室温下冷却成型，得到产品(片材)。制得的片材的力学性能和抗水性能见表1。
比较例1
取100kg的大豆分离蛋白，加入15kg水和25kg多元醇作为增塑剂，将这些原料充分混合均匀后，转移至平板硫化机的平板模具中，在130℃成型温度下和15MPa的成型压力下，热压15分钟，热制品在常温下自热冷却成型，得到产品(片材)。制得的片材的力学性能和抗水性能见表1。
比较例2
取100kg的大豆分离蛋白，转移至平板硫化机的平板模具中，在130℃成型温度下和15MPa的成型压力下，热压15分钟，热制品在室温下自热冷却成型，得到产品(片材)。值得的片材的力学性能和抗水性能见表1。
上述实施例中的大豆分离蛋白为市售产品，水为自来水，多元醇为分析纯。
表1大豆分离蛋白可降解塑料的性能对比
表1中大豆蛋白塑料样品性能的测试方法：力学性能按照GB/T1040-92在深圳新三思材料检测有限公司的CMT6203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)。
由表1可知，本发明的化学改性大豆蛋白塑料，其抗水性能有了很大提高，同时其力学性能明显高于纯大豆蛋白塑料。
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 (7)
1.一种多重改性大豆分离蛋白可生物降解塑料的制备方法，其特征在于，上述制备方法包括以下工艺步骤：
(1)将大豆分离蛋白在80℃下真空干燥3-4小时；
(2)取一定量的大豆分离蛋白分散于3倍重量的四氢呋喃中，保持反应温度60-65℃，并辅以脉冲电场，机械搅拌使大豆分离蛋白分散均匀后，添加一定量的乙酸锌，搅匀后，加入一定量的软脂酸或硬脂酸、顺丁烯二酸酐，搅拌20-100分钟，反应完毕后抽滤、自然晾干、得到改性大豆分离蛋白备用；
(3)按照一定比例将水、多元醇加入到步骤(2)中得到的多重改性大豆分离蛋白中，快速搅拌成均匀蓬松状的混合物，将混合物置于密封袋中2-4个小时；
(4)将步骤(3)中制得的混合物置于模具中，在120-150℃成型温度下和10-25MPa的成型压力下，热压10-20分钟，取出的热制品在同样压力下室温冷却成型，即得大豆分离蛋白可生物降解塑料制品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所使用的大豆分离蛋白、乙酸锌、软脂酸或硬脂酸、顺丁烯二酸酐的重量份分别为：大豆分离蛋白100重量份、乙酸锌6-10重量份、软脂酸或硬脂酸10-20重量份、顺丁烯二酸酐10-25重量份。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，脉冲电场的脉冲频率为800-1500Hz，持续同大豆分离蛋白在四氢呋喃中的反应时间。
4.根据权利要求1-3所述的制备方法，其特征在于：步骤1中的四氢呋喃可循环使用。
5.根据权利要求1-4所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，水、多元醇和多重改性大豆分离蛋白的重量份分别为：水15-25重量份、多元醇20-30重量份、大豆分离蛋白100重量份。
6.根据权利要求1-5所述的制备方法，其特征在于：所述多元醇可为乙二醇、丙二醇、丙三醇、山梨醇的任意一种。
7.根据上述任一项权利要求所述的制备方法制备的多重改性大豆分离蛋白生物降解塑料，其特征在于：上述生物降解塑料由多重改性后的大豆分离蛋白、水、多元醇类增塑剂组成，各成分重量分配比如下：多重改性大豆分离蛋白100份、水15-30份、多元醇20-30份；其中多重改性的大豆分离蛋白是由以下重量份原料混合组成：大豆分离蛋白100重量份、乙酸锌6-10份、软脂酸或硬脂酸10-20份、顺丁烯二酸酐10-25重量份。
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