CN104559227A

CN104559227A - 改性大豆蛋白塑料的制备方法

Info

Publication number: CN104559227A
Application number: CN201410825875.5A
Authority: CN
Inventors: 邹文中; 张小芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-28
Filing date: 2014-12-28
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明提供了一种改性大豆蛋白塑料的制备方法，包括以下步骤：（1）称取大豆分离蛋白、谷朊粉、改性木薯淀粉和复合增塑剂；（2）上述各种原料研磨10～20min，然后用捏合机混合20～35min，得到混合料，装袋并在室温静置10～16h；（3）将混合料放入模具中，先用模压成型机预热0.5～2min，预热温度60～80℃，然后在130～150℃，5～15MPa，热压4～8min，制成塑料片材。采用本发明制备的改性大豆蛋白塑料工艺简单，具有良好的力学性能和耐水性，其原料来源广泛，可生物降解，可用于包装材料、农业缓释系统、文体用品、野外用品等。

Description

改性大豆蛋白塑料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性大豆蛋白塑料的制备方法。

背景技术

由于石油资源的枯竭和合成塑料废弃物对生态环境造成的危害，研究和开发生物降解材料日益引人注目。利用生物降解塑料来代替非降解塑料不仅是减少环境污染的有效方法，也是塑料领域发展的必然趋势。

关于大豆蛋白塑料的研究和开发始于20世纪40年代，虽然该材料具有良好的生物降解性和较高的强度，但存在高脆性和耐水性差的缺点。采用增塑改性方法处理，大豆蛋白塑料的韧性和耐水性得到改善，但是其拉伸强度下降。采用聚乳酸和聚己内酯对大豆蛋白塑料进行共混改性，其强度、韧性和耐水性均得到改善，但是上述改性处理需添加适当的相容剂，且生物降解聚酯价格较高，因此以上缺陷限制了该共混物的应用。而添加未改性的天然淀粉会使塑料的耐水性、拉伸强度和断裂伸长率下降。与申报人之前的发明专利“改性大豆蛋白生物降解塑料的制备方法”相比，该发明中塑料的制备工艺得到优化，通过改性木薯淀粉共混和复合增塑剂增塑，其拉伸强度、断裂伸长率和耐水性得到改善。

发明内容

本发明的目的是针对大豆蛋白塑料较脆、耐水性差和加工性能不佳的缺点，提供一种改性大豆蛋白塑料的制备方法，通过选择合适的谷朊粉、改性木薯淀粉共混物对大豆蛋白塑料进行共混改性来提高塑料的力学性能和耐水性能，得到具有较好的拉伸强度、断裂伸长率、耐水性和加工性能的塑料。

本发明提供的改性大豆蛋白塑料的制备方法包括以下步骤：

（1）称取大豆分离蛋白、谷朊粉、改性木薯淀粉和复合增塑剂。

（2）将步骤（1）中称取后的原料研磨10～20min，然后用捏合机混合20～35min，得到混合料，装袋并在室温静置10～16h。

（3）将步骤（2）得到的混合料放入模具中，先用模压成型机预热0.5～2min，预热温度60-80℃，然后在130～150℃，5～15MPa，热压4～8min，制成塑料片材。

上述原料的重量份数如下：

大豆分离蛋白 55～78；

复合增塑剂 20～35；

谷朊粉 1～5；

改性木薯淀粉 1～5。

所述的大豆分离蛋白是以低温脱溶大豆粕为原料生产的一种产品，大豆分离蛋白中蛋白质含量在90%以上。由于大豆分离蛋白含有高蛋白和十多种人体必需氨基酸，所以也有人用作全价蛋白类食品添加剂。

所述的谷朊粉是以小麦为原料，经过深加工提取的一种淡黄色粉状的天然谷物蛋白，具有强吸水性、粘弹性、延伸性、成膜性、粘附热凝性、吸脂乳化性等多种特性，用于改性大豆蛋白塑料的原料，可以增加强度。

所述改性木薯淀粉为羟丙基化木薯淀粉或羟丙基乙酰化木薯淀粉。

所述羟丙基木薯淀粉的制备方法是称取在40℃烘干的木薯淀粉100g，置于1000mL具塞三角瓶中，加入150mL蒸馏水、15g无水硫酸钠，磁力搅拌5min后，用1mol/LNaOH溶液调整pH至11.0。然后充入氮气于装入具塞三角瓶中的待反应溶液中，排除具塞三角瓶内的空气，加入2.0～9.5mL环氧丙烷，密封，放入摇床上反应24h。反应完成后，取出，用1mol/LHCl溶液滴定至pH6.0，抽滤5次，在38～42℃干燥24h，研磨、装袋，得到羟丙基木薯淀粉。

所述羟丙基乙酰化木薯淀粉的制备方法是称取100g在40℃烘干的羟丙基木薯淀粉，加入1000mL圆底三口烧瓶中，分别滴入冰醋酸100～380mL、催化剂100mL、醋酸酐400mL。其中催化剂为浓硫酸的醋酸溶液，溶液中浓硫酸含量为2％。醋酸酐在使用前应放入冰箱冷藏室保存。加入以上试剂后密闭容器，用强力搅拌器搅拌，同时将水浴锅温度调至70℃。当溶液温度升至70℃时，开始记录反应时间。反应时间为3～5h。反应结束后，将反应物在通风橱内从三口烧瓶转移到1000mL烧杯中，冷却至室温。冷却后，加入一定体积的冰水混合物，反复抽滤、洗涤，直至pH值至中性。最后在38～42℃烘箱中烘干，再经粉碎、过筛、装袋后，得到羟丙基乙酰化木薯淀粉。

所述复合增塑剂由甘油、甲酰胺和尿素共混而成，三者比例10:9:1～10:5:5，共混时间为10～25min。

上述制备步骤（1）中，大豆分离蛋白，谷朊粉和改性木薯淀粉均经筛分处理，粒度100～300目，且经干燥处理使原料水分含量低于6%，干燥处理为真空干燥或烘箱干燥。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

（1）本发明所采用的原料为大豆分离蛋白、谷朊粉和改性木薯淀粉，原料来源广泛。

（2）本发明所用的物料均具有生物降解性，且主要物料均来自可再生资源的天然高分子，特别是大豆分离蛋白沿着它的肽链骨架，含有很多极性基，所以具有吸水性、保水性和膨胀性，因此该改性大豆蛋白塑料具有良好的生物降解性，属于环境友好材料。

（3）塑料制备工艺简单，能够提高塑料的力学性能和抗水性。

（4）改性木薯淀粉的引入和复合增塑剂的增塑，使塑料具有良好的耐水性，这会拓宽塑料的应用领域，并使塑料的拉伸强度、断裂伸长率或耐水性均得到改善。

具体实施方式

实施例1

原料配比：改性大豆蛋白塑料的原料（重量份）：大豆分离蛋白75；谷朊粉3；改性羟丙基化木薯淀粉4；复合增塑剂32。

所述复合增塑剂由甘油、甲酰胺和尿素共混而成，三者比例10:9:1～10:5:5，共混时间为10～25min；

制备改性羟丙基化木薯淀粉：称取在40℃烘干的木薯淀粉100g，置于1000mL具塞三角瓶中，加入150mL蒸馏水、15g无水硫酸钠，磁力搅拌5min后，用1mol/LNaOH溶液调整pH至11.0。然后充入氮气于装入具塞三角瓶中的待反应溶液中，排除具塞三角瓶内的空气，加入2.0～9.5mL环氧丙烷，密封，放入摇床上反应24h。反应完成后，取出，用1mol/LHCl溶液滴定至pH6.0，抽滤5次，在38～42℃干燥24h，研磨、装袋，得到羟丙基木薯淀粉；

预处理：大豆分离蛋白，谷朊粉和改性羟丙基化木薯淀粉均经筛分处理，粒度100～300目，且经真空干燥使原料水分含量低于6%。

制备步骤如下：

（1）称取大豆分离蛋白、复合增塑剂、谷朊粉和羟丙基化木薯淀粉；

（2）将步骤（1）中称取后的原料研磨10～20min，然后用捏合机混合20～35min，得到混合料，装袋并在室温静置10～16h；

（3）将步骤（2）得到的混合料放入模具中，先用模压成型机预热0.5～2min，预热温度60～80℃，然后在130～150℃，5～15MPa的条件下热压4～8min，制成塑料片材。

实施例2

原料配比：改性大豆蛋白塑料的原料（重量份）：大豆分离蛋白60；谷朊粉2；改性羟丙基化木薯淀粉2；复合增塑剂25。

预处理：大豆分离蛋白，谷朊粉和改性羟丙基化木薯淀粉均经筛分处理，粒度100～300目，且经烘箱干燥使原料水分含量低于6%。

制备步骤如下：

（3）将步骤（2）得到的混合料放入模具中，先用模压成型机预热0.5～2min，预热温度60～80℃，然后在130～150℃，5～15MPa的条件下热压4～8min，制成塑料片材；

实施例3

原料配比：改性大豆蛋白塑料的原料（重量份）：大豆分离蛋白55；谷朊粉5；羟丙基乙酰化木薯淀粉5；复合增塑剂20。

制备羟丙基乙酰化木薯淀粉：称取100g在40℃烘干的羟丙基木薯淀粉，加入1000mL圆底三口烧瓶中，分别滴入冰醋酸100～380mL、催化剂100mL、醋酸酐400mL。其中催化剂为浓硫酸的醋酸溶液，溶液中浓硫酸含量为2％，醋酸酐在使用前应放入冰箱冷藏室保存，加入以上试剂后密闭容器，用强力搅拌器搅拌，同时将水浴锅温度调至70℃。当溶液温度升至70℃时，开始记录反应时间，反应时间为3～5h，反应结束后，将反应物在通风橱内从三口烧瓶转移到1000mL烧杯中，冷却至室温，冷却后，加入一定体积的冰水混合物，反复抽滤、洗涤，直至pH值至中性，最后在38-42℃烘箱中烘干，再经粉碎、过筛、装袋后，得到羟丙基乙酰化木薯淀粉；

预处理：大豆分离蛋白，谷朊粉和羟丙基乙酰化木薯淀粉均经筛分处理，粒度100～300目，且经烘箱干燥使原料水分含量低于6%。

制备步骤如下：

（1）称取大豆分离蛋白、复合增塑剂、谷朊粉和羟丙基乙酰化木薯淀粉；

实施例4

原料配比：改性大豆蛋白塑料的原料（重量份）：大豆分离蛋白76；谷朊粉3.5；羟丙基乙酰化木薯淀粉3.5；复合增塑剂33。

制备羟丙基乙酰化木薯淀粉：称取100g在40℃烘干的羟丙基木薯淀粉，加入1000mL圆底三口烧瓶中，分别滴入冰醋酸100～380mL、催化剂100mL、醋酸酐400mL，其中催化剂为浓硫酸的醋酸溶液，溶液中浓硫酸含量为2％，醋酸酐在使用前应放入冰箱冷藏室保存，加入以上试剂后密闭容器，用强力搅拌器搅拌，同时将水浴锅温度调至70℃，当溶液温度升至70℃时，开始记录反应时间，反应时间为3～5h，反应结束后，将反应物在通风橱内从三口烧瓶转移到1000mL烧杯中，冷却至室温，冷却后，加入一定体积的冰水混合物，反复抽滤、洗涤，直至pH值至中性，最后在38-42℃烘箱中烘干，再经粉碎、过筛、装袋后，得到羟丙基乙酰化木薯淀粉；

预处理：大豆分离蛋白，谷朊粉和羟丙基乙酰化木薯淀粉均经筛分处理，粒度100～300目，且经真空干燥使原料水分含量低于6%。

制备步骤如下：

本发明产品的检测数据：

下面表格中的力学性能(拉伸强度和断裂伸长率)是根据ASTM D638-91标准，采用了5566型材料实验机测定，拉伸速率为10mm/s。吸水性能测试是根据ASTM D571-81(1993)标准，测定塑料的24h吸水率。其中实施例1-4是本发明上述实施例1-4的数据，将聚氯乙烯与它们进行比较。

Claims

1.一种改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）称取大豆分离蛋白、复合增塑剂、谷朊粉和改性木薯淀粉；

（3）将步骤（2）得到的混合料放入模具中，先用模压成型机预热0.5～2min，预热温度60-80℃，然后在130～150℃，5～15MPa，热压4～8min，制成塑料片材；

上述原料的重量份数如下：

大豆分离蛋白 55～78；

复合增塑剂 20～35；

谷朊粉 1～5；

改性木薯淀粉 1～5；

2.根据权利要求1所述的改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于，大豆分离蛋白，谷朊粉和改性木薯淀粉均经筛分处理，粒度100～300目，且经干燥处理使原料水分含量低于6%。

3.根据权利要求1所述的改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于，所述的羟丙基木薯淀粉的制备方法，其特征在于，是称取干燥的木薯淀粉100g，置于1000mL具塞三角瓶中，加入150mL蒸馏水、15g无水硫酸钠，磁力搅拌5min后，用1mol/LNaOH溶液调整pH至11.0，然后充入氮气于装入具塞三角瓶中的待反应溶液中，排除具塞三角瓶内的空气，加入2.0～9.5mL环氧丙烷，密封，放入摇床上反应24h，反应完成后，取出，用1mol/LHCl溶液滴定至pH6.0，抽滤5次，在38～42℃干燥24h，研磨、装袋，得到羟丙基木薯淀粉。

4.根据权利要求1所述的改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于，所述的羟丙基乙酰化木薯淀粉的制备方法是称取100g在40℃烘干的羟丙基木薯淀粉，加入1000mL圆底三口烧瓶中，分别滴入冰醋酸100～380mL、催化剂100mL、醋酸酐400mL，其中催化剂为浓硫酸的醋酸溶液，溶液中浓硫酸含量为2％，醋酸酐在使用前应放入冰箱冷藏室保存，加入以上试剂后密闭容器，用强力搅拌器搅拌，同时将水浴锅温度调至70℃，当溶液温度升至70℃时，开始记录反应时间，反应时间为3～5h，反应结束后，将反应物在通风橱内从三口烧瓶转移到1000mL烧杯中，冷却至室温，冷却后，加入一定体积的冰水混合物，反复抽滤、洗涤，直至pH值至中性，最后在38～42℃烘箱中烘干，再经粉碎、过筛、装袋后，得到羟丙基乙酰化木薯淀粉。

5.根据权利要求1所述的改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于，所述复合增塑剂由甘油、甲酰胺和尿素共混而成，三者重量比例为10:9:1～10:5:5；共混在搅拌机内完成，共混时间为10～25min。

6.根据权利要求1所述的改性大豆蛋白塑料的制备方法，其特征在于，所述的干燥处理为真空干燥或烘箱干燥。