CN106832555A - 一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯‑乙酸乙烯复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯‑乙酸乙烯复合材料及制备方法，其主要组分及各组分的重量份数为：疏水微生物蛋白质30~60份，聚乙烯‑乙酸乙烯40~70份，润滑剂1~3份，增塑剂1~10份，气味吸附剂1‑3份。制备方法是将疏水微生物蛋白质、润滑剂、增塑剂和气味吸附剂，置于高速搅拌机中充分搅拌10~30分钟；再将聚乙烯‑乙酸乙烯加入到上述混合物中，充分搅拌10~30分钟。混合物置于40~80℃下干燥6~12小时后，通过同向双螺杆挤出机在90~140℃，螺杆转速为100~600转/分钟挤出造粒。本发明的复合材料具有优良的综合性能，可广泛应用于鞋中底、鞋垫、防滑垫、瑜伽垫等领域。

Description

一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料及制备 方法

技术领域

本发明涉及生物基高分子材料技术领域，尤其是涉及一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料及制备方法。

背景技术

传统石油基高分子材料己被广泛应用于国民经济的各个部门，这主要是由于其具有重量轻、机械性能良好、耐水耐化学腐蚀、外形美观、制造安装方便以及价格低廉等优点。据统计，每年世界的塑料总产量近1亿吨，这大约占三大合成材料总量的75%以上，与钢铁的体积产量比达到92%。然而，随着石油、煤炭等不可再生资源被大力开采和使用，同时又缺乏有效的回收与处理系统、相关的专项管理法规及经济政策，致使“白色污染”成为世界性的环境保护和社会问题。

因此，人们开始寻求可持续发展，对环境友好的材料来替代石油基材料。重新审视和重视对天然资源以及生物资源的研究与开发已经成为世界各国的共同使命。美国能源部（DOE）预计至2020年，基于天然植物资源生产的基本化学结构材料要占10%，且到2050年占比要提高到50%。

近年来，中国也加大了对可再生和可循环资源的研究与开发力度。可见，基于天然高分子材料领域的研究及应用正在蓬勃展开，它们必然带动农业、绿色化学、生物医学、可生物降解材料以及纳米技术、生物技术、分子组装等多学科的发展，终将对人类的生存与健康和世界经济发展起不可估量的作用。众所周知，天然高分子种类繁多，来源广泛，应用广泛，主要包括纤维素、半纤维素、木质素、壳聚糖、甲壳素、淀粉、蛋白质以及天然橡胶等。其中，蛋白质分为植物蛋白质、动物蛋白质和微生物蛋白质等。由于蛋白质材料无污染，可降解，在高温剪切的加工条件下，具备良好的机械性能，近年来改性蛋白质成为可降解材料领域的研究热点。

聚乙烯-乙酸乙烯 (EVA) 具有很好的弹性、轻便性、易着色等优点，因此EVA被广泛应用于鞋底发泡鞋材领域，然而一般的EVA发泡鞋材透气性、吸湿性差，使用EVA发泡鞋材制作的鞋底时， 脚部汗腺所分泌的汗液不能及时蒸发，在鞋内形成潮湿环境，极易滋生大量细菌，造成足部不适，影响人体健康，实用性低。此外，EVA废品在自然环境中无法被微生物分解，造成环境污染与环保上的问题。目前市场上常见的发泡EVA材料通常采用碳酸钙作为填充剂，但是复合材料存在回弹性差、压缩变形较大，耐磨性和耐折性不佳，易变脆、产生裂纹等缺陷，限制了其应用范围。公开号CN102993551A的中国发明专利申请公开了一种EVA发泡板材及其制备方法，把软木屑与EVA 相混合，经模压发泡制成发泡板材，与常用的无机填料相比，软木屑具有密度低、资源丰富、可降解。但是，由于软木屑与EVA材料之间的相容性差，发泡成型时软木屑与EVA之间会出现剥离现象，在EVA成型体上造成孔洞，成品率低，不适合工业化生产。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种制备疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材的方法。疏水微生物蛋白质与聚乙烯-乙酸乙烯熔融共混后得到的新型热塑性复合材料加工性能良好，具备抗菌、环保、质轻、透气、吸湿、除臭、缓冲、减震等特点，可广泛应用于鞋底、鞋垫、防滑垫、瑜伽垫等领域，属国内首创。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料的方法，所含原料及各原料的重量份数为：疏水蛋白质30~60份，聚乙烯-乙酸乙烯 (EVA) 40~70份，润滑剂1~3份，增塑剂1~10份，气味吸附剂1~3份；所述的疏水微生物蛋白质是将原核细胞微生物蛋白、真核细胞微生物蛋白中的一种或两种蛋白质原料干燥，使得含水率为0.5%，加入3倍质量的乙酸乙酯溶剂，3%质量的辛酸亚锡催化剂，于80℃，200转速/分钟搅拌下，逐步加入10%质量的含有异氰酸酯活性基团和疏水侧链的改性单体，氮气保护下反应1小时，用丙酮充分洗涤，干燥后得到。

所述的聚乙烯-乙酸乙烯中乙酸乙烯（VA）结构单元的含量为5%~70%。

所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

所述的增塑剂为环氧大豆油、甘油、聚乙二醇、甲酰胺中的一种或多种。

所述的气味吸附剂为硅藻土、活性炭、分子筛中的一种或多种。

制备方法如下：

1）将疏水微生物蛋白质30~60份，润滑剂1~3份，增塑剂1~10份，气味吸附剂1-3份，置于高速搅拌机中充分搅拌10~30 分钟；

2）将聚乙烯-乙酸乙烯40~70份，加入到上述混合物中，置于高速搅拌机中充分搅拌10~30分钟；

3）将上述混合均匀的混合物置于40~80℃下干燥6~12小时；

4）通过同向双螺杆挤出机挤出造粒，制得所述疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料；熔融共混温度为90~140℃，螺杆转速为100~600转/分钟。

本发明有益的技术效果在于：1)本发明的天然大分子蛋白质来源丰富，应用于复合材料中可生物降解；2）本发明可以减少石油基材料的使用，有利于保护生态环境；3）本发明的疏水微生物蛋白质与聚乙烯-乙酸乙烯复合材料具有较好的相容性；4）本发明的复合材料，仅需要添加少量的增塑剂；5）本发明的疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料具有优异的抑菌效果，不需要额外添加化学抗菌剂；5）本发明的疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料制备工艺简单，可广泛应用于鞋中底、鞋垫、防滑垫、瑜伽垫等领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行具体说明。

实施例1

一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，制备方法如下：

取疏水酵母蛋白质（蛋白质含量76.8%）500g，环氧大豆油50g，甘油50g，硬脂酸15g，乙撑双硬脂酸酰胺10g，硅藻土20g置于高速搅拌机中充分搅拌20分钟，再加入聚乙烯-乙酸乙烯（VA含量为18%）500g，充分搅拌10分钟，混合物通过同向双螺杆挤出机（螺杆直径26mm，L/D=46）挤出造粒，制得所述疏水蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料；熔融共混温度为90℃，100℃，130℃，140℃，140℃，140℃，140℃，130℃，螺杆转速为300转/分钟。将上述得到的疏水蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，放入到10MPa、130℃的平板硫化机内热压3分钟，冷却室温取出片材，制成标准哑铃样条。测得材料的拉伸强度为10.3 MPa，断裂伸长率为850%。

实施例2

一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，制备方法如下：

取疏水蓝细菌蛋白质（蛋白质含量46.4%）300g，聚乙二醇30g，甘油50g，甲酰胺20g，硬脂酸30g，活性炭30g置于高速搅拌机中充分搅拌30分钟，再加入聚乙烯-乙酸乙烯（VA含量为33%）700g，充分搅拌20分钟，混合物通过同向双螺杆挤出机（螺杆直径26mm，L/D=46）挤出造粒，制得所述疏水蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料；熔融共混温度为90℃，120℃，130℃，140℃，140℃，140℃，140℃，130℃，螺杆转速为400转/分钟。将上述得到的疏水蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，放入到10MPa、130℃的平板硫化机内热压3分钟，冷却室温取出片材，制成标准哑铃样条。测得材料的拉伸强度为7.3 MPa，断裂伸长率为1200%。

实施例3

一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，制备方法如下：

取疏水蓝细菌蛋白质（蛋白质含量38.7%）400g，甘油80g，甲酰胺20g，硬脂酸30g，分子筛30g置于高速搅拌机中充分搅拌30分钟，再加入聚乙烯-乙酸乙烯（VA含量为18%）600g，充分搅拌20分钟，混合物通过同向双螺杆挤出机（螺杆直径26mm，L/D=46）挤出造粒，制得所述疏水蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料；熔融共混温度为90℃，120℃，130℃，140℃，140℃，140℃，140℃，130℃，螺杆转速为300转/分钟。将上述得到的疏水蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，放入到10MPa、130℃的平板硫化机内热压3分钟，冷却室温取出片材，制成标准哑铃样条。测得材料的拉伸强度为11.9 MPa，断裂伸长率为1000%。

实施例4

一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，制备方法如下：

取疏水蓝细菌蛋白质（蛋白质含量38.7%）300g，甘油20g，硬脂酸30g，活性炭20g置于高速搅拌机中充分搅拌30分钟，再加入聚乙烯-乙酸乙烯（VA含量为18%）700g，充分搅拌20分钟，混合物通过同向双螺杆挤出机（螺杆直径26mm，L/D=46）挤出造粒，制得所述疏水蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料；熔融共混温度为90℃，120℃，130℃，140℃，140℃，140℃，140℃，130℃，螺杆转速为300转/分钟。将上述得到的疏水蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，放入到10MPa、130℃的平板硫化机内热压3分钟，冷却室温取出片材，制成标准哑铃样条。测得材料的拉伸强度为16.6 MPa，断裂伸长率为900%。

Claims (6)

1.一种疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，其特征在于所含原料及各原料的重量份数为：疏水微生物蛋白质30~60份，聚乙烯-乙酸乙烯 (EVA) 40~70份，润滑剂1~3份，增塑剂1~10份，气味吸附剂1~3份；所述的疏水微生物蛋白质是将原核细胞微生物蛋白、真核细胞微生物蛋白中的一种或两种蛋白质原料干燥，使得含水率为0.5%，加入3倍质量的乙酸乙酯溶剂，3%质量的辛酸亚锡催化剂，于80℃，200转速/分钟搅拌下，逐步加入10%质量的含有异氰酸酯活性基团和疏水侧链的改性单体，氮气保护下反应1小时，用丙酮充分洗涤，干燥后得到。

2.根据权利要求1所述的疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，其特征在于，所述的聚乙烯-乙酸乙烯中乙酸乙烯（VA）结构单元的含量为5%~70%。

3.根据权利要求1所述的疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，其特征在于，所述的增塑剂为环氧大豆油、甘油、聚乙二醇、甲酰胺中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，其特征在于，所述的气味吸附剂为硅藻土、活性炭、分子筛中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料，其特征在于，制备方法如下：

1）将疏水微生物蛋白质30~60份，润滑剂1~3份，增塑剂1~10份，气味吸附剂1-3份，置于高速搅拌机中充分搅拌10~30 分钟；

2）将聚乙烯-乙酸乙烯40~70份，加入到上述混合物中，置于高速搅拌机中充分搅拌10~30分钟；

3）将上述混合均匀的混合物置于40~80℃下干燥6~12小时；

4）通过同向双螺杆挤出机挤出造粒，制得所述疏水微生物蛋白质/聚乙烯-乙酸乙烯复合材料；熔融共混温度为90~140℃，螺杆转速为100~600转/分钟。