CN1583885A - 水性聚氨酯改性的大豆蛋白质塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性大豆蛋白塑料，它是由35～40％阴离子水性聚氨酯乳液、65～60％大豆蛋白质与占上述两组份总质量1～4％的乙二醇二缩水甘油醚通过反应交联所得，其制备方法为：将阴离子水性聚氨酯乳液与大豆分离蛋白按一定比例机械混合，按计量加入乙二醇二缩水甘油醚后继续搅拌0.5h，然后将混合液倒入聚四氟乙烯模具，放进烘箱50℃加热固化24h得到固态混合物。该固态混合物经乙酸水溶液处理后在115～120℃和20MPa条件下热压5～10min制成试片。该蛋白质材料不仅生产工艺简单、无污染，而且具有良好的力学性能和较低的吸水率。因此该蛋白质复合材料是一种具有发展潜力的新型可生物降解绿色材料。
Description
技术领域
本发明涉及用可再生资源—大豆蛋白质制备具有可生物降解塑料的方法和用途，属于高分子材料化学领域，也属于生态环境领域。
背景技术
由于不可再生的石油资源日益消耗和基于石油化工原料的合成高分子材料制成品的广泛使用而造成环境污染日益严重，因此可再生资源—天然高分子的开发和利用越来越受到人们的重视。近年，由大豆分离大豆蛋白质为原料的新兴“工业蛋白塑料工业”日益引人注目。其主要研究与开发集中在通过热压成型制备大豆蛋白塑料(Jacob John and Mrinal Bhattacharya Polymer International48：1165-1172(1999))。但是，大豆蛋白塑料由于本身具有脆性大、不耐水的缺点，其实际应用受到限制。为了解决这一缺点通常采用酸调、交联、填充或共混等改性方法。大豆蛋白本身的许多活性基团易于发生交联改性，采用甲醛或乙二醛交联能有效地抑制材料的吸水性。[Zhang J，Mungara P，Jane J：“Mechanical andThermal Properties of Extruded Soy Protein Sheets”.Polymer，2001，42：2569.]
发明内容
本发明的目的是提供一种用乙二醇二缩水甘油醚交联水性聚氨酯/大豆蛋白质塑料及其制备方法，这种塑料应具有较好的力学性能(拉伸强度和断裂伸长率)和抗水性。
本发明提供的技术方案是：一种改性大豆蛋白质塑料，它是由35～40％阴离子水性聚氨酯乳液、65～60％大豆蛋白质与1～4％乙二醇二缩水甘油醚通过反应交联所得，以上百分比为质量百分比。
一种制备上述改性大豆蛋白质塑料的方法：将阴离子水性聚氨酯乳液与大豆分离蛋白按35～40∶65～60的比例机械混合，按计量加入占上述两组份总质量1～4％乙二醇二缩水甘油醚后继续搅拌0.5h，然后将混和液体倒入聚四氟乙烯模具，放进烘箱50±10℃下加热固化20～30h得到固态混合物。将固态混合物置于0.4～0.5M乙酸水溶液中浸泡24h，干燥后在饱和食盐水蒸汽环境下室温存放一周，固态混合物在115-120℃和10～20MPa下热压5～10min制成厚度为0.3mm试片。
上述改性大豆蛋白质塑料可用于可生物降解的绿色材料如一次性餐具、食品包装、工业用复合材料。
本发明的改性大豆蛋白质塑料，利用水性聚氨酯和大豆分离蛋白质这些再生资源，通过简单工艺制得，而且具有可生物降解性，有利于环保；同时可以增加水性聚氨酯和大豆分离蛋白质产品的附加值，具有重要经济价值。本发明可以通过调节水性聚氨酯的含量、乙二醇二缩水甘油醚的含量得到不同力学性能的材料，其科技含量高，具有创新性。本发明的含有适量水性聚氨酯的大豆蛋白质塑料在拉伸强度和断裂伸长率两个力学性能指标同时得到提高，具有实用性。本发明的水性聚氨酯改性的大豆蛋白质塑料具有较好的柔性、较低的吸水性和优良的抗水性，由此解决了长期困扰大豆蛋白塑料实际应用的难题，因此有显著的技术进步。
具体实施方式
实施例1：一种改性大豆蛋白塑料，它是由40％阴离子水性聚氨酯乳液、60％大豆分离蛋白质与占上述两组份总质量2％的乙二醇二缩水甘油醚通过反应交联所得，以上百分比为质量百分比。
实施例2：一种改性大豆蛋白塑料，它是由40％阴离子水性聚氨酯乳液、60％大豆分离蛋白质与占上述两组份总质量3％的乙二醇二缩水甘油醚通过反应交联所得，以上百分比为质量百分比。
实施例3：一种改性大豆蛋白塑料，它是由35％阴离子水性聚氨酯乳液、65％大豆分离蛋白质与占上述两组份总质量4％的乙二醇二缩水甘油醚通过反应交联所得，以上百分比为质量百分比。
实施例4：一种改性大豆蛋白塑料，它是由38％阴离子水性聚氨酯乳液、62％大豆分离蛋白质与占上述两组份总质量1％的乙二醇二缩水甘油醚通过反应交联所得，以上百分比为质量百分比。
将阴离子水性聚氨酯(20wt％，膜的邵氏硬度10～20度，老河口皮化公司)与大豆分离蛋白质(湖北省云梦龙云蛋白质食品有限公司)按比例机械混合，按计量加入乙二醇二缩水甘油醚后继续搅拌0.5h，然后将混液倒入聚四氟乙烯模具，放进烘箱50±10℃加热固化24h得到固态混合物。将固态混合物置于0.4～0.5M乙酸(HOAc)水溶液中浸泡24h，然后在25℃空气中放置24h。固态混合物在115-120℃和20MPa条件下热压10min制成厚度为0.3mm。同时在相同条件下用纯的水性聚氨酯(WPU)和纯的大豆分离蛋白质(SPI)分别制得试片作为比较参照。试片的性能见附表1。
附表1水性聚氨酯改性大豆分离蛋白质塑料的机械性能和吸水性
| 编号 | 乙二醇二缩水甘油醚用量(％) | 力学性能 | 吸水性(％) | |
| 抗张强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | |||
| E0 | 0 | 10±2 | 70±10 | 26±4 |
| E2 | 2 | 14±2 | 50±10 | 26±4 |
| E3 | 3 | 18±2 | 25±10 | 26±4 |
| SPI | 0 | - | - | 38.7±4 |
| WPU | 0 | 5±1 | 1700±100 | 14.6±0.5 |
以上数据的测试如下：力学性能参照ISO6239-1986(E)标准在深圳新三思测试仪器公司的CMT6503仪器上测得，拉伸速率为50mm/min；吸水性测试为24小时后片材的含水质量与初始干态质量之比。
Claims (2)
1.一种水性聚氨酯改性的大豆蛋白质塑料，其特征在于它是由35～40％阴离子水性聚氨酯乳液、65～60％大豆蛋白质与占上述两组份总质量1～4％的乙二醇二缩水甘油醚通过反应交联所得，以上百分比为质量百分比。
2.一种制备权利要求1所述水性聚氨酯改性的大豆蛋白质塑料的方法，其特征在于：将阴离子水性聚氨酯乳液与大豆分离蛋白质按质量比为35～40∶65～60的比例机械混合，按计量加入占上述两组份总质量1～4％乙二醇二缩水甘油醚后继续搅拌0.5h，然后将混和液体倒入聚四氟乙烯模具，放进烘箱50±10℃下加热固化20～30h得到固态混合物。将固态混合物置于0.4～0.5M乙酸水溶液中浸泡24h，干燥后在饱和食盐水蒸汽环境下室温存放一周，固态混合物在115-120℃和10～20MPa下热压5～10min制成厚度为0.3mm试片。
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