大豆蛋白納米複合塑料及其製備方法
2023-05-13 14:03:06 4
專利名稱：大豆蛋白納米複合塑料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種含大豆蛋白的複合塑料及其製備方法，屬於天然高分子材料領域，也屬於環境科學技術領域。
背景技術：
大豆蛋白質是大豆榨油之後的副產品，價格低廉、具有較好的生物活性和功能，大部分用於食品工業，在黏合劑、降解塑料等材料領域也得到應用。最近，由於石油資源的日益緊張、原油價格持續上漲以及非降解塑料製品的環境汙染問題，基於可再生資源的天然高分子材料的研究和應用被廣泛重視，而大豆分離蛋白憑藉其熱塑性而作為「工業蛋白塑料」的最佳原料，目前主要思路是通過物理和化學的方法改性製備能實際使用的大豆蛋白材料(Ind.Crops Prod.，2002，16，155-172.)。通過加入甘油或水、多羥基增塑劑(J.Macromol.Sci.Pure Appl.Chem.，1996，A33，557-569)和反應型增塑劑(J.Appl.Polym.Sci.，2001，81，166-175；2000，78，1063-1070)等，可以解決純大豆蛋白質流動性差、熔點高、難以加工的缺點，而且還能賦予脆性大的純大豆蛋白材料一定的韌性。然而，增塑劑的加入極劇地降低了材料的拉伸強度。交聯(Polymer，2001，42，2569-2578)和共混(Polymer，2001，42，6961-6969；Polym.Int.，1999，48，1165-1172；美國專利1995，5397834；美國專利1996，5523293；美國專利1999，5922379；中國專利2004，ZL02115509.7；J.Appl.Polym.Sci.，2003，88，3291-3297)等方法被廣泛地採用，均在一定程度上提高了材料的強度，特別是木質素磺酸鈣在含添加量適當時能同時提高強度和伸長率(中國專利2004，ZL02115509.7；J.Appl.Polym.Sci.，2003，88，3284-3290)。
發明內容
本發明的目的在於提供一種力學性能提高、成本低廉、可生物降解的大豆蛋白納米複合塑料及其製備方法。
為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案如下大豆蛋白納米複合塑料，其特徵在於它主要由無機納米粒子、大豆分離蛋白和甘油原料製得；無機納米粒子、大豆分離蛋白各原料所佔無機納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無機納米粒子1-25、大豆分離蛋白75-99；外加甘油，甘油的加入量為無機納米粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20-40％；所述的無機納米粒子為累託石或納米二氧化矽粒子。
所述的納米二氧化矽粒子的粒徑為10-250nm。累託石的剝離狀態為納米粒子分散。
上述大豆蛋白納米複合塑料的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1).按無機納米粒子、大豆分離蛋白各原料所佔無機納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無機納米粒子1-25、大豆分離蛋白75-99，選取無機納米粒子和大豆分離蛋白備用，所述的無機納米粒子為累託石或納米二氧化矽粒子；按甘油的加入量為無機納米粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20-40％，選取甘油備用；2).將無機納米粒子與大豆分離蛋白分別溶於水溶液中分散，其中無機納米粒子的重量濃度為1-9％、大豆分離蛋白的重量濃度為1-7％，混合後劇烈攪拌，然後冷凍乾燥得到固體複合物；3).固體複合物中加入甘油增塑，然後在密煉機中於120-170℃、30-100rpm條件下進行熔融共混3-15分鐘；然後在120-180℃、10-30MPa下熱壓成型，即得產品。
本發明採用層狀結構的累託石通過溶液插層、熔融插層，累託石以剝離形態分散到大豆蛋白基體中，有效地提高材料的拉伸強度和模量。本發明通過熔融共混的方法將納米二氧化矽粒子分散到大豆蛋白基體中，有效地提高了材料的力學性能，添加量適當時拉伸強度、斷裂伸長率和楊氏模量同時提高。本發明利用無機納米粉體通過共混的方法引入大豆蛋白基體中，方法簡單易行。本發明採用累託石或納米二氧化矽粒子，其原材料成本低；以及採用水為材料複合的介質，工藝簡單、環保，生產成本低；因此，本發明具有成本低廉的特點。本發明採用主要由無機納米粒子、大豆分離蛋白和甘油原料製得，其主要組分-大豆分離蛋白可生物降解。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。
實施例1按二氧化矽粒子(粒徑為30nm，武漢大學教育部有機矽材料工程中心)原料所佔二氧化矽粒子和大豆分離蛋的重量百分比為4、8、12、16、20、24，大豆分離蛋白(湖北省杜邦雲夢蛋白食品有限公司)原料所佔二氧化矽粒子和大豆分離蛋的重量百分比相應分別為96、92、88、84、80、76選取6組配比的二氧化矽粒子和大豆分離蛋白原料；將每組的二氧化矽粒子與大豆分離蛋白分別溶於水溶液中分散，其中二氧化矽粒子的重量濃度為5％、大豆分離蛋白的重量濃度為6％，混合後劇烈攪拌，然後冷凍乾燥得到6種固體複合物；然後在6種固體複合物中分別加甘油增塑混合拌勻(甘油加入量為二氧化矽粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的30％)，在密煉機中於140℃、30rpm條件下進行熔融共混5分鐘；然後將共混產物分別在150℃和20MPa下熱壓3分鐘，保持壓力恆定風冷30分鐘至約50℃，得產品(片材)。製備的片材的力學性能見表1。力學性能參照ISO6239-1986(E)標準在深圳新三思測試儀器公司的CMT6503儀器上測得，拉伸速率為10mm/min。
實施例2按累託石(湖北名流累託石科技股份有限公司)原料所佔累託石和大豆分離蛋的重量百分比分別為4、8、12、16、20、24，大豆分離蛋白(湖北省杜邦雲夢蛋白食品有限公司)原料所佔累託石和大豆分離蛋的重量百分比相應分別為96、92、88、84、80、76選取6組配比的累託石和大豆分離蛋白原料；將每組的累託石與大豆分離蛋白分別溶於水溶液中分散，其中累託石的重量濃度為5％、大豆分離蛋白的重量濃度為6％，混合後劇烈攪拌，然後冷凍乾燥得到6種固體複合物；然後在6種固體複合物中分別加甘油增塑混合拌勻(甘油加入量為累託石、大豆分離蛋白及甘油總重量的30％)，在密煉機中於140℃、30rpm條件下進行熔融共混5分鐘；然後將共混產物分別在150℃和20MPa下熱壓3分鐘，保持壓力恆定風冷30分鐘至約50℃，得產品(片材)。製備的片材的力學性能見表1。力學性能參照ISO6239-1986(E)標準在深圳新三思測試儀器公司的CMT6503儀器上測得，拉伸速率為10mm/min。
比較例1將重量濃度為6％的大豆分離蛋白(湖北省杜邦雲夢蛋白食品有限公司)水懸浮液冷凍乾燥，然後與大豆分離蛋白和甘油總重量的30％的甘油增塑混合拌勻，在密煉機中於140℃、30rpm條件下進行熔融共混5分鐘；然後將共混產物分別在150℃和20MPa下熱壓3分鐘，保持壓力恆定風冷30分鐘至約50℃，得片材。製備的片材的力學性能見表1。力學性能測試同實施例1。
附表1，複合塑料的力學性能
由表1可知，本發明的累託石改性大豆蛋白塑料，其拉伸強度和楊氏模量明顯高於純大豆蛋白塑料，但斷裂伸長率降低；二氧化矽粒子在含量較低時，拉伸強度、楊氏模量和斷裂伸長率同時提高，性能突出。
實施例4大豆蛋白納米複合塑料的製備方法，它包括如下步驟1).按累託石(湖北名流累託石科技股份有限公司)、大豆分離蛋白(湖北省杜邦雲夢蛋白食品有限公司)各原料所佔累託石和大豆分離蛋的重量百分比為累託石1、大豆分離蛋白99，選取累託石和大豆分離蛋白備用；按甘油的加入量為累託石、大豆分離蛋白及甘油總重量的40％，選取甘油備用；2).將累託石與大豆分離蛋白分別溶於水溶液中分散，其中累託石的重量濃度為9％、大豆分離蛋白的重量濃度為7％，混合後劇烈攪拌，然後冷凍乾燥得到固體複合物；3).固體複合物中加入甘油增塑，然後在密煉機中於120℃、100rpm條件下進行熔融共混15分鐘；然後在120℃、30MPa下熱壓成型，即得產品。
實施例5大豆蛋白納米複合塑料的製備方法，它包括如下步驟1).按累託石(湖北名流累託石科技股份有限公司)、大豆分離蛋白(湖北省杜邦雲夢蛋白食品有限公司)各原料所佔累託石和大豆分離蛋的重量百分比為累託石25、大豆分離蛋白75，選取累託石和大豆分離蛋白備用；按甘油的加入量為累託石、大豆分離蛋白及甘油總重量的20％，選取甘油備用；2).將累託石與大豆分離蛋白分別溶於水溶液中分散，其中累託石的重量濃度為1％、大豆分離蛋白的重量濃度為1％，混合後劇烈攪拌，然後冷凍乾燥得到固體複合物；3).固體複合物中加入甘油增塑，然後在密煉機中於170℃、30rpm條件下進行熔融共混3分鐘；然後在180℃、10MPa下熱壓成型，即得產品。
實施例6
大豆蛋白納米複合塑料的製備方法，它包括如下步驟1).按二氧化矽粒子(粒徑為10nm，武漢大學教育部有機矽材料工程中心)、大豆分離蛋白(湖北省杜邦雲夢蛋白食品有限公司)各原料所佔二氧化矽粒子和大豆分離蛋的重量百分比為二氧化矽粒子25、大豆分離蛋白75，選取二氧化矽粒子和大豆分離蛋白備用；按甘油的加入量為二氧化矽粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的40％，選取甘油備用；2).將二氧化矽粒子與大豆分離蛋白分別溶於水溶液中分散，其中二氧化矽粒子的重量濃度為1％、大豆分離蛋白的重量濃度為1％，混合後劇烈攪拌，然後冷凍乾燥得到固體複合物；3).固體複合物中加入甘油增塑，然後在密煉機中於120℃、100rpm條件下進行熔融共混15分鐘；然後在120℃、30MPa下熱壓成型，即得產品。
實施例7大豆蛋白納米複合塑料的製備方法，它包括如下步驟1).按二氧化矽粒子(粒徑為250nm，武漢大學教育部有機矽材料工程中心)、大豆分離蛋白(湖北省杜邦雲夢蛋白食品有限公司)各原料所佔二氧化矽粒子和大豆分離蛋的重量百分比為二氧化矽粒子1、大豆分離蛋白99，選取二氧化矽粒子和大豆分離蛋白備用；按甘油的加入量為二氧化矽粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20％，選取甘油備用；2).將二氧化矽粒子與大豆分離蛋白分別溶於水溶液中分散，其中二氧化矽粒子的重量濃度為9％、大豆分離蛋白的重量濃度為7％，混合後劇烈攪拌，然後冷凍乾燥得到固體複合物；3).固體複合物中加入甘油增塑，然後在密煉機中於170℃、30rpm條件下進行熔融共混3分鐘；然後在180℃、10MPa下熱壓成型，即得產品。
權利要求
1.大豆蛋白納米複合塑料，其特徵在於它主要由無機納米粒子、大豆分離蛋白和甘油原料製得；無機納米粒子、大豆分離蛋白各原料所佔無機納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無機納米粒子1-25、大豆分離蛋白75-99；外加甘油，甘油的加入量為無機納米粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20-40％；所述的無機納米粒子為累託石或納米二氧化矽粒子。
2.根據權利要求1所述的大豆蛋白納米複合塑料，其特徵在於所述的納米二氧化矽粒子的粒徑為10-250nm。
3.如權利要求1所述的大豆蛋白納米複合塑料的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1).按無機納米粒子、大豆分離蛋白各原料所佔無機納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無機納米粒子1-25、大豆分離蛋白75-99，選取無機納米粒子和大豆分離蛋白備用，所述的無機納米粒子為累託石或納米二氧化矽粒子；按甘油的加入量為無機納米粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20-40％，選取甘油備用；2).將無機納米粒子與大豆分離蛋白分別溶於水溶液中分散，其中無機納米粒子的重量濃度為1-9％、大豆分離蛋白的重量濃度為1-7％，混合後劇烈攪拌，然後冷凍乾燥得到固體複合物；3).固體複合物中加入甘油增塑，然後在密煉機中於120-170℃、30-100rpm條件下進行熔融共混3-15分鐘；然後在120-180℃、10-30MPa下熱壓成型，即得產品。
全文摘要
本發明涉及一種含大豆蛋白的複合塑料及其製備方法。大豆蛋白納米複合塑料，其特徵在於它主要由無機納米粒子、大豆分離蛋白和甘油原料製得；無機納米粒子、大豆分離蛋白各原料所佔無機納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無機納米粒子1－25、大豆分離蛋白75－99；外加甘油，甘油的加入量為無機納米粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20－40％；所述的無機納米粒子為累託石或納米二氧化矽粒子。本發明具有力學性能提高、成本低廉、可生物降解的特點；本發明的工藝簡單、環保。
文檔編號C08K3/36GK1817968SQ20061001853
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月14日 優先權日2006年3月14日
發明者黃進, 崔國娟, 艾福金, 樊李紅 申請人:武漢理工大學