專利名稱：大豆蛋白納米復(fù)合塑料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含大豆蛋白的復(fù)合塑料及其制備方法，屬于天然高分子材料領(lǐng)域，也屬于環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大豆蛋白質(zhì)是大豆榨油之后的副產(chǎn)品，價(jià)格低廉、具有較好的生物活性和功能，大部分用于食品工業(yè)，在黏合劑、降解塑料等材料領(lǐng)域也得到應(yīng)用。最近，由于石油資源的日益緊張、原油價(jià)格持續(xù)上漲以及非降解塑料制品的環(huán)境污染問(wèn)題，基于可再生資源的天然高分子材料的研究和應(yīng)用被廣泛重視，而大豆分離蛋白憑借其熱塑性而作為“工業(yè)蛋白塑料”的最佳原料，目前主要思路是通過(guò)物理和化學(xué)的方法改性制備能實(shí)際使用的大豆蛋白材料(Ind.Crops Prod.，2002，16，155-172.)。通過(guò)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(yīng)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(zhì)流動(dòng)性差、熔點(diǎn)高、難以加工的缺點(diǎn)，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(qiáng)度。交聯(lián)(Polymer，2001，42，2569-2578)和共混(Polymer，2001，42，6961-6969；Polym.Int.，1999，48，1165-1172；美國(guó)專利1995，5397834；美國(guó)專利1996，5523293；美國(guó)專利1999，5922379；中國(guó)專利2004，ZL02115509.7；J.Appl.Polym.Sci.，2003，88，3291-3297)等方法被廣泛地采用，均在一定程度上提高了材料的強(qiáng)度，特別是木質(zhì)素磺酸鈣在含添加量適當(dāng)時(shí)能同時(shí)提高強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(中國(guó)專利2004，ZL02115509.7；J.Appl.Polym.Sci.，2003，88，3284-3290)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種力學(xué)性能提高、成本低廉、可生物降解的大豆蛋白納米復(fù)合塑料及其制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下大豆蛋白納米復(fù)合塑料，其特征在于它主要由無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白和甘油原料制得；無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白各原料所占無(wú)機(jī)納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20-40％；所述的無(wú)機(jī)納米粒子為累托石或納米二氧化硅粒子。
所述的納米二氧化硅粒子的粒徑為10-250nm。累托石的剝離狀態(tài)為納米粒子分散。
上述大豆蛋白納米復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1).按無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白各原料所占無(wú)機(jī)納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無(wú)機(jī)納米粒子1-25、大豆分離蛋白75-99，選取無(wú)機(jī)納米粒子和大豆分離蛋白備用，所述的無(wú)機(jī)納米粒子為累托石或納米二氧化硅粒子；按甘油的加入量為無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)納米粒子與大豆分離蛋白分別溶于水溶液中分散，其中無(wú)機(jī)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％，混合后劇烈攪拌，然后冷凍干燥得到固體復(fù)合物；3).固體復(fù)合物中加入甘油增塑，然后在密煉機(jī)中于120-170℃、30-100rpm條件下進(jìn)行熔融共混3-15分鐘；然后在120-180℃、10-30MPa下熱壓成型，即得產(chǎn)品。
本發(fā)明采用層狀結(jié)構(gòu)的累托石通過(guò)溶液插層、熔融插層，累托石以剝離形態(tài)分散到大豆蛋白基體中，有效地提高材料的拉伸強(qiáng)度和模量。本發(fā)明通過(guò)熔融共混的方法將納米二氧化硅粒子分散到大豆蛋白基體中，有效地提高了材料的力學(xué)性能，添加量適當(dāng)時(shí)拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和楊氏模量同時(shí)提高。本發(fā)明利用無(wú)機(jī)納米粉體通過(guò)共混的方法引入大豆蛋白基體中，方法簡(jiǎn)單易行。本發(fā)明采用累托石或納米二氧化硅粒子，其原材料成本低；以及采用水為材料復(fù)合的介質(zhì)，工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保，生產(chǎn)成本低；因此，本發(fā)明具有成本低廉的特點(diǎn)。本發(fā)明采用主要由無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白和甘油原料制得，其主要組分-大豆分離蛋白可生物降解。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
實(shí)施例1按二氧化硅粒子(粒徑為30nm，武漢大學(xué)教育部有機(jī)硅材料工程中心)原料所占二氧化硅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(湖北省杜邦云夢(mèng)蛋白食品有限公司)原料所占二氧化硅粒子和大豆分離蛋的重量百分比相應(yīng)分別為96、92、88、84、80、76選取6組配比的二氧化硅粒子和大豆分離蛋白原料；將每組的二氧化硅粒子與大豆分離蛋白分別溶于水溶液中分散，其中二氧化硅粒子的重量濃度為5％、大豆分離蛋白的重量濃度為6％，混合后劇烈攪拌，然后冷凍干燥得到6種固體復(fù)合物；然后在6種固體復(fù)合物中分別加甘油增塑混合拌勻(甘油加入量為二氧化硅粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的30％)，在密煉機(jī)中于140℃、30rpm條件下進(jìn)行熔融共混5分鐘；然后將共混產(chǎn)物分別在150℃和20MPa下熱壓3分鐘，保持壓力恒定風(fēng)冷30分鐘至約50℃，得產(chǎn)品(片材)。制備的片材的力學(xué)性能見表1。力學(xué)性能參照ISO6239-1986(E)標(biāo)準(zhǔn)在深圳新三思測(cè)試儀器公司的CMT6503儀器上測(cè)得，拉伸速率為10mm/min。
實(shí)施例2按累托石(湖北名流累托石科技股份有限公司)原料所占累托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(湖北省杜邦云夢(mèng)蛋白食品有限公司)原料所占累托石和大豆分離蛋的重量百分比相應(yīng)分別為96、92、88、84、80、76選取6組配比的累托石和大豆分離蛋白原料；將每組的累托石與大豆分離蛋白分別溶于水溶液中分散，其中累托石的重量濃度為5％、大豆分離蛋白的重量濃度為6％，混合后劇烈攪拌，然后冷凍干燥得到6種固體復(fù)合物；然后在6種固體復(fù)合物中分別加甘油增塑混合拌勻(甘油加入量為累托石、大豆分離蛋白及甘油總重量的30％)，在密煉機(jī)中于140℃、30rpm條件下進(jìn)行熔融共混5分鐘；然后將共混產(chǎn)物分別在150℃和20MPa下熱壓3分鐘，保持壓力恒定風(fēng)冷30分鐘至約50℃，得產(chǎn)品(片材)。制備的片材的力學(xué)性能見表1。力學(xué)性能參照ISO6239-1986(E)標(biāo)準(zhǔn)在深圳新三思測(cè)試儀器公司的CMT6503儀器上測(cè)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(湖北省杜邦云夢(mèng)蛋白食品有限公司)水懸浮液冷凍干燥，然后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(jī)中于140℃、30rpm條件下進(jìn)行熔融共混5分鐘；然后將共混產(chǎn)物分別在150℃和20MPa下熱壓3分鐘，保持壓力恒定風(fēng)冷30分鐘至約50℃，得片材。制備的片材的力學(xué)性能見表1。力學(xué)性能測(cè)試同實(shí)施例1。
附表1，復(fù)合塑料的力學(xué)性能


由表1可知，本發(fā)明的累托石改性大豆蛋白塑料，其拉伸強(qiáng)度和楊氏模量明顯高于純大豆蛋白塑料，但斷裂伸長(zhǎng)率降低；二氧化硅粒子在含量較低時(shí)，拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂伸長(zhǎng)率同時(shí)提高，性能突出。
實(shí)施例4大豆蛋白納米復(fù)合塑料的制備方法，它包括如下步驟1).按累托石(湖北名流累托石科技股份有限公司)、大豆分離蛋白(湖北省杜邦云夢(mèng)蛋白食品有限公司)各原料所占累托石和大豆分離蛋的重量百分比為累托石1、大豆分離蛋白99，選取累托石和大豆分離蛋白備用；按甘油的加入量為累托石、大豆分離蛋白及甘油總重量的40％，選取甘油備用；2).將累托石與大豆分離蛋白分別溶于水溶液中分散，其中累托石的重量濃度為9％、大豆分離蛋白的重量濃度為7％，混合后劇烈攪拌，然后冷凍干燥得到固體復(fù)合物；3).固體復(fù)合物中加入甘油增塑，然后在密煉機(jī)中于120℃、100rpm條件下進(jìn)行熔融共混15分鐘；然后在120℃、30MPa下熱壓成型，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例5大豆蛋白納米復(fù)合塑料的制備方法，它包括如下步驟1).按累托石(湖北名流累托石科技股份有限公司)、大豆分離蛋白(湖北省杜邦云夢(mèng)蛋白食品有限公司)各原料所占累托石和大豆分離蛋的重量百分比為累托石25、大豆分離蛋白75，選取累托石和大豆分離蛋白備用；按甘油的加入量為累托石、大豆分離蛋白及甘油總重量的20％，選取甘油備用；2).將累托石與大豆分離蛋白分別溶于水溶液中分散，其中累托石的重量濃度為1％、大豆分離蛋白的重量濃度為1％，混合后劇烈攪拌，然后冷凍干燥得到固體復(fù)合物；3).固體復(fù)合物中加入甘油增塑，然后在密煉機(jī)中于170℃、30rpm條件下進(jìn)行熔融共混3分鐘；然后在180℃、10MPa下熱壓成型，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例6
大豆蛋白納米復(fù)合塑料的制備方法，它包括如下步驟1).按二氧化硅粒子(粒徑為10nm，武漢大學(xué)教育部有機(jī)硅材料工程中心)、大豆分離蛋白(湖北省杜邦云夢(mèng)蛋白食品有限公司)各原料所占二氧化硅粒子和大豆分離蛋的重量百分比為二氧化硅粒子25、大豆分離蛋白75，選取二氧化硅粒子和大豆分離蛋白備用；按甘油的加入量為二氧化硅粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的40％，選取甘油備用；2).將二氧化硅粒子與大豆分離蛋白分別溶于水溶液中分散，其中二氧化硅粒子的重量濃度為1％、大豆分離蛋白的重量濃度為1％，混合后劇烈攪拌，然后冷凍干燥得到固體復(fù)合物；3).固體復(fù)合物中加入甘油增塑，然后在密煉機(jī)中于120℃、100rpm條件下進(jìn)行熔融共混15分鐘；然后在120℃、30MPa下熱壓成型，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例7大豆蛋白納米復(fù)合塑料的制備方法，它包括如下步驟1).按二氧化硅粒子(粒徑為250nm，武漢大學(xué)教育部有機(jī)硅材料工程中心)、大豆分離蛋白(湖北省杜邦云夢(mèng)蛋白食品有限公司)各原料所占二氧化硅粒子和大豆分離蛋的重量百分比為二氧化硅粒子1、大豆分離蛋白99，選取二氧化硅粒子和大豆分離蛋白備用；按甘油的加入量為二氧化硅粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20％，選取甘油備用；2).將二氧化硅粒子與大豆分離蛋白分別溶于水溶液中分散，其中二氧化硅粒子的重量濃度為9％、大豆分離蛋白的重量濃度為7％，混合后劇烈攪拌，然后冷凍干燥得到固體復(fù)合物；3).固體復(fù)合物中加入甘油增塑，然后在密煉機(jī)中于170℃、30rpm條件下進(jìn)行熔融共混3分鐘；然后在180℃、10MPa下熱壓成型，即得產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.大豆蛋白納米復(fù)合塑料，其特征在于它主要由無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白和甘油原料制得；無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白各原料所占無(wú)機(jī)納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20-40％；所述的無(wú)機(jī)納米粒子為累托石或納米二氧化硅粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大豆蛋白納米復(fù)合塑料，其特征在于所述的納米二氧化硅粒子的粒徑為10-250nm。
3.如權(quán)利要求1所述的大豆蛋白納米復(fù)合塑料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1).按無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白各原料所占無(wú)機(jī)納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無(wú)機(jī)納米粒子1-25、大豆分離蛋白75-99，選取無(wú)機(jī)納米粒子和大豆分離蛋白備用，所述的無(wú)機(jī)納米粒子為累托石或納米二氧化硅粒子；按甘油的加入量為無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)納米粒子與大豆分離蛋白分別溶于水溶液中分散，其中無(wú)機(jī)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％，混合后劇烈攪拌，然后冷凍干燥得到固體復(fù)合物；3).固體復(fù)合物中加入甘油增塑，然后在密煉機(jī)中于120-170℃、30-100rpm條件下進(jìn)行熔融共混3-15分鐘；然后在120-180℃、10-30MPa下熱壓成型，即得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含大豆蛋白的復(fù)合塑料及其制備方法。大豆蛋白納米復(fù)合塑料，其特征在于它主要由無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白和甘油原料制得；無(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白各原料所占無(wú)機(jī)納米粒子和大豆分離蛋的重量百分比為無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)納米粒子、大豆分離蛋白及甘油總重量的20－40％；所述的無(wú)機(jī)納米粒子為累托石或納米二氧化硅粒子。本發(fā)明具有力學(xué)性能提高、成本低廉、可生物降解的特點(diǎn)；本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保。
文檔編號(hào)C08K3/36GK1817968SQ20061001853
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者黃進(jìn), 崔國(guó)娟, 艾福金, 樊李紅 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)