專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可生物降解材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研制大豆蛋白可生物降解材料的制備方法。
目前，各國(guó)的包裝材料大多數(shù)仍是非降解性的，其主要成分是聚乙烯和聚氯乙烯，由于它的諸多優(yōu)點(diǎn)，例如質(zhì)地輕、強(qiáng)度大等，使得它在世界范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也給垃圾的處理帶來(lái)了困難。
為保護(hù)人類(lèi)賴(lài)以生存的家園，各國(guó)政府特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家為解決“白色污染”問(wèn)題，紛紛立法，限制使用非降解塑料。1991年，德國(guó)政府率先立法限制非降解塑料的生產(chǎn)和使用，美國(guó)、日本、歐共體、澳洲和韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)，也先后立法限制非降解塑料的生產(chǎn)和使用，并禁止這類(lèi)物品包裝的商品入境，在我國(guó)，北京、上海、天津、重慶、廣州和武漢等十幾個(gè)地方政府已立法禁止這種非降解塑料的生產(chǎn)和使用。在國(guó)際上，中國(guó)也公開(kāi)承諾，在公元21世紀(jì)“非降解的泡沫塑料工業(yè)將全面取消”的承諾。
在各國(guó)政府對(duì)可降解性塑料工業(yè)的鼓勵(lì)政策下，可降解塑料工業(yè)有了一定的發(fā)展。就目前的可降解材料而言，可分為兩類(lèi)光降解和生物降解型。光降解型的可降解材料主要是在其中加入光敏劑，這種材料主要是在光線(xiàn)的照射下逐漸分解的，但有些用途的可降解薄膜長(zhǎng)期得不到光照，達(dá)不到降解的目的。比如，農(nóng)用地膜長(zhǎng)期埋在地下，得不到充足的光照，不能有效降解，而且這種材料加入的光敏劑一般價(jià)格比較昂貴，產(chǎn)品的成本較高，不易推廣應(yīng)用。生物降解材料是一種完全靠微生物將其分解為二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。因此，生物技術(shù)是解決塑料降解性問(wèn)題的一條較好的途徑。目前，生物降解材料的研究主要是淀粉接枝與聚乙烯或聚氯乙烯共混技術(shù)，這種技術(shù)生產(chǎn)的可降解材料是部分降解的。主要微生物侵蝕其中的淀粉顆粒，造成這種材料的不連續(xù)性，從而達(dá)到降解的目的。但其中的不可降解成分—聚乙烯或聚氯乙烯仍對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。這雖然在一定程度上緩解了對(duì)環(huán)境的污染，但不能從根本上解決白色污染問(wèn)題。
為了徹底解決白色污染問(wèn)題，人們不斷地進(jìn)行新的探索，大豆蛋白可生物降解材料就是最具吸引力的研究和開(kāi)發(fā)新領(lǐng)域之一。Brother研究認(rèn)為雖然蛋白質(zhì)塑料可能會(huì)有優(yōu)良的色澤和拉伸強(qiáng)度并且價(jià)格低廉，但它處于潮濕的環(huán)境下時(shí)，其抗水性很低且缺乏持久性，而且非含水條件下難以塑化成型。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題是沒(méi)有選擇正確的增塑劑。20世紀(jì)初，Satow研究了將大豆蛋白用于塑料的可能性。研究發(fā)現(xiàn)蛋白用甲醛處理前必須用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿處理，處理后形成的物質(zhì)具有優(yōu)良的塑性、流動(dòng)性，首次沖模后可得到完美的模塊，但形成的模塊持續(xù)幾個(gè)星期之后就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生裂紋和破碎現(xiàn)象。此項(xiàng)研究主要是加工工藝不當(dāng)，而且增塑劑選擇也不合適。1994年，日本京都大學(xué)糧食科學(xué)研究所的土井悅四郎教授等人研究發(fā)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)高溫(140-180℃)加熱獲得可被生物降解的塑料及蛋白透明凝膠，他們使用一種耐壓性密封容器(水分在此種容器內(nèi)不蒸發(fā))，在上述的蛋白中加入百分之幾十的水，然后于150-160℃加熱5-10分鐘。他們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)加水量的不同可以獲得飴狀、橡膠狀、玻璃狀的制品。
對(duì)于不同種類(lèi)的球狀蛋白，加入相同量的水，然后短時(shí)高溫處理，令人吃驚的是，可以得到同樣具有可塑性制品。水分含量高則熔化溫度低，水分含量為零時(shí)，180℃以下不會(huì)熔化。然而，即使少量的水存在，在180℃，5分鐘加熱就會(huì)得到熔融的玻璃制品。這種現(xiàn)象類(lèi)似于合成高分子塑料，增塑劑的存在可以使熔化溫度降低。在本研究中使用水作為增塑劑，高溫下蛋白質(zhì)是可塑的。對(duì)于蛋白質(zhì)，將第一次加熱熔化后冷卻成型的制品粉碎，加入少量的水后再加熱，可以恢復(fù)成原來(lái)的形狀，也就是說(shuō)具有塑料的可塑性，這就使得通過(guò)加熱可以獲得各種形狀的制品成為可能。此項(xiàng)研究的失敗之處在于使用了水作為增塑劑，因?yàn)樵谒芰细邷爻尚蜁r(shí)，物料內(nèi)的水分就會(huì)沸騰，使塑料內(nèi)產(chǎn)生的汽泡。
以上的幾項(xiàng)研究雖然本著可完全降解為目的的，但由于增塑劑選擇的不適當(dāng)，生物可降解材料最終沒(méi)有研制成功。
一種可生物降解材料的制備方法，其特點(diǎn)在于本方法包括如下步驟
(1)大豆蛋白質(zhì)和改性劑常溫下在水溶液中攪拌反應(yīng)，得到改性大豆蛋白質(zhì)；(2)占混合物總量的20～80％的改性大豆蛋白質(zhì)和占混合物總量的80～20％的增塑劑--甘油混合在一起，攪拌均勻后成型。
本發(fā)明采用甘油作為增塑劑，成功研制出一種微生物可完全降解的材料來(lái)代替非降解塑料，這種新型材料具有以下主要優(yōu)點(diǎn)1、可以完全降解這種材料完全是由大豆蛋白和少量的無(wú)毒助劑在熱壓條件下形成的，其廢棄后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境無(wú)任何危害。
2、耐高溫本材料耐溫＞100℃，因此，在一般條件下不會(huì)變形。
3、無(wú)毒無(wú)害本材料是由大豆蛋白和增塑劑熱壓而成，沒(méi)有任何有毒物質(zhì)，因此，可以作為食品包裝材料或食品容器。
4、無(wú)污染生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生污染；5、可重復(fù)利用廢棄的制品粉碎后可作為飼料或肥料；6、原料來(lái)源廣泛大豆蛋白是一種可再生的資源，與石油相比有著取之不盡用之不竭的優(yōu)點(diǎn)。
7、用途廣泛這種材料可以代替塑料的一切用途。不僅可以做食品容器，而且還可以做粘合劑、高強(qiáng)度建筑材料、玻璃制品等。
改性大豆蛋白質(zhì)是經(jīng)過(guò)改性劑作用后的蛋白，所用改性劑是環(huán)氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐中的一種，使用時(shí)三者的用量分別為0.5～3.5％、1.5～5.5％、1～5.5％，在水溶液中攪拌反應(yīng)。
當(dāng)環(huán)氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐的用量分別為0.5～2.5％、1.5～4％、1.0～4.5％時(shí)效果最好。
改性大豆蛋白質(zhì)的添加量占總混合物總重量的20～80％。
增塑劑為甘油，其添加量占混合物總量的80～20％。其添加量占混合物總量的30％～65％時(shí)效果最好。
為了使產(chǎn)品的外觀多樣化，可加入適量的色素0.01～0.1％左右。
按上述比例將各種原料混合在一起，攪拌均勻后放入平板硫化機(jī)的平板模具中熱壓成型，時(shí)間為1～10分鐘，溫度為115～160℃，壓力為5～20MPa。
成型方式可為注射成型或熱壓成型。
實(shí)施例1按30％的增塑劑，70％的改性蛋白質(zhì)的比例，分別取0.6kg的增塑劑和1.4kg的改性蛋白質(zhì)，將這些原料充分混合后，倒入平板硫化機(jī)的平板模具中，熱壓成型即為制品，熱壓時(shí)間為1～10分鐘，模溫為115～160℃，模壓為5～20MPa，取出時(shí)熱制品一定要負(fù)荷冷壓成型，以防變形。
將此樣品進(jìn)行微生物降解性實(shí)驗(yàn)，按照國(guó)標(biāo)GB/T 18006.2-1999的方法進(jìn)行大豆蛋白生物降解塑料降解性測(cè)定。結(jié)果表明降解率大于98.8％。
實(shí)施例2按60％的增塑劑，39.99％的改性大豆蛋白質(zhì)，0.01％的色素的比例，分別取增塑劑1.2kg增塑劑、0.798kg的改性大豆蛋白質(zhì)和0.0002kg的色素，將這此原料混合均勻后，倒入平板硫化機(jī)的碗形模具中，熱壓成型，在相同壓力、同樣的模具中冷卻成型即為成品。熱壓時(shí)間為1～10分鐘模溫為115-160℃，模壓為5～20MPa。
取出此碗模，注入占其容積2/3的沸水，放置0.5小時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣品未出現(xiàn)溶脹和滲水現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種可生物降解材料的制備方法，其特征在于本方法包括如下步驟(1)大豆蛋白質(zhì)和改性劑常溫下在水溶液中攪拌反應(yīng)，得到改性大豆蛋白質(zhì)；(2)占混合物總量的20～80％的改性大豆蛋白質(zhì)和占混合物總量的80～20％的增塑劑--甘油混合在一起，攪拌均勻后成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可生物降解材料的制備方法，其特征在于所用的改性劑是環(huán)氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐其中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可生物降解材料的制備方法，其特征在于使用環(huán)氧氯丙烷作為改性劑時(shí)，其用量為混合物總量的0.5～3.5％；使用戊二醛作為改性劑時(shí)，其用量為混合物總量的1.5～5.5％；使用混合酸酐作為改性劑時(shí)，其用量為混合物總量的1.5～5.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可生物降解材料的制備方法，其特征在于增塑劑--甘油的添加量為混合物總量的30％～65％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物降解材料的制備方法，其特征在于在混合物成型前可加入混合物總量的0.01～0.1％的色素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物降解材料的制備方法，其特征在于所述成型方式包括熱壓成型和注射成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種研制大豆蛋白可生物降解塑料的方法。本發(fā)明的目的在于提供一種可以完全降解、耐高溫的可生物降解材料的制備方法。一種可生物降解材料的制備方法，其特點(diǎn)在于本方法包括如下步驟(1)大豆蛋白質(zhì)和改性劑常溫下在水溶液中攪拌反應(yīng)，得到改性大豆蛋白質(zhì)；(2)占混合物總量的20～80％的改性大豆蛋白質(zhì)和占混合物總量的80～20％的增塑劑－－甘油混合在一起，攪拌均勻后成型。
文檔編號(hào)C08L89/00GK1417261SQ0215674
公開(kāi)日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者李里特, 陳復(fù)生 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)