專利名稱：谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料及其制備方法。
背景技術：
當前世界塑料總產量超過1.7億噸，已滲透到國民經濟各部門以及人民生活的各個領域。隨著石油資源的日益緊缺以及合成高分子材料所造成的環(huán)境污染的日益嚴重，以可再生、可降解植物資源作為化工原料，越來越受到高度重視，成為高分子材料科學與加工工程的前沿領域之一。
谷物蛋白質是淀粉工業(yè)的副產品，目前主要用作飼料添加劑，部分用于食品改良劑或生產風味肽、氨基酸。采用谷物蛋白質制備可降解塑料是提高其附加值、緩解白色污染的有效途徑之一。谷物蛋白質塑料的力學性能較差，需經紫外輻照、γ-射線輻照、酶處理或化學交聯(lián)等來提高材料的剛性、耐熱性與耐水性。中國專利申請?zhí)?00610018518.3“大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料及其制備方法和用途”公開了采用納米氫氧化鋁提高大豆蛋白質材料強度與剛性的方法，將大豆蛋白質分散于氯化鋁水溶液中，采用氨水與氯化鋁反應形成凝膠狀復合物，經干燥后得到可擠出加工的大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物。然而，谷類蛋白質如小麥蛋白質含有粘性醇溶蛋白與巨大分子量的谷蛋白，一旦水化即形成高粘性的團狀物，即使在濃度較低的情況下也很難形成穩(wěn)定的蛋白質懸浮液。因而，采用懸液法制備谷類蛋白質納米復合材料時，難以保證納米粒子在復合物中的均勻分散。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料及其制備方法。
谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的組成為谷類蛋白質100重量份、納米粒子10～100重量份、增塑劑10～100重量份。
谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的制備方法首先將谷類蛋白質加入到重量百分比濃度為10～25％的氨水中，配成重量百分比濃度為5～20％的谷類蛋白質溶液，然后在攪拌條件下滴加重量百分比濃度為10～40％的氯化物水溶液，反應0.5～1h，調pH至6～7，離心分離，下層漿液用去離子水洗滌并離心分離，重復5～8次，干燥、研磨過100目篩，再加入增塑劑，增塑劑重量為谷類蛋白質重量的10～100％，置于模具中，在100～140℃溫度下模壓10～30min，獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料制品。
所述的谷類蛋白質是谷朊粉、大米蛋白粉、小麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。納米粒子為納米氫氧化鎂粒子或納米氫氧化鋁粒子。納米粒子為金屬氯化物在谷類蛋白質的水性溶液中原位水解所產生的。增塑劑為二甘醇、三甘醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、甘油、1，2，4-丁三醇、1，2，3-己三醇、或1，2，6-己三醇。金屬氯化物為氯化鎂或氯化鋁。
本發(fā)明的優(yōu)點是1)采用谷類蛋白質的氨溶液為反應介質，使氯化鎂或氯化鋁水解生成氫氧化鎂或氫氧化鋁納米粒子，其表面羥基可與蛋白質分子鏈上的胺基、羧基等形成氫鍵作用，從而抑制納米粒子的團聚；2)氯化物水解后所殘留氨分子在干燥或模壓過程中可自行揮發(fā)，不需特別去除；3)谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料具有優(yōu)異的成型加工性能，可采用模壓法制備復合材料制品；4)谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的安全無毒，具有生物降解特性。
具體實施例方式
谷類蛋白質/納米粒子原位復合物的制備是本發(fā)明的關鍵。本發(fā)明首次采用堿溶液來溶解谷類蛋白質，配制高濃度的蛋白質溶液，滴加氯化鎂或氯化鋁溶液，原位水解生成氫氧化鎂或氫氧化鋁納米粒子。若谷類蛋白質不溶解而形成分散液或懸浮液，納米粒子在溶液中分散不均勻而出現(xiàn)團聚。在氯化鎂或氯化鋁水解過程中，應不間斷地攪拌，以促進納米粒子在蛋白質溶液中的均勻分散。水解完成后可往溶液中加入適量增塑劑，并攪拌時其分散均勻，在50～80℃干燥除去水分后獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合物。
上述谷類蛋白質/納米粒子原位復合物可采用常規(guī)的平板硫化機直接模壓成型，模壓溫度以100～140℃為宜。在該溫度范圍內，蛋白質分子通過分子間二硫鍵而形成網絡結構。
本發(fā)明所獲得的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料是通過蛋白質分子間二硫鍵實施交聯(lián)的。在自然條件下，這些二硫鍵可以斷裂，蛋白質分子可以水解為氨基酸。因而，所獲得的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料可完全降解，而其殘余物氫氧化鎂或氫氧化鋁對環(huán)境完全無害。
以下結合具體實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例1稱取2g谷朊粉加入18g濃度為12％的氨水中，配成蛋白質濃度為10％的溶液，在攪拌條件下滴加1.3g濃度為28％的氯化鎂水溶液，滴加完畢后繼續(xù)反應0.5h，調pH至6，離心分離，下層漿液用去離子水洗滌并離心分離，重復5次，干燥、研磨過100目篩，得到谷類蛋白質/納米粒子復合物，加入1g甘油，攪拌均勻，置于GB/T1 040-92塑料拉伸性能測試標準模具中，在120℃熱壓20min，獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料制品，其蛋白質/氫氧化鎂/增塑劑比例為100/10/50。
實施例2～5濃度為28％的氯化鎂水溶液的滴加量分別為2.9g、5.0g、7.8g、11.7g，其余條件同實施例1，所獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料中蛋白質/氫氧化鎂/增塑劑比例分別為100/10/50、100/25/50、100/43/50、100/67/50、100/100/50。
實施例6稱取10g大米蛋白粉加入190g濃度為10％的氨水中，配成蛋白質濃度為5％的溶液，在攪拌條件下滴加100g濃度為10％的氯化鋁水溶液，滴加完畢后繼續(xù)反應1h，調pH至7，離心分離，下層漿液用去離子水洗滌并離心分離，重復8次，干燥、研磨過100目篩，得到谷類蛋白質/納米粒子復合物，加入1g二甘醇，攪拌均勻，置于GB/T1040-92塑料拉伸性能測試標準模具中，在140℃熱壓10min，獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料制品。
實施例7稱取10g小麥醇溶蛋白加入40g濃度為25％的氨水中，配成蛋白質濃度為20％的溶液，在攪拌條件下滴加19.5g濃度為40％的氯化鋁水溶液，滴加完畢后繼續(xù)反應1h，調pH至6.5，離心分離，下層漿液用去離子水洗滌并離心分離，重復6次，干燥、研磨過100目篩，得谷朊粉/納米粒子原位復合物，加入10g三甘醇，攪拌均勻，置于GB/T1040-92塑料拉伸性能測試標準模具中，在100℃熱壓30min，獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料制品。
實施例8～10分別以大麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白、或高粱醇溶蛋白代替谷朊粉，其余條件同實施例1。
實施例11～18分別以1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、1，2，4-丁三醇、1，2，3-己三醇、或1，2，6-己三醇代替二甘醇，其余條件同實施例6。
本發(fā)明提供了一種谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料及其制備方法。本發(fā)明所涉及的主要原料谷類蛋白質屬于可再生農業(yè)資源，來源廣泛；本發(fā)明所涉及的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的制備方法與工藝流程簡單，生產成本低廉，易于推廣實施?；诒景l(fā)明制得的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料具有優(yōu)異的力學，且蛋白質在自然條件下能夠完全降解，其殘留物氫氧化鎂或氫氧化鋁對環(huán)境無害。
權利要求
1.一種谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料，其特征在于，它的組成為谷類蛋白質100重量份、納米粒子10～100重量份、增塑劑10～100重量份。
2.根據權利要求1所述的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料，其特征在于，所述的谷類蛋白質是谷朊粉、大米蛋白粉、小麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。
3.根據權利要求1所述的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料，其特征在于，所述的納米粒子為納米氫氧化鎂粒子或納米氫氧化鋁粒子。
4.根據權利要求1所述的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料，其特征在于，所述的納米粒子為金屬氯化物在谷類蛋白質的水性溶液中原位水解所產生的。
5.根據權利要求1所述的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料，其特征在于，所述的增塑劑為二甘醇、三甘醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、甘油、1，2，4-丁三醇、1，2，3-己三醇、或1，2，6-己三醇。
6.一種如權利要求1所述的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的制備方法，其特征在于，首先將谷類蛋白質加入到重量百分比濃度為10～25％的氨水中，配成重量百分比濃度為5～20％的谷類蛋白質溶液，然后在攪拌條件下滴加重量百分比濃度為10～40％的氯化物水溶液，反應0.5～1h，調pH至6～7，離心分離，下層漿液用去離子水洗滌并離心分離，重復5～8次，干燥、研磨過100目篩，再加入增塑劑，增塑劑重量為谷類蛋白質重量的10～100％，置于模具中，在100～140℃溫度下模壓10～30min，獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料制品。
7.根據權利要求6所述的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的制備方法，其特征在于，所述的谷類蛋白質是谷朊粉、大米蛋白粉、小麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。
8.根據權利要求6所述的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的制備方法，其特征在于，所述的增塑劑為二甘醇、三甘醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、甘油、1，2，4-丁三醇、1，2，3-己三醇、或1，2，6-己三醇。
9.根據權利要求6所述的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的制備方法，其特征在于，所述的金屬氯化物為氯化鎂或氯化鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開了谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料及其制備方法。谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料包含谷類蛋白質100重量份、納米粒子10～100重量份、增塑劑10～100重量份。其制備方法是，在谷類蛋白質的氨水溶液中添加氯化鎂或氯化鋁，水解產生納米氫氧化鎂或氫氧化鋁納米粒子，水洗、干燥后加入增塑劑，得到谷類蛋白質/納米粒子原位復合物，采用模壓法制備具有優(yōu)異力學性能的復合材料。本發(fā)明所涉及的主要原料谷類蛋白質屬于可再生農業(yè)資源，來源廣泛；本發(fā)明所涉及谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的制備方法與工藝流程簡單，生產成本低廉，易于推廣實施。
文檔編號C08K5/05GK101092514SQ20071007012
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權日2007年7月20日
發(fā)明者宋義虎, 鄭強 申請人:浙江大學