專利名稱：一種復(fù)合改性大豆蛋白塑料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然高分子材料領(lǐng)域，具體涉及ー種復(fù)合改性大豆蛋白塑料及其制備方法，也屬于環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
ニ戰(zhàn)后興起的石油基高分子材料以其輕便、結(jié)實(shí)、耐用的優(yōu)良性能，經(jīng)過(guò)短短幾十年的發(fā)展便滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和人們生活的各個(gè)方面，成為材料領(lǐng)域的后起之秀。然而，隨著石油資源的逐漸枯竭和“白色污染”的日益加劇，人們開(kāi)始尋找ー種可持續(xù)發(fā)展的、不污染環(huán)境的材料來(lái)代替石油基高分子材料。植物蛋白質(zhì)分子是天然高分子產(chǎn)物，可再生無(wú)污染，降解性能良好，是目前降解材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。目前，國(guó)內(nèi)外嘗試應(yīng)用于可生物降解材料方面研究的植物蛋白質(zhì)主要有大豆蛋白、玉米蛋白、小麥蛋白、葵花子蛋白、棉籽蛋白等，其中大豆蛋白研究的最多，因?yàn)榇蠖沟鞍讈?lái)源豐富、價(jià)格低廉，可生物降解性能好，應(yīng)用潛カ大。由于原大豆蛋白材料具有吸水性高、剛性強(qiáng)、韌性差等特點(diǎn)，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，因此，需要采取物理、化學(xué)、生化以及共混等方法，使蛋白分子的結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，產(chǎn)生特定的性能和用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種制備大豆蛋白可完全降解材料的方法，利用該方法制備大豆蛋白塑料具有較好的力學(xué)性能和抗水性能。發(fā)明的目的可以通過(guò)下述技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制備大豆蛋白可完全降解材料的方法，以市售大豆蛋白為主原料，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行復(fù)合改性，并增塑處理后制得所述復(fù)合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟SI、取100重量份的大豆蛋白，按重量體積比IKg 3-4L的比例將其分散于濃度80%以上的酒精溶液中，加入5-20重量份的硬脂酸，控制溫度在50-60°C，磁力攪拌，并用100-1000W微波輻射處理Ι-lOmin，得到復(fù)合改性的大豆蛋白；S2、將復(fù)合改性的大豆蛋白經(jīng)過(guò)抽濾、干燥、研磨后，和10-40重量份的甘油、5-15重量份的水、1-5重量份的丙酸混合，快速攪拌至蓬松無(wú)塊狀，置于模具內(nèi)，控制條件為溫度95-155°C，壓カ5-25Mpa，時(shí)間5_20min，熱壓后室溫下冷卻成型，即得復(fù)合改性大豆蛋白塑料制品。步驟S2中，熱壓時(shí)可采用平板硫化機(jī)或螺桿擠出機(jī)或注塑機(jī)。所述大豆蛋白為大豆蛋白粉、大豆組織蛋白、大豆?jié)饪s蛋白或大豆分離蛋白。優(yōu)選地，所述大豆蛋白為大豆分離蛋白。本發(fā)明的制備方法中，使用一定劑量的微波輻射處理大豆蛋白材料，在催化蛋白質(zhì)分子和改性劑之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，又促使蛋白分子內(nèi)和分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，顯著提高了材料的致密性和拉伸強(qiáng)度，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)微波功率和時(shí)間得到不同力學(xué)性能的材料，科技含量高，具有創(chuàng)新性。本發(fā)明的制備方法中，復(fù)合增塑劑甘油、水、丙酸的加入大豆蛋白材料中，削弱了蛋白質(zhì)分子間的作用力，提高了材料的加工性能和斷裂伸長(zhǎng)率，同時(shí)丙酸是ー種反應(yīng)型增塑劑，能與蛋白質(zhì)的吸水性基團(tuán)反應(yīng)，進(jìn)一歩降低材料的吸水性，具有一定的實(shí)用性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了ー種利用上述制備方法制備的復(fù)合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述復(fù)合改性大豆蛋白塑料由以下重量份原料混合組成
大豆蛋白100份
硬脂酸5-20份 甘油10-40份
水5-15份
丙酸1-5份。所述復(fù)合改性大豆蛋白塑料為可完全生物降解大豆蛋白塑料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(I)本發(fā)明的大豆蛋白材料，利用酒精和硬脂酸作為改性劑進(jìn)行化學(xué)改性，并利用微波輻射催化反應(yīng)的進(jìn)行，減少了蛋白質(zhì)分子內(nèi)部暴露的親水基團(tuán)數(shù)量，有效降低了材料的吸水率，提高了材料的抗水性能；(2)本發(fā)明的大豆蛋白材料，使用一定劑量的微波輻射處理，在催化蛋白質(zhì)分子和改性劑之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，又促使蛋白分子內(nèi)和分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，顯著提高了材料的致密性和拉伸強(qiáng)度，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)微波功率和時(shí)間得到不同力學(xué)性能的材料，科技含量高，具有創(chuàng)新性；(3)本發(fā)明的大豆蛋白材料，復(fù)合增塑劑甘油、水、丙酸的加入，削弱了蛋白質(zhì)分子間的作用力，提高了材料的加工性能和斷裂伸長(zhǎng)率，同時(shí)丙酸是ー種反應(yīng)型增塑劑，能與蛋白質(zhì)的吸水性基團(tuán)反應(yīng)，進(jìn)一歩降低材料的吸水性，具有一定的實(shí)用性；(4)本發(fā)明的大豆蛋白材料可采用平板硫化機(jī)或螺桿擠出機(jī)或注塑機(jī)等常規(guī)材料設(shè)備加工，生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，易于操作，便于連續(xù)化生產(chǎn)；(5)大豆蛋白是ー種可再生的資源，與石油原料相比有著取之不盡用之不竭的優(yōu)點(diǎn)，成本低廉，運(yùn)輸方便；(6)本發(fā)明的大豆蛋白材料的原料、改性劑及增塑劑均可降解，廢棄后很容易被微生物分解成ニ氧化碳和水，不污染環(huán)境。這種降解材料在應(yīng)用上可部分代替塑料，從而緩解化石塑料大量使用帶來(lái)的環(huán)境壓力。


圖I為本發(fā)明的復(fù)合改性大豆蛋白塑料制成的ー種餐具。圖2為本發(fā)明的復(fù)合改性大豆蛋白塑料制成的日常用品。
具體實(shí)施例方式為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)ー步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不局限于下面的實(shí)施例。在如下的實(shí)施例中，大豆蛋白選取大豆分離蛋白(SPI)，但應(yīng)注意到，本發(fā)明的大豆蛋白包括但不局限于大豆分離蛋白(SPI)。實(shí)施例I(I)取IOOKg大豆分離蛋白(SPI)，分散于濃度80%以上的400L酒精溶液中，加入15Kg的硬脂酸，控制溫度在50-60°C，磁力攪拌，并用640W微波輻射處理3min，得到復(fù)合改性的SPI。(2)復(fù)合改性的SPI經(jīng)過(guò)抽濾、干燥、研磨后，加入復(fù)合增塑劑40Kg (甘油水丙酸=30 8 2)混合，快速攪拌至蓬松無(wú)塊狀，置于模具內(nèi)，控制條件為溫度115°C，壓カ15Mpa，時(shí)間lOmin，熱壓后室溫下冷卻成型，即得復(fù)合改性大豆蛋白可生物降解塑料制品。 制得的片材的力學(xué)性能、抗水性能和光學(xué)性能見(jiàn)表I。實(shí)施例2(I)取IOOKg大豆分離蛋白(SPI)，分散于濃度80%以上的400L酒精溶液中，加入20Kg的硬脂酸，控制溫度在50-60°C，磁力攪拌，并用480W微波輻射處理4min，得到復(fù)合改性的SPI。(2)復(fù)合改性的SPI經(jīng)過(guò)抽濾、干燥、研磨后，加入復(fù)合增塑劑45Kg(甘油水丙酸=30 10 5)混合，快速攪拌至蓬松無(wú)塊狀，置于模具內(nèi)，控制條件為溫度125°C，壓カ16Mpa，時(shí)間8min，熱壓后室溫下冷卻成型，即得復(fù)合改性大豆蛋白可生物降解塑料制品。制得的片材的力學(xué)性能、抗水性能和光學(xué)性能見(jiàn)表I。實(shí)施例3(I)取IOOKg大豆分離蛋白(SPI)，分散于濃度80%以上的400L酒精溶液中，加入15Kg的硬脂酸，控制溫度在50-60°C，磁力攪拌，并用800W微波輻射處理2min，得到復(fù)合改性的SPI。(2)復(fù)合改性的SPI經(jīng)過(guò)抽濾、干燥、研磨后，加入復(fù)合增塑劑50Kg(甘油水丙酸=35 10 5)混合，快速攪拌至蓬松無(wú)塊狀，置于模具內(nèi)，控制條件為溫度120°C，壓力13Mpa，時(shí)間12min，熱壓后室溫下冷卻成型，即得復(fù)合改性大豆蛋白可生物降解塑料制品。制得的片材的力學(xué)性能、抗水性能和光學(xué)性能見(jiàn)表I。實(shí)施例4(I)取IOOKg大豆分離蛋白(SPI)，分散于濃度80%以上的400L酒精溶液中，加入IOKg的硬脂酸，控制溫度在50-60°C，磁力攪拌，并用320W微波輻射處理6min，得到復(fù)合改性的SPI。(2)復(fù)合改性的SPI經(jīng)過(guò)抽濾、干燥、研磨后，加入復(fù)合增塑劑35Kg(甘油水丙酸=15 15 5)混合，快速攪拌至蓬松無(wú)塊狀，置于模具內(nèi)，控制條件為溫度120°C，壓力15Mpa，時(shí)間15min，熱壓后室溫下冷卻成型，即得復(fù)合改性大豆蛋白可生物降解塑料制品。制得的片材的力學(xué)性能、抗水性能和光學(xué)性能見(jiàn)表I。表I復(fù)合改性大豆分離蛋白塑料的性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.ー種復(fù)合改性大豆蛋白塑料的制備方法，其特征在干，以市售大豆蛋白為主原料，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行復(fù)合改性，并增塑處理后制得所述復(fù)合改性大豆蛋白塑料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合改性大豆蛋白塑料的制備方法，所述復(fù)合改性為微波和化學(xué)改性劑復(fù)合改性，其特征在于，包括以下步驟 51、取100重量份的大豆蛋白，按重量體積比IKg 3-4L的比例將其分散于濃度80%以上的酒精溶液中，加入5-20重量份的硬脂酸，控制溫度在50-60°C，磁力攪拌，并用100-1000W微波輻射處理1-lOmin，得到復(fù)合改性的大豆蛋白； 52、將復(fù)合改性的大豆蛋白經(jīng)過(guò)抽濾、干燥、研磨后，和10-40重量份的甘油、5-15重量份的水、1-5重量份的丙酸混合，快速攪拌至蓬松無(wú)塊狀，置于模具內(nèi)，控制條件為溫度95-155°C，壓カ5-25Mpa，時(shí)間5_20min，熱壓后室溫下冷卻成型，即得復(fù)合改性大豆蛋白塑料制品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合改性大豆蛋白塑料的制備方法，其特征在干，步驟S2中，熱壓時(shí)可采用平板硫化機(jī)或螺桿擠出機(jī)或注塑機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的復(fù)合改性大豆蛋白塑料的制備方法，其特征在干，所述大豆蛋白為大豆蛋白粉、大豆組織蛋白、大豆?jié)饪s蛋白或大豆分離蛋白。優(yōu)選地，所述大豆蛋白為大豆分離蛋白。
5.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合改性大豆蛋白塑料的制備方法制備的復(fù)合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述復(fù)合改性大豆蛋白塑料由以下重量份原料混合組成大豆蛋白100份硬脂酸5-20份甘油10-40份水5-15份丙酸1-5份。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述復(fù)合改性大豆蛋白塑料為可完全生物降解大豆蛋白塑料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合改性大豆蛋白塑料，其特征在于，所述大豆蛋白為大豆蛋白粉、大豆組織蛋白、大豆?jié)饪s蛋白或大豆分離蛋白。優(yōu)選地，所述大豆蛋白為大豆分離蛋白。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種復(fù)合改性大豆蛋白塑料及其制備方法，以市售大豆分離蛋白為主原料，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行微波和化學(xué)改性劑復(fù)合改性，并增塑處理后制得所述復(fù)合改性大豆蛋白塑料，所述復(fù)合改性大豆蛋白塑料由大豆分離蛋白、硬脂酸、甘油、水、丙酸組成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過(guò)適量微波輻射處理，使改性材料的吸水性顯著降低，材料的致密性和拉伸強(qiáng)度得到提高，復(fù)合增塑劑提高了材料的加工性能和斷裂伸長(zhǎng)率，丙酸能與蛋白質(zhì)的吸水性基團(tuán)反應(yīng)，進(jìn)一步降低材料的吸水性，再者本發(fā)明是由改性大豆蛋白和增塑劑熱壓后形成的，廢棄后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，不污染環(huán)境；且大豆蛋白是一種可再生的資源，取之不盡用之不竭。
文檔編號(hào)C08K3/18GK102816439SQ20121021724
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者陳復(fù)生, 王洪杰, 劉昆侖, 郭東權(quán), 楊明成, 姚永志, 布冠好, 鄭華麗, 陳亞敏, 高艷秀, 楊穎瑩, 李彥磊, 李蒙, 方志鋒, 李潤(rùn)潔, 劉伯業(yè), 王萌蕾, 郭珍, 李文 申請(qǐng)人:河南工業(yè)大學(xué)