專利名稱：一種大豆蛋白質納米復合材料試片及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大豆蛋白質納米復合材料試片，具體涉及一種大豆蛋白質/Mg (OH) 2納米復合材料試片。
背景技術：
大豆蛋白質是豆油工業(yè)的副產(chǎn)品，其來源廣泛且產(chǎn)量豐富，價格低廉，并且具有良好的生物活性和生物可降解性，目前主要應用于食品包裝材料、可降解塑料制品、環(huán)保黏合劑以及食品工業(yè)等領域(Kumar R, Liu D, Zhang L, J.Biobased Mater.Bioenergy2008, 2，1-24.)。純蛋白質不能塑化，通常需要加入小分子增塑劑來改善蛋白質的流動性和韌性。然而，加入增塑劑后，材料的力學強度降低(Liu D, Zhang L, Macromol.Mater.Eng.2006, 291，820-828)。因此增塑劑在改善材料韌性的同時降低了強度和耐水性。納米復合可改善大豆蛋白質材料的力學性能。因此，制備大豆蛋白質納米復合材料已成為大豆蛋白質應用開發(fā)的重要方面之一。陳譜發(fā)現(xiàn)了大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料(陳譜，大豆蛋白質塑料的結構和性能研究，武漢大學博士學位論文)，將蛋白質分散于氯化鋁水溶液中，緩慢滴加氨水可形成絮凝狀復合物。然而，蛋白質與氫氧化鋁形成絮凝狀復合物后，氨水在氯化鋁水溶液中難以分散均勻，阻礙納米氫氧化鋁均勻分散。且氨水可與氫氧化鋁反應，生成復雜的氧化鋁水合物而非簡單的氫氧化鋁。因此，大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合塑料中氧化鋁水合物的準確成分難以確定，因此對整體復合材料的結構難以從Al的加入量中進行控制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺陷，提供一種結構明確、且力學性能更佳的大豆蛋白質納米復合材料試片。為了達到上 述目的，本發(fā)明提供了一種大豆蛋白質納米復合材料試片，包括大豆蛋白質、Mg(OH)2納米粒子和增塑劑；Mg(OH)2納米粒子占Mg(OH)2納米粒子和大豆蛋白質總重量的5%-30% (優(yōu)選比例為15%-20%);增塑劑的重量為大豆蛋白質重量的30%-50%。其中，大豆蛋白質為大豆分離蛋白質或大豆?jié)饪s蛋白質。增塑劑為甘油、甲酰胺、乙酰胺、丙烯酰胺、二乙醇胺、三乙醇胺、山梨醇、丙二醇，乙二醇或丙二醇。本發(fā)明還提供了上述大豆蛋白質納米復合材料試片的制備方法，包括以下步驟:
(1)將大豆蛋白質分散于氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂溶液中，劇烈攪拌，攪拌速度為100-800r/min，然后緩慢滴加氨水或NaOH溶液至pH=10，反應時間0.l_4h，得到含有絮凝物的溶液；
(2)向步驟(I)中得到的含有絮凝物的溶液中加入丙酮后，離心分離得到大豆蛋白質納米復合材料；
(3)向步驟(2)制備的大豆蛋白質納米復合材料中添加增塑劑，通過單螺桿或雙螺桿擠出機擠出混合，螺桿轉速在2(Tl00rpm之間，螺桿擠出機從進料口到擠出?？诘臏囟确謩e設置為6(T90、8(Tl20、10(ri60°C ;最后在90 150°C、5 25Mpa下熱壓3 15min后得到所述大
豆蛋白質納米復合材料試片。其中，氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂溶液的質量百分濃度為0.4%-3.5%。本發(fā)明還提供了上述大豆蛋白質納米復合材料試片在制備生物降解塑料、包裝材料方面的應用。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
1.本發(fā)明中使用的材料均綠色環(huán)?？山到獠牧希瑫r制備過程在水體系下進行，無有機溶劑，無毒副作用，終端產(chǎn)品可以大量在食品包裝、生物降解塑料制品等方面使用；
2.本發(fā)明利用蛋白質上-0H，NH2^-NH-CO-,-COOH等極性基團和Mg(OH)2上OH之間的高親和性和強氫鍵相互作用，首次在大豆蛋白質中原位生成納米Mg(OH)2，制備出這種高強度的生物降解材料，同時具有較高的耐水性和熱穩(wěn)定性；
3.本發(fā)明提供了一套利用簡單的工藝、環(huán)保的過程和低廉的成本生產(chǎn)可生物降解的高強度大豆蛋白質材料的方法，在食品包裝、可降解塑料產(chǎn)品等方面具有廣闊的應用前景，可以有效地節(jié)約石油資源，減弱環(huán)境污染。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明大豆蛋白質納米復合材料試片進行詳細說明。實施例1
將IOg大豆分離蛋 白質(SPI)分散于0.43 Wt %氯化鎂溶液中200 ml劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮IOOmL(丙酮的加入量可選氯化鎂溶液、硫酸鎂或硝酸鎂溶液體積的0.5-1.5倍)后，經(jīng)過8000rpm離心和70°C干燥，可得到大豆蛋白質/Mg(OH)2納米復合材料。加入5g甘油增塑劑,通過單螺桿擠出機混合,螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出?？诘娜螠囟确謩e設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。實施例2
將IOg大豆分離蛋白質(SPI)分散于0.91wt%氯化鎂溶液中200ml劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮IOOmL后，經(jīng)過8000rpm離心和70°C干燥,可得到大豆蛋白質/Mg(OH)2納米復合材料。加入5g甘油增塑劑,通過單螺桿擠出機混合,螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出?？诘娜螠囟确謩e設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。實施例3
將IOg大豆分離蛋白質(SPI)分散于1.44wt%氯化鎂溶液中200ml劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮IOOmL后，經(jīng)過8000rpm離心和70°C干燥,可得到大豆蛋白質/Mg(OH)2納米復合材料。加入5g甘油增塑劑,通過單螺桿擠出機混合,螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出?？诘娜螠囟确謩e設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。實施例4
將IOg大豆分離蛋白質(SPI)分散于2.04wt%氯化鎂溶液中200ml劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮IOOmL后，經(jīng)過8000rpm離心和70°C干燥,可得到大豆蛋白質/Mg(OH)2納米復合材料。加入5g甘油增塑劑,通過單螺桿擠出機混合,螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出?？诘娜螠囟确謩e設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。實施例5
將IOg大豆分離蛋白質(SPI)分散于2.72wt%氯化鎂溶液中200ml劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮IOOmL后，經(jīng)過8000rpm離心和70°C干燥,可得到大豆蛋白質/Mg(OH)2納米復合材料。加入5g甘油增塑劑,通過單螺桿擠出機混合,螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出?？诘娜螠囟确謩e設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。實施例6
將IOg大豆分離蛋白質(SPI)分散于3.50wt%氯化鎂溶液中200ml劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮IOOmL后，經(jīng)過8000rpm離心和70°C干燥,可得到大豆蛋白質/Mg(OH)2納米復合材料。加入5g甘油增塑劑,通過單螺桿擠出機混合,螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出模口的三段溫度分別設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。實施例7
將IOg大豆?jié)饪s蛋白質(SPC)分散于1.16 Wt %硝酸鎂溶液中200 ml劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮IOOmL后，經(jīng)過8000rpm離心和70°C干燥,可得到大豆蛋白質/Mg(OH)2納米復合材料，Mg(OH)2含量為5%。加入5g甲酰胺增塑劑，通過單螺桿擠出機混合，螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出?？诘娜螠囟确謩e設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。實施例8
將IOg大豆?jié)饪s蛋白質(SPC)分散于0.54 Wt %硫酸鎂溶液中200 ml劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮IOOmL后，經(jīng)過8000rpm離心和70°C干燥,可得到大豆蛋白質/Mg(OH)2納米復合材料，Mg(OH)2含量為5%。加入3g三乙醇胺增塑劑，通過單螺桿擠出機混合，螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出模口的三段溫度分別設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。比較例1
未加納米粒子的蛋白質塑料。將IOg大豆分離蛋白質(SPI)分散于200ml水中劇烈攪拌，緩慢滴加0.2 wt%氨水至pH=10。加入丙酮后，經(jīng)·過8000rpm離心和70°C干燥。加入5g甘油增塑劑,通過單螺桿擠出機混合，螺桿轉速在IOOrpm之間，單螺桿擠出機從進料口到擠出模口的三段溫度分別設置為90、110、130°C。最后在140°C、20MPa熱壓5min后得到大豆蛋白質納米復合材料試片。比較例2
通過武漢大學博士學位論文“大豆蛋白質塑料的結構和性能研究”制備的8wt%AlCl3加入量的大豆蛋白質/氧化鋁水合物納米復合材料試片。
由拉力試驗機測得實施例1-8和比較例I和2制備的復合材料試片在RH=43%相對濕度下的拉伸強度(、)、斷裂伸長率Gb)和楊氏模量(萬)，如下表I所示。表I各實施例制備的復合材料試片的力學性能對比
權利要求
1.一種大豆蛋白質納米復合材料試片，其特征在于:所述復合材料包括大豆蛋白質、Mg (OH) 2納米粒子和增塑劑；所述Mg(OH)2納米粒子占Mg(OH)2納米粒子和大豆蛋白質總重量的5%-30% ;所述增塑劑的重量為所述大豆蛋白質重量的30%-50%。
2.根據(jù)權利要求1所述的大豆蛋白質納米復合材料試片，其特征在于:所述Mg(0H)2m米粒子占Mg(OH)2納米粒子和大豆蛋白質總重量的15%-20%。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的大豆蛋白質納米復合材料試片，其特征在于:所述大豆蛋白質為大豆分離蛋白質或大豆?jié)饪s蛋白質。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的大豆蛋白質納米復合材料試片，其特征在于:所述增塑劑為甘油、甲酰胺、乙酰胺、丙烯酰胺、二乙醇胺、三乙醇胺、山梨醇、丙二醇，乙二醇或丙二醇。
5.—種如權利要求1或2所述的大豆蛋白質納米復合材料試片的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將大豆蛋白質分散于氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂溶液中，劇烈攪拌，攪拌速度為100-800r/min ;然后緩慢滴加氨水或NaOH 溶液至pH=10，反應時間0.l_4h，得到含有絮凝物的溶液； (2)向步驟(I)中得到的含有絮凝物的溶液中加入丙酮后，離心分離得到大豆蛋白質納米復合材料； (3)向步驟(2)制備的大豆蛋白質納米復合材料中添加增塑劑，通過單螺桿或雙螺桿擠出機擠出混合，螺桿轉速在2(Tl00rpm之間，螺桿擠出機從進料口到擠出模口的溫度分別設置為60 90、80 120、10(Tl60°C ;最后在90 150°C、5 25Mpa下熱壓3 15min后得到所述大豆蛋白質納米復合材料試片。
6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于:所述氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂溶液的質量百分濃度為0.4%-3.5%。
7.權利要求1或2所述大豆蛋白質納米復合材料試片在制備生物降解塑料、包裝材料方面的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大豆蛋白質納米復合材料試片及其制備方法和用途。該大豆蛋白質納米復合材料試片包括大豆蛋白質、Mg(OH)2納米粒子和增塑劑；Mg(OH)2納米粒子占Mg(OH)2納米粒子和大豆蛋白質總重量的5%-30%；增塑劑的重量為大豆蛋白質重量的30%-50%。本發(fā)明制備的豆蛋白質納米復合材料試片性能優(yōu)越，制備工藝簡單，且綠色環(huán)保。
文檔編號C08K5/20GK103214858SQ20131013128
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權日2013年4月16日
發(fā)明者田華峰, 劉大剛, 羅軍 申請人:惠州市諾亞維納米環(huán)保材料有限公司