專利名稱：大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可生物降解的氫氧化鋁改性大豆蛋白質材料及其制備方法和用途，屬于高分子材料領域，也屬于環境科學領域。
背景技術：
由于石油資源日益緊張，而由石油資源的合成高分子材料的廣泛使用而造成的環境污染問題又日趨嚴重，因此基于可再生資源的天然高分子材料的研究開發和應用已日益受到重視。近年來以大豆分離蛋白質為原料的新興“工業蛋白質塑料工業”方興未艾，其研究的重點主要集中在通過物理和化學改性制備有實際用途的大豆蛋白質材料(Kumar，R.；Choudhary，V.；Varma，I.K.；Mattiason，B.，Ind.Crops Prod.，2002，16，155-172.)。大豆蛋白質是大豆榨油后的副產品，純大豆蛋白質流動性差、熔點高，難以適應傳統的加工工藝，且其制備出的材料脆性大，幾乎沒有實際應用價值(Zhang，J.；Mungara，P.；Jane，J.Polymer，2001，42，2569.)。為了克服這些缺點，通常在大豆蛋白質中添加甘油或水等增塑劑以提高其加工性能和拉伸性能。增塑劑的加入解決了大豆蛋白質加工成型困難的缺點，但也大大降低材料的拉伸強度。因此，對大豆蛋白質物理和化學改性的研究已成為大豆蛋白質材料開發和應用的重要方面。
發明內容
為提高大豆蛋白質材料的力學性能和化學性能，本發明提供了一種大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料及其制備方法和用途，這種材料具有良好的力學性能和耐水性。
本發明所采用的技術方案為大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料的基本組成為質量百分比為1～30wt％氫氧化鋁和70～99wt％大豆蛋白質。
該材料中還可按大豆蛋白質質量甘油質量為75∶25至60∶40的比例添加甘油。
本發明提供的制備大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料的具體步驟如下按氫氧化鋁質量大豆蛋白質質量為1∶99至30∶70的比例將大豆蛋白質(SPI)分散于濃度為0.1～3wt％的氯化鋁水溶液中于20～80℃溫度下強烈攪拌3～5小時，然后緩慢滴加氨水，氨水與氯化鋁的摩爾比為3.5∶1～5∶1，得到的凝膠狀復合物，將得到的凝膠狀復合物經過5000～10000rpm離心和60～80℃下干燥，制備出SPI/氫氧化鋁納米復合物。然后按照大豆蛋白質質量與甘油質量比為75∶25至60∶40的比例并通過單螺桿擠出機混合甘油和大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物。混合時螺桿轉速為30～120rpm，單螺桿擠出機從進料口到擠出模口的三段溫度分別為60～100、90～120和110～140℃。最后在120～150℃、10～25MPa下熱壓4～10min后制得大豆蛋白質/氫氧化鋁塑料片材。
本發明利用蛋白質與氫氧化鋁之間的高親和性，首次使用氫氧化鋁為大豆蛋白質材料的增強填料，制備出這種耐水性強的可生物降解的高強度材料。本發明采用水為反應介質，工藝簡單，生產成本低，且屬于綠色體系。采用具有可形成網絡形態的氫氧化鋁無機粒子使材料的拉伸強度提高1倍左右，而楊氏模量提高2倍，同時具有較高的耐水性。本發明提供了一套利用簡單的工藝、環保的過程和低廉的成本生產可生物降解的高強度大豆蛋白質材料的方法，產品性能優越，在可降解的塑料用品、一次性餐具、食品包裝等領域具有廣闊的應用前景，有利于提高大豆蛋白質的產品附加值，緩解石油危機和環境污染問題。
附圖為大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料的微觀結構及未加氫氧化鋁納米粒子的大豆蛋白質塑料片材的微觀結構。
具體實施例方式
實施例1將10g大豆蛋白質(SPI)分散于將濃度為0.1wt％的氯化鋁水溶液中強烈攪拌，然后緩慢滴加氨水，滴加氨水的速度為5g/min，反應時間為0.5h，氨水與氯化鋁的摩爾比為4∶1。將得到的凝膠狀復合物經過7000rpm離心和70℃下干燥，制備出SPI/氫氧化鋁納米復合物。按照甘油與大豆蛋白質質量比為3∶7的比例混合甘油和大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物。擠出機螺桿轉速100rpm，單螺桿擠出機從進料口到擠出模口的三段溫度設置80、100和120℃。最后在140℃，20MPa下熱壓10min得到納米氫氧化鋁改性改性的大豆蛋白質塑料片材，編號為AS-1。
實施例2將10g大豆蛋白質(SPI)分散于將濃度為1wt％的氯化鋁水溶液中強烈攪拌，然后緩慢滴加氨水，滴加氨水的速度為5g/min，反應時間為1h，氨水與氯化鋁的摩爾比為4∶1。將得到的凝膠狀復合物經過8000rpm離心和70℃下干燥，制備出SPI/氫氧化鋁納米復合物。按照甘油與大豆蛋白質質量比為3∶7的比例混合甘油和大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物。擠出機螺桿轉速60rpm，單螺桿擠出機從進料口到擠出模口的三段溫度設置100、120和140℃。最后在140℃，20MPa下熱壓10min得到納米氫氧化鋁改性的大豆蛋白質塑料片材，編號為AS-2。
實施例3將10g大豆蛋白質(SPI)分散于將濃度為3wt％的氯化鋁水溶液中強烈攪拌，然后緩慢滴加氨水，滴加氨水的速度為5g/min，反應時間為3h，氨水與氯化鋁的摩爾比為4∶1。將得到的凝膠狀復合物經過7500rpm離心和70℃下干燥，制備出SPI/氫氧化鋁納米復合物。按照甘油與大豆蛋白質質量比為3∶7的比例混合甘油和大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物。擠出機螺桿轉速30rpm，單螺桿擠出機從進料口到擠出模口的三段溫度設置100、120和140℃。最后在140℃，20MPa下熱壓10min得到納米氫氧化鋁改性改性的大豆蛋白質塑料片材，編號為AS-3。
比較例未加納米粒子的大豆蛋白質塑料。將10g大豆蛋白質(SPI)按照甘油與大豆蛋白質質量比為3∶7的比例混合甘油和大豆蛋白質。擠出機螺桿轉速30rpm，單螺桿擠出機從進料口到擠出模口的三段溫度設置100、120和140℃。最后在140℃，20MPa下熱壓10min得到未加氫氧化鋁納米粒子的大豆蛋白質塑料片材，編號為AS-0。
由透射電子顯微鏡觀察的各實施例及比較例的微觀結構示于圖，圖中a為AS-0，b為AS-1，c為AS-2，d為AS-3。深色斑點或區域為納米氫氧化鋁納米粒子。由拉力試驗機測得大豆蛋白質納米復合塑料片材在干態(RH＝0％)和濕態(RH＝75％)下的拉伸強度(σb)、斷裂伸長率(εb)和楊氏模量(E)匯集于附表中。結果表明大豆蛋白質納米復合材料具有良好的力學性能和良好的防水性，而且明顯高于未加納米粒子的大豆蛋白質塑料。
附表大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料的干態(RH＝0％)和濕態力學(RH＝75％)性能。
權利要求
1.一種大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料，其特征在于它的基本組成為1～30wt％氫氧化鋁和70～99wt％大豆蛋白質。
2.根據權利要求1所述的大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料，其特征為材料中按大豆蛋白質質量∶甘油質量為75∶25至60∶40的比例添加有甘油。
3.權利要求1所述大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料的制備方法，其特征在于采用如下具體步驟按氫氧化鋁質量∶大豆蛋白質質量為1∶99至30∶70的比例將大豆蛋白質(SPI)分散于濃度為0.1～3wt％的氯化鋁水溶液中強烈攪拌，然后緩慢滴加氨水，氨水與氯化鋁的摩爾比為3.5∶1～5∶1，得到的凝膠狀復合物，將其離心，并在60～80℃下干燥，制備出大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物。
4.根據權利要求3所述的大豆蛋白質/氫氧化鋁復合材料的制備方法，其特征在于，大豆蛋白質加入時溫度為20～80℃，攪拌時間為3～5h，滴加氨水的速度為4～8g/min，反應時間為0.5～4h。
5.根據權利要求3或4所述的大豆蛋白質/氫氧化鋁復合材料的制備方法，其特征為在所得大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物中按照大豆蛋白質質量∶甘油質量為75∶25至60∶40的比例加入甘油，將其與大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物混合，經過單螺桿擠出機擠出，在120～150℃、10～25MPa下熱壓4～10min后制得大豆蛋白質/氫氧化鋁塑料片材。
6.根據權利要求5所述的大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料的制備方法，其特征為將制備出的大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物與甘油混合時，螺桿轉速在30～120rpm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60～100、90～120和110～140℃。
7.權利要求1所述的大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料用于生物可降解材料。
全文摘要
本發明涉及一種大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合材料及其制備方法和用途，該材料的基本組成為1～30wt％氫氧化鋁，70～99wt％大豆蛋白質，材料中還可加入一定比例的甘油。其制備方法為將大豆蛋白質(SPI)分散于氯化鋁水溶液中強烈攪拌，然后緩慢滴加氨水，將得到的凝膠狀復合物經過離心和干燥，制備出SPI/氫氧化鋁納米復合物。該產物與甘油混合，經熱壓后制得大豆蛋白質/氫氧化鋁塑料片材。該材料不僅生產方法簡單，屬于綠色工藝，而且該蛋白質納米復合材料具有良好的力學性能。因此該納米復合材料可用作生物可降解材料，是一種具有發展潛力的新型可生物降解綠色材料。
文檔編號C08K3/22GK1834157SQ200610018518
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月10日 優先權日2006年3月10日
發明者張俐娜, 陳譜 申請人:武漢大學