改性豌豆蛋白导电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性豌豆蛋白导电复合材料及其制备方法。由淀粉纳米晶、氧化石墨烯和豌豆蛋白复合而成；淀粉纳米晶0.1～35份、氧化石墨烯0.1～10份、生物质基豌豆蛋白100份。将三种原料分别溶于水后搅拌得到均一分散的溶液；共混加入三氟乙醇和甘油，搅拌得到均一分散的共混溶液；将共混溶液冷冻干燥后得混合物粉末，将混合物粉末进行热压复合成型，成型后真空干燥除去水分得到淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性豌豆蛋白导电复合材料。本发明专利技术采用淀粉纳米晶和氧化石墨烯对生物质基豌豆蛋白进行协同改性，具有成本低廉、环境友好、相容性好等优点；采用溶液混合后热压复合成型，具有工艺简单、快捷、高效、环保的特点。

Modified pea protein conductive composite material and preparation method thereof

The invention discloses a modified pea protein conductive composite material and a preparation method thereof. It is made up of starch nanocrystals, graphene oxide and pea protein, 0.1 to 35 parts of starch nanocrystals, 0.1 to 10 parts of graphene oxide, and a total of 100 copies of biomass based pea protein. The three kinds of materials were dissolved in water and stirred to obtain solution uniformly dispersed; blending with three fluorine alcohol and glycerin, stirring to obtain homogeneous dispersion of the blend solution; the blend solution is obtained after freeze drying powder mixture, the mixture powder of hot pressing molding, molding after vacuum drying to remove water from starch nanocrystals / graphite oxide graphene combined with modified pea protein conductive composites. The invention adopts collaborative modification of biomass based pea protein starch nanocrystals and graphene oxide, has the advantages of low cost, environment friendly, good compatibility and other advantages; the mixed solution after hot pressing molding compound, has the characteristics of simple process, fast, efficient and environmentally friendly.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天然高分子材料领域，具体涉及一种改性生物质基豌豆蛋白导电复合材料及其制备方法。
技术介绍
淀粉纳米晶具有可再生、可降解、环境友好型的特点，而且结构致密、刚度大，是一种理想的高分子纳米复合材料增强剂。天然淀粉颗粒具有半结晶结构，无定形区域主要是直链淀粉，而结晶区域则主要由支链淀粉形成。淀粉颗粒经酸水解后，能除去低有序度的无定形部分，得到结晶度较高、水不溶性的纳米尺度颗粒，即淀粉纳米晶。酸解不同类型淀粉得到的淀粉纳米晶，均呈碟片状，长度在20～200nm之间，厚度在5～10nm之间，宽度在10～30nm之间。随着石油资源日益紧张，原材料价格不断上涨和环境问题，基于可再生资源天然高分子材料的研究和应用被广泛重视。目前，对于淀粉纳米晶的研究主要集中在将其作为填充材料应用于天然高分子或合成高分子的增强制备纳米复合材料，但是将其与其他纳米粒子结合应用于材料研发方面的研究却鲜有涉及。生物降解材料是可通过光降解、化学降解、生物降解等多种形式，将材料降解成对环境无害的低分子物质，具有良好实用性能的材料，是解决环境问题的一种方法。可生物降解材料包括天然材料和合成材料，天然材料包括淀粉、纤维素、甲壳素及其它们的衍生物。豌豆蛋白由于来源广泛、可再生、易降解，并且具有良好的成膜性，因而在包装材料，食品容器和生物医药材料等方面都有着巨大的潜在用途。然而，以豌豆蛋白为基质的材料机械性能较差，这限制了其在材料领域的应用范围。生物质导电复合材料大致可分为生物质炭材料、表层导电型材料和填充型复合材料。生物质炭材料具有碳材料基本的物理化学性质，如耐热性、良好的化学惰性、高导热性、高导电性等；同时，作为以生物质为前驱体的碳材料，它的表面富含大量-COOH和-OH等含氧官能团，这在一定程度上有利于生物质碳材料应用于超级电容器电极材料。表层导电型材料是通过导电涂料、金属溶射、表面镀金属、贴金属箔等方式在材料表面形成导电层。填充型复合材料是以非导电型高分子材料为基体，加入一定量的导电填料，采用机械共混的方式复合而成。导电填料通常为在基体材料中分散性较好、粒径较小的导电粒子。根据填料种类，填充型复合材料又可分为金属填充型复合材料和炭系填充型复合材料。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种协同改性豌豆蛋白导电复合材料及其制备方法，具有成本低廉、环境友好、相容性好等优点，同时复合材料的杨氏模量和电导率得到显著提高。一种淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性豌豆蛋白导电复合材料，由淀粉纳米晶、氧化石墨烯和豌豆蛋白复合而成；原料按重量份计为：淀粉纳米晶0.1～35份、氧化石墨烯0.1～10份、生物质基豌豆蛋白100份。按上述方案，所述淀粉纳米晶弹性模量在100～150GPa，按以下方法制备而来：淀粉经酸解、离心洗涤、透析后得到悬浮液，将悬浮液冷冻干燥之后得到粉末状淀粉纳米晶。按上述方案，酸解采用硫酸，硫酸浓度为2～5mol/L，酸解温度为20～80℃，搅拌速度为200～500rpm，酸解时间为2～7天。按上述方案，所述氧化石墨烯为薄片状，表面含有羟基、羧基、环氧基官能团，采用Hummers法将石墨经强酸氧化制备得到。按上述方案，所述豌豆蛋白为从豌豆分离提取出的优质蛋白质，为淡黄色粉末，蛋白质含量为90wt％以上。上述淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性豌豆蛋白导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)豌豆蛋白、淀粉纳米晶和氧化石墨烯，分别溶于水后搅拌得到均一分散的溶液；2)将上述三种溶液共混，加入三氟乙醇和甘油，搅拌得到均一分散的共混溶液；3)将共混溶液冷冻干燥后得混合物粉末，将混合物粉末进行热压复合成型，成型后真空干燥除去水分得到淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性豌豆蛋白导电复合材料。按上述方案，三氟乙醇和甘油的加入量按重量份数计：三氟乙醇5～30份、甘油10～40份。按上述方案，步骤3中热压复合成型的工艺条件为：温度为100～160℃、压力为10～60MPa、时间1～15min。按上述方案，步骤3中真空干燥条件为：在40～60℃条件下真空干燥12～72h。淀粉纳米晶表面存在大量的羟基，同时氧化石墨烯的表面含有羟基、羧基、环氧基等含氧官能团，片层状淀粉纳米晶表面的羟基与薄膜态的氧化石墨烯表面的含氧基团形成氢键，增强了纳米粒子与聚合物基质间的界面相互作用，使复合材料的性能提到提升。氧化石墨烯作为良好的导电介质，可以提高复合材料的导电性。相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用淀粉纳米晶和氧化石墨烯对生物质基豌豆蛋白进行协同改性，具有成本低廉、环境友好、相容性好等优点；采用溶液混合后热压复合成型，具有工艺简单、快捷、高效、环保的特点；本专利技术淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性生物质基豌豆蛋白导电复合材料是一种可降解的环境友好材料；经淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性后，复合材料的杨氏模量和电导率得到显著提高，材料强度和导电性能大大增加，这有效地拓展了材料的应用范围。所述淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性生物质基豌豆蛋白导电复合材料可直接成型加工为薄膜、片材或型材等，也可用作包装材料等。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本专利技术所用淀粉纳米晶按以下方法制备而来：淀粉经酸解酸解，硫酸浓度为2～5mol/L，酸解温度为20～80℃，搅拌速度为200～500rpm，酸解时间为2～7天，离心洗涤、透析后得到悬浮液，将悬浮液冷冻干燥之后得到粉末状淀粉纳米晶；所得淀粉纳米晶弹性模量在100～150GPa。本专利技术淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性豌豆蛋白导电复合材料，由淀粉纳米晶、氧化石墨烯和豌豆蛋白复合而成；原料按重量份计为：淀粉纳米晶0.1～35份、氧化石墨烯0.1～10份、生物质基豌豆蛋白100份。制备过程如下：1)豌豆蛋白、淀粉纳米晶和氧化石墨烯，分别溶于水后搅拌得到均一分散的溶液；2)将上述三种溶液共混，加入三氟乙醇和甘油，搅拌得到均一分散的共混溶液；3)将共混溶液冷冻干燥后得混合物粉末，将混合物粉末进行热压复合成型，成型后真空干燥除去水分得到淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性豌豆蛋白导电复合材料。实施例1按淀粉纳米晶0份，氧化石墨烯1份，豌豆蛋白100份，称取淀粉纳米晶、氧化石墨烯、豌豆蛋白，将三种物质分别溶于水后搅拌得到均一分散的溶液；将三种溶液共混，加入5份三氟乙醇和和10份甘油搅拌得到均一分散的共混溶液，将共混溶液冷冻干燥后得到混合物粉末；将混合物粉末置于热压机上进行热压复合成型：温度为100℃、压力为10MPa、时间为15min，成型后在40℃条件下真空干燥72h除去水分，得到淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性生物质基豌豆蛋白导电复合材料；依据GB4456-84在深圳新三思测试仪器公司的CMT6503仪器上对本实施例制备的淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性生物质基豌豆蛋白导电复合材料进行力学性能测试，拉伸速率为5mm/min。依据GB1410-78在宁波瑞柯伟业仪器公司的FT-310碳素电阻率测试仪对本实施例制备的淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性生物质基豌豆蛋白导电复合材料进行电导率测试。测试结果如表1所示。实施例2一种淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性生物质基豌豆蛋白导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性豌豆蛋白导电复合材料，其特征在于由淀粉纳米晶、氧化石墨烯和豌豆蛋白复合而成；原料按重量份计为：淀粉纳米晶0.1～35份、氧化石墨烯0.1～10份、生物质基豌豆蛋白100份。

【技术特征摘要】
1.一种淀粉纳米晶/氧化石墨烯协同改性豌豆蛋白导电复合材料，其特征在于由淀粉纳米晶、氧化石墨烯和豌豆蛋白复合而成；原料按重量份计为：淀粉纳米晶0.1～35份、氧化石墨烯0.1～10份、生物质基豌豆蛋白100份。2.如权利要求1所述改性豌豆蛋白导电复合材料，其特征在于所述淀粉纳米晶弹性模量在100～150GPa，按以下方法制备而来：淀粉经酸解、离心洗涤、透析后得到悬浮液，将悬浮液冷冻干燥之后得到粉末状淀粉纳米晶。3.如权利要求1所述改性豌豆蛋白导电复合材料，其特征在于酸解采用硫酸，硫酸浓度为2～5mol/L，酸解温度为20～80℃，搅拌速度为200～500rpm，酸解时间为2～7天。4.如权利要求1所述改性豌豆蛋白导电复合材料，其特征在于所述氧化石墨烯为薄片状，表面含有羟基、羧基、环氧基官能团，采用Hummers法将石墨经强酸氧化制备得到。5.如权利要求1所述改性豌豆蛋白导电复合材料，其特征在于所述豌豆蛋白为从豌豆分离提取出的优质蛋白质，为淡黄色粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宁，朱阁，黄进，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42