一种具有高弹性和疲劳强度的大豆蛋白复合水凝胶及其制备方法，将大豆蛋白水溶液加热后得大豆蛋白悬浮液，然后将大豆蛋白悬浮液和丙烯酰胺混合得前聚体，再加入交联剂、引发剂和盐离子，在加热或紫外光照条件下，得到大豆蛋白复合水凝胶。本发明专利技术制备工艺简单，为蜂窝状结构，同时具备良好的弹性恢复、较高的压缩强度和优异的疲劳强度等特性，在80%的压缩循环周期中，水凝胶仍可完全恢复，并耗散较低能量，有望应用于机械缓冲、能量阻尼、弹性材料等装置。
Soy protein composite hydrogel with high elasticity and fatigue strength and preparation method thereof
【技术实现步骤摘要】
一种具有高弹性和疲劳强度的大豆蛋白复合水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及一种蛋白类水凝胶，尤其涉及一种具有高弹性和疲劳强度的大豆蛋白复合水凝胶及其制备方法。
技术介绍
蛋白类水凝胶作为一种天然水凝胶，与合成水凝胶相比，具有可再生、可降解、环境友好、易加工等特性，因而在生物医药、组织工程、食品化工、材料工业等领域受到广泛关注。目前使用较多的蛋白质主要来源于动物体，主要包括胶原蛋白、牛奶蛋白、鸡蛋蛋白、鱼蛋白、丝素蛋白、角蛋白等。现阶段，基于动物蛋白的水凝胶主要存在强度低、回弹性差、易脆裂等机械性能缺陷，阻碍了其进一步应用和推广。大豆蛋白作为最丰富的水溶性植物蛋白，主要由大豆球蛋白和β-伴球蛋白组成，占比分别为60%和40%。与动物蛋白相比，大豆蛋白具有免疫性、储量丰富、成本低、易凝胶等优越性，因而在水凝胶方面具有潜在应用前景。大豆蛋白凝胶的形成，主要是通过蛋白质分子的聚集完成的，在蛋白质分子聚集过程中，当排斥力和吸引力处于平衡状态，就可以聚集形成三维网状结构。大豆蛋白经凝胶化处理后，会产生良好的弹性、可塑性及保水性。本专利技术提出了一种蜂窝状结构的大豆蛋白复合水凝胶的制法，它是以大豆蛋白和丙烯酰胺的混合液为前聚体，通过大豆蛋白胶束与丙烯酰胺单体在引发剂、交联剂等作用下发生共聚交联，最终形成蜂窝状的凝胶结构。制备的大豆蛋白复合水凝胶，具有良好的弹性恢复、优异的压缩性能和疲劳强度等特性，有望应用于机械缓冲、能量阻尼、弹性材料等装置。
技术实现思路
解决的技术问题：本专利技术针对动物蛋白水凝胶存在的缺陷，提供一种具有高弹性和疲劳强度的大豆蛋白复合水凝胶及其制备方法，该大豆蛋白复合水凝胶，为蜂窝状结构，同时具备良好的弹性恢复、优异的压缩性能和疲劳强度等特性，有望应用于机械缓冲、能量阻尼、弹性材料等装置。技术方案：一种具有高弹性和疲劳强度的大豆蛋白复合水凝胶的制备方法，步骤为：将1wt.%~50wt.%的大豆蛋白水溶液在60-95℃加热后得大豆蛋白悬浮液，然后将大豆蛋白悬浮液和丙烯酰胺混合得前聚体，大豆蛋白与丙烯酰胺的质量比为（1:19）~（19:1），再加入交联剂、引发剂和盐离子，交联剂与丙烯酰胺单体的质量比为1:（100~2000），引发剂与丙烯酰胺单体的质量比为1:（100~1000），盐离子和大豆蛋白的质量比不高于1:5，在加热或紫外光照条件下，得到大豆蛋白复合水凝胶。优选的，上述大豆蛋白悬浮液和丙烯酰胺混合所得前聚体的pH值为5~7。优选的，上述大豆蛋白悬浮液中的蛋白胶束的平均尺寸为80~800纳米。优选的，上述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，交联剂与丙烯酰胺单体的质量比为1:（200~1000）。优选的，上述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的任意一种，引发剂与丙烯酰胺单体的质量比为3:500。优选的，上述盐离子为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化钡、氯化锶、氯化铝、硝酸铁中的任意一种，盐离子与大豆蛋白的质量比为3:20。优选的，上述凝胶加热的温度为60℃，凝胶时间24小时。上述制备方法制得的大豆蛋白复合水凝胶。上述凝胶的含水率为50wt.%~99wt.%。有益效果：本专利技术提供了一种具有高弹性和疲劳强度的大豆蛋白复合水凝胶及其制备方法，制备工艺简单，为蜂窝状结构，同时具备良好的弹性恢复、较高的压缩强度和优异的疲劳强度等特性，在80%的压缩循环周期中，水凝胶仍可完全恢复，并耗散较低能量，有望应用于机械缓冲、能量阻尼、弹性材料等装置。具体实施方式下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。上述一种大豆蛋白复合水凝胶及其制备方法，所用原料及试剂均为市售。实施例1：大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备在250mL搅拌式反应器中，将大豆蛋白3.6克溶于60mL蒸馏水中，pH值控制在5~7范围内，95℃加热条件下搅拌3~5小时，使大豆蛋白充分溶解在水溶液中，冷却至室温，得到大豆蛋白胶束分散液；然后在分散液中加入11.4克丙烯酰胺单体、11.4毫克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂、68.4毫克过硫酸铵，室温下搅拌2小时，使其充分溶解；然后加入0.54克氯化钙，室温下搅拌1小时，使其充分溶解；超声1~2分钟，去除气泡后，倒入直径13mm、高150mm的圆柱体模具中，在60℃的恒温恒湿箱中交联聚合24小时，得到大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶。实施例2：大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备在250mL搅拌式反应器中，将大豆蛋白3.6克溶于60mL蒸馏水中，pH值控制在5~7范围内，95℃加热条件下搅拌3~5小时，使大豆蛋白充分溶解在水溶液中，冷却至室温，得到大豆蛋白胶束分散液；然后在分散液中加入11.4克丙烯酰胺单体、22.8毫克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂、68.4毫克过硫酸铵，室温下搅拌2小时，使其充分溶解；然后加入0.54克氯化钙，室温下搅拌1小时，使其充分溶解；其余过程同实施例1。得到大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶。实施例3：大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备在250mL搅拌式反应器中，将大豆蛋白3.6克溶于60mL蒸馏水中，pH值控制在5~7范围内，95℃加热条件下搅拌3~5小时，使大豆蛋白充分溶解在水溶液中，冷却至室温，得到大豆蛋白胶束分散液；然后在分散液中加入11.4克丙烯酰胺单体、34.2毫克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂、68.4毫克过硫酸铵，室温下搅拌2小时，使其充分溶解；然后加入0.54克氯化钙，室温下搅拌1小时，使其充分溶解；其余过程同实施例1。得到大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶。实施例4：大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备在250mL搅拌式反应器中，将大豆蛋白3.6克溶于60mL蒸馏水中，pH值控制在5~7范围内，95℃加热条件下搅拌3~5小时，使大豆蛋白充分溶解在水溶液中，冷却至室温，得到大豆蛋白胶束分散液；然后在分散液中加入11.4克丙烯酰胺单体、57毫克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂、68.4毫克过硫酸铵，室温下搅拌2小时，使其充分溶解；然后加入0.54克氯化钙，室温下搅拌1小时，使其充分溶解；其余过程同实施例1。得到大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶。实施例5：大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备在250mL搅拌式反应器中，将大豆蛋白2克溶于60mL蒸馏水中，pH值控制在5~7范围内，95℃加热条件下搅拌3~5小时，使大豆蛋白充分溶解在水溶液中，冷却至室温，得到大豆蛋白胶束分散液；然后在分散液中加入13克丙烯酰胺单体、39毫克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂、78毫克过硫酸钾，室温下搅拌2小时，使其充分溶解；然后加入0.3克硝酸铁，室温下搅拌1小时，使其充分溶解；其余过程同实施例1。得到大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶。实施例6：大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备在250mL搅拌式反应器中，将大豆蛋白4克溶于60mL蒸馏水中，pH值控制在5~7范围内，95℃加热条件下搅拌3~5小时，使大豆蛋白充分溶解在水溶液中，冷却至室温，得到大豆蛋白胶束分散液；然后在分散液中加入11克丙烯酰胺单体、33毫克N本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有高弹性和疲劳强度的大豆蛋白复合水凝胶的制备方法，其特征在于步骤为：将1wt.%~50wt.%的大豆蛋白水溶液在60‑95℃加热后得大豆蛋白悬浮液，然后将大豆蛋白悬浮液和丙烯酰胺混合得前聚体，大豆蛋白与丙烯酰胺的质量比为（1:19）~（19:1），再加入交联剂、引发剂和盐离子，交联剂与丙烯酰胺单体的质量比为1:（100~2000），引发剂与丙烯酰胺单体的质量比为1:（100~1000），盐离子和大豆蛋白的质量比不高于1:5，在加热或紫外光照条件下，得到大豆蛋白复合水凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种具有高弹性和疲劳强度的大豆蛋白复合水凝胶的制备方法，其特征在于步骤为：将1wt.%~50wt.%的大豆蛋白水溶液在60-95℃加热后得大豆蛋白悬浮液，然后将大豆蛋白悬浮液和丙烯酰胺混合得前聚体，大豆蛋白与丙烯酰胺的质量比为（1:19）~（19:1），再加入交联剂、引发剂和盐离子，交联剂与丙烯酰胺单体的质量比为1:（100~2000），引发剂与丙烯酰胺单体的质量比为1:（100~1000），盐离子和大豆蛋白的质量比不高于1:5，在加热或紫外光照条件下，得到大豆蛋白复合水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述大豆蛋白悬浮液和丙烯酰胺混合所得前聚体的pH值为5~7。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述大豆蛋白悬浮液中的蛋白胶束的平均尺寸为80~800纳米...
【专利技术属性】
技术研发人员：王春鹏，南静娅，张盖同，王利军，储富祥，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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