一种改性大豆蛋白塑料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种改性大豆蛋白塑料及其制备方法和用途，其包括大豆分离蛋白、天然纤维、增塑剂、润滑分散剂，其中大豆分离蛋白所占比重为30-90wt％，天然纤维所占比重为5-30wt％，增塑剂所占比重为5-30wt％，润滑分散剂所占比重为0-10wt％。所述原材料经混合机混合后再用双螺杆挤出机进行混炼、熔融挤出、造粒制得。该改性大豆蛋白塑料可实现完全生物降解，且加工工艺简单，并可通过调节组分实现其在一次性餐具、食品包装、汽车装饰等领域的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子复合材料领域，也属于天然高分子领域，具体涉及一种改性大豆蛋白塑料及其制备方法和用途。
技术介绍
自20世纪30年代出现高分子合成技术到60年代实现大规模生产，高分子材料 (包括塑料等)虽然只有几十年的历史，但发展速度要远远超过其它传统材料。世界塑料年总产量现已超过1.7亿吨，用途渗透到国民经济各个领域，和钢铁、木材、水泥并列为四大支柱材料。但由于聚合物分子量大、内部结构稳定、成分复杂、抗侵蚀能力强，自然降解需 200-600年，其对环境的污染是当前一大棘手的问题。石油是目前材料工业，特别是塑料产业的主要原料，它是不可再生资源。由于制造传统塑料的石油资源日趋枯竭及石油基塑料带来的全球性环境污染问题，寻找可替代的对环境友好塑料原料、发展非石油基聚合物迫在眉睫，而天然可生物降解塑料正是解决这两方面问题的有效途径。蛋白质是一类重要的大分子聚合物，将蛋白质作为可再生资源制备生物可降解的环境友好材料是一个新兴课题。在材料领域中正在研究与开发的蛋白质很多，大豆蛋白可生物降解塑料不仅其分解产物能回归自然被微生物再利用，而且大豆本身是每年都可以进行大量种植的再生资源，另外，还可以提高农业附加值，大豆分离蛋白成本低，来源丰富，应用潜力大，被誉为“生长着的黄金”。大豆蛋白是包含多种氨基酸的复杂大分子，分子间和分子内有很强作用力， 其材料具有刚硬、脆性，力学性能不高等缺点，另外，大豆分离蛋白不耐水，且温度高于 140-150°C时，蛋白质易分解，引起塑料的力学强度降低，此外大豆分离蛋白流动性差、熔点高而难以加工。从高分子材料科学的角度看，蛋白质是无定形的或部分结晶的玻璃态或高弹态物质，其加工性能是不适于用作塑料的，为此，需要对大豆蛋白进行改性、增塑处理以制备应用范围较广的复合材料。故需通过对大豆分离蛋白进行改性来制得大豆蛋白质塑料，在保持材料生物降解性的前提下提高其加工流动性、力学强度、耐水性和耐热性。大豆蛋白塑料的改性主要涉及增韧剂、增塑剂的添加，与其他高分子共混，对蛋白质进行化学修饰等手段。目前，大多数已知的大豆蛋白塑料的改性方法是加入一些合成材料如水性聚氨酯、复合增塑剂等。申请号为200410013196. 4的中国专利披露了一种水性聚氨酯改性的大豆蛋白质塑料及其制备方法，此方法的缺点在于没有使用天然增强体材料对大豆蛋白塑料进行增强改性，不能实现复合材料的全降解，给后期处理带来很大的麻烦。且涉及原材料种类及加工程序繁多，不利于成本、质量控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种天然材3料改性的大豆蛋白塑料，不含有毒溶剂、制备工艺简单，成本低，便于实现大豆蛋白塑料的全降解。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是该改性大豆蛋白塑料包括大豆分离蛋白、天然纤维、增塑剂、润滑分散剂，其中大豆分离蛋白所占比重为30-90wt%，天然纤维所占比重为5-30wt %，增塑剂所占比重为5-30wt %，润滑分散剂所占比重为O-IOwt %。由天然纤维增韧，通过简单工艺加工制得，天然纤维属于廉价的可再生资源，而且具有可生物降解性，有利于环保。本专利技术还通过加入增塑剂、润滑分散剂增加和改善了该改性大豆蛋白塑料的力学性能如抗冲击强度和韧性等，具有较高的使用价值。优选的是，所述天然纤维包括麻纤维、棉纤维、秸秆纤维、竹纤维、木纤维、蚕丝纤维、毛发纤维中的一种或多种，天然纤维长度在0. I-IOmm范围内。优选的是，所述增塑剂为乙二醇、甘油、丙二醇，1，3_丙二醇中的一种或多种。优选的是，所述润滑分散剂为白矿油、石蜡、低分子聚乙烯、硬脂酸钙、硬脂酸锌、 硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺和N，N-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。本专利技术还提供了上述改性大豆蛋白塑料的制备方法，其包括以下步骤(1)处理天然纤维将天然纤维加入浸泡液中浸泡，虑干后或直接放入干燥箱中烘干，得到处理后的天然纤维；(2)配料、混料将处理后的天然纤维、大豆分离蛋白、增塑剂、润滑分散剂按上述确定的比重置于混合机中混合均勻，得到挤出原材料；(3)混炼、造粒将挤出原材料置于双螺杆挤出机中，挤出原材料经混炼、熔融挤出、造粒得到改性大豆蛋白塑料。优选的是，所述步骤(1)中浸泡液为含硅烷偶联剂的水溶液，硅烷偶联剂浓度为 0. l_#t%，浸泡时间为2-72小时，所述步骤(1)干燥箱中的干燥温度为40-120°C，干燥时间为214h。天然纤维表面存在很多胶质、脂肪腊质等杂质，选用适当的偶联剂对天然纤维表面进行处理，可改善其与其它材料的相容性。优选的是，所述步骤O)中混合机转速为500-2000rpm，混合时间为30-1000秒。优选的是，所述步骤(3)中双螺杆挤出机从喂料口到模头各区温度范围均在 100-180°C，双螺杆挤出机的螺杆转速为100-250rpm。以上所述的改性大豆蛋白塑料用于制作可生物降解的一次性餐具、食品包装材料、汽车装饰用复合材料。本专利技术的有益效果是(1)利用具有生物降解性的大豆分离蛋白和天然纤维得到环境友好的改性大豆蛋白塑料，不含有毒溶剂，且工艺简单，原材料廉价易得，生产成本低；(2)增加了大豆分离蛋白和天然纤维产品的附加值；(3)可通过调节各组分的含量得到不同力学性能的改性大豆蛋白塑料的材料， 经测试拉伸强度15-20MPa、断裂伸长率8-25%，抗弯曲强度22_27MPa，弯曲弹性模量 950-1260MPa，缺口冲击强度6_14KJ/m2，并具有可完全生物降解特性等，因此能适应不同领域的需求，具有重要的经济价值。上述改性大豆蛋白塑料可用于可生物降解的绿色材料如一次性餐具、食品包装、 汽车装饰用复合材料。具体实施例方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术实施例中所采用双螺杆挤出机为南京诚盟机械有限公司产品，型号 SHJ-36。实施例1采用的原材料为大豆分离蛋白90kg、麻纤维^g(麻纤维平均长度为5mm)、甘油 ^g，不添加润滑分散剂。将麻纤维加入含硅烷偶联剂水溶液浸泡2小时后过滤出来，并放入干燥箱中105°C条件下烘干证，获得处理后的麻纤维。将处理后的麻纤维与大豆分离蛋白、甘油加入混合机中，混合机转速为lOOOrpm， 混合时间为300秒，得到混合均勻的挤出原材料。将混合好的挤出原材料经计量送料装置送入双螺杆挤出机中，在螺杆的高速剪切，混炼和输送下，经熔融挤出，造粒，得到所需的改性大豆蛋白塑料。本实施例中，所述的双螺杆挤出机从喂料口到模头各区的温度为，一区120°C，二区140°C，三区160°C，四区 180°C，五区160°C，六区140°C。螺杆转速控制在150rpm左右。制得的改性大豆蛋白塑料性能如下拉伸强度为15. 5MPa，断裂伸长率为8. 2%, 弯曲强度为22MPa，弯曲弹性模量为950MPa，缺口冲击强度为6. 8KJ/m2。该改性大豆蛋白塑料可应用于一次性餐具。可完全生物降解。实施例2采用的原材料为大豆分离蛋白60kg、麻纤维17. ^g(麻纤维平均长度为IOmm)、甘油10kg、乙二醇7. ^g，低分子聚乙烯:3kg，白矿油^ig。将麻纤维加入含2wt%硅烷偶联剂水溶液浸泡36小时后过滤出来，并放入干燥箱中120°C条件下烘干2h本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种改性大豆蛋白塑料，其特征在于包括大豆分离蛋白、天然纤维、增塑剂、润滑分散剂，其中大豆分离蛋白所占比重为３０－９０ｗｔ％，天然纤维所占比重为５－３０ｗｔ％，增塑剂所占比重为５－３０ｗｔ％，润滑分散剂所占比重为０－１０ｗｔ％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐少俊，张正光，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：34