热塑性大豆蛋白质塑料研究

本文由haxf003贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。塑黄晓辉等——热蛭!性大弓蛋门质蠼料研究料2009年38卷第2期热塑性大豆蛋白质塑料研究'黄晓辉.崔永岩(天津科技大学化工学院,天津300457)摘要:通过在大豆蛋白质饱和溶液中添加各种助荆对大豆蛋白质进行改性处理.然后使用酸性试剂s对大豆蛋白分子进行修饰改性并将大豆蛋白质从溶液中沉淀出来,得到的改性大豆蛋白质具有很好的韧性和耐水性,其断裂伸长率能达到200%,饱和吸水率在lO%以下.此方法无需甘油等小分子醇作为增塑剂,很好地避免了小分子醇类增塑荆在空气中的挥发和在水中的溶出问题.关键词:大豆蛋白质塑料;改性;耐水性;热塑性塑料;韧性中图分类号:TQ321.4.文献标识码:A文章编号:100l一9456(2009)02一0007—03The珊oplasticHUANGSoybeanProteinPlasncXi∞-hui,CUIYong·yan(CoUegeofMaterialscience&chemicalEngineering,TianjinUnive聃ityofScience&Technology,Tianjin300457,China)Abst髓ct:Thesoybeanpmteinw聃modifiedbyaddingvari伽s8dditive8intheacidmagen协Sandu8edwa,r.waternosoysoyproteinprotein88tumtedsoluti明fi璐t,蛐dthenw聃gotwhichhadg∞dtoughnes8w8stow8su8edtoprecipitateat80yproteinf而m80lution,tllemod洒edmsi8tance,theelongationbreakcouldachieve200%and￥atumted8swaterabso叩tionbelowlO%.Thi8methodtheairanddi880lutioninalcoholglycemlorothersmallmolecule8plasticize聆,itavoidedtlleplasticizervolatileKeywords:80yproteinplaBtics;modify;w8ter他8i8tance;the珊叩la8tic;toughne8s随着石油价格的持续走高和环境污染的压力,来源于动植物的天然高分子资源将逐渐取代目前的石化材料.和其他天然高分子材料相比,大豆蛋白质提取方法简单,产量丰富,价格低廉,分子具有独特的结构特征和相互作用,侧链上含有丰富活泼基团,可以进行物理和化学改性,具有良好的研究前景.目前的大豆蛋白质塑料强度较低,适合制造塑料圣诞树,塑料花等观赏类的塑料制品.纯大豆蛋白构成的塑料脆性很大,加工性能很差,不具备实际用途,必须添加增塑剂以提高其柔韧性和加工性能.在增塑剂中,甘油沸点较高,稳定性较强,对许多天然高分子及其衍生物具有增塑作用¨.31,是大豆蛋白质塑料最常用,最有效的增塑剂.但是,甘油吸水性强且易挥发,由它增塑的大豆蛋白质塑料性能不稳定,耐水性差,且放在空气中也会逐渐脆化,因此,甘油增塑大豆蛋白质塑料实用性较差.文章选择在溶液中进行改性,解决了改性的均一性和添加剂的分散性问题,经过改性的大豆蛋白质塑料具有良好的流变性能,耐水性和韧性,塑性好,无需增塑,避免了小分子醇类增塑剂在空气中的挥发和在水中的溶出问题.11.1实验部分原材料豆粕:一浸,市售;Na:SO,:分析纯,天津大茂化学试剂厂;ZnsO.:分析纯,天津天大化工实验厂;尿素:分析纯,天津北方天医化学试剂厂;si0::微米级,市售;酸性试剂S:自制;NaOH:分析纯,天津北方天医化学试剂厂.1.2实验设备电磁平板硫化机:xLB—DC400×400,株洲时代机电设备有限公司;电子万能试验机:深圳瑞格尔仪器有限公司;哑铃型制样机:MZ_4102,江都明珠试验机械厂;HAAKE扭矩塑化仪:HAAKE公司;熔体流动速度仪:斗PxRZ一400c,吉林大学科教仪器厂;热分析仪:STA449c,德国Netzsch公司.1.3样品制备配置大豆蛋白质饱和溶液:其中NaoH浓度O.25moL/L,尿·收稿日期:2008一lO—09作者简介:崔永岩(1965一),男.副教授,硕士生导师,主要从事天然高分子材料的研究与应用.高分子材料的改性及其应用方面的研究.一7一万方数据塑料黄晓辉等——热坦性大豆蛋门质甥料研究2009年38卷第2期素浓度o.8moVL,豆粕粉足量.在溶液中加入不同比例的zns0.,Na2S03,si02,搅拌lOmin.边搅拌溶液边用酸性试剂S滴定至中性并产生大量沉淀,60℃以下离心分离并干燥,得到改性大豆蛋白粉.将改性大豆蛋白粉置于模具中,在110℃和10按GB13022-9l将样品制成哑铃型,测拉伸强度,拉伸速度50mm/mino1.4.5吸水率按GB1034-86中的方法l,3测定,计算式如式(1):彤=(m2一m1)/ml×100%(1)MPa下压制lOmin制成型.1.4性能测试方法1.4.1熔体流动性熔体流动速度仪,105℃,砝码质量48941.4.2塑化和流变性能采用HAAKE转矩塑化仪测定.1.4.3热失重N2,20℃/min升温至400℃.1.4.4拉伸性能g.式中:妒一试样吸水率;m.一浸水前试样质量;巩,一浸水后试样质量.2结果与讨论2.1酸性试剂S和Na:S0,对大豆蛋白质塑料各种性能的影响酸性试剂s和Na:SO,改性大豆蛋白质塑料的配方见表1.表1试验基本配方酸性试剂S中含有硅烷类化合物,能和蛋白质分子链上的亲水基反应,破坏分子内氢键,提高材料热稳定性和耐水性.根据表l中配方l可知,经过酸性试剂S改性,大豆蛋白质翅料的流变性,韧性和耐水性均得到大幅提高,使大豆蛋白质在具备可加工性能的同时还具备一定的使用性能.还原剂能够破坏大豆蛋白质分子内的二硫键,促进分子链的展开Ho.从配方2～4可以看出,还原剂Na:s0,对大豆蛋白质塑料的流变性有较大的提高,还原剂Na2SO,的最佳用量为lg/L(在lL饱和大豆蛋白质溶液中添加lg,下同),熔体指数提高到原来的166.8%.2.2ZnSO.对大豆蛋白质塑料各种性能的影响znS0.改性大豆蛋白质塑料的配方见表2.裹2试验基本配方由于大豆蛋白质中有大量氨基酸,引入zn2+除了和官能团(天门冬氨酸和谷氨酸)形成离子键.还可以和蛋白质中的O,N,s形成螯合的复合物,这些作用使蛋白质分子坚硬而使杨氏模量增加,吸水率降低'.由表2可知,zns0.在对其他性能影响不大的同时,能有效提高大豆蛋白质埋料的耐水性,znS0.的最佳用量为6g/L,吸水率降低到原来的42.8%.2.3SiO:对大豆蛋白质塑料各种性能的影响sio:对大豆蛋白质塑料各种性能的影响见表3.裹3试验基本配方从表3可以看出,Si0:大幅提高了改性大豆蛋白质塑料的加工性能和韧性,熔体指数从3.OIs/lOmin提高到一8～6.8g/lOmin,断裂伸长率从55.3%提高到200%,拉伸强度有所下降,对耐水性影响不大,综合考虑,配方4为目前的最佳配方.万方数据塑黄晓辉等——热塑性大可蛋f,I质塑料研究料2009年38卷第2期2.4改性大豆蛋白质塑料的热性能分析对2.3中的配方4制备的大豆蛋白质塑料进行TG分析如图l.不高,但改性大豆蛋白质塑料具备了良好的加工性能.3结论1)经过酸性试剂S改性,大豆蛋白质塑料的流变性,韧性和耐水性均得到很大提高,使得大豆蛋白质塑料在适应多种加堡工方式的同时还具备一定的使用性能.2)Na:S0,有效提高了改性大豆蛋白质塑料的熔体流动性,熔体指数提高到原来的166.8%.怪岍水辏一芝誉),恻壤鬟裁3)znSO.有效提高改性大豆蛋白质塑料的耐水性,吸水率降低到原来的42.8%.温度,℃I一热失重率曲线;2一热失重事的变化曲线.4)si0:提高了改性大豆蛋白质塑料的流变性和韧性,熔体指数增加了125.9%,断裂伸长率增加了263.6%.5)最佳配方:每升饱和大豆蛋白质溶液添加16gznS04,2gSi0:,156.8gNa:SO,,圈l改性大豆蛋白质塑料的热失重分析(TG^)曲线从图l可知,经过改性后,热失重率变得很小,热失重率的变化曲线在50～175℃间趋于水平,说明改性提高了大豆蛋白质的热稳定性,95%质量保持温度为115℃.mL酸性试剂S.关键性能:熔体指数g/lOmin,拉伸强度3.29MPa,断裂伸长率200.7%,24h吸水率7.1%.2.5改性大豆蛋白质塑料的流变性能分析对2.3中配方4制备的大豆蛋白质塑料进行流变分析得到扭矩曲线,如图2.参考文献:【1]Angk8MN,Du正陀sneA.Pla8ticizedBtarch/tunicillwhiske墙n蜘ocompositem_忙rials:2.Mech眦icalBeh驸iwC200l.34:292l一2931.j].M扯姗olecuk唔,[2】言●Arvanitoy舳nisl,BiliadcrisCplasticizedediblebIend8madeG.Physicalofpmperti朗ofpolyol-memylce儿ulo跎舳d∞lubkmrchZ￥摄霸[J].ca吐mhydr[3]wuPolym,1999,38:47—58.Q,zh卸gL.E如c协of山emoI∽ularwei曲t仰tlIepmpertiesofApplPolymthe珊oplaelic5p∞p8mdfmm∞lypmteini鲫late[J].JSci,200l,82:3373—3380.[4]¨*r曹110℃:Ⅳ=30miIl～.J蚰e.soyprotciII-ba∞dthe加opl聃ticcomp∞iti蚰forpMp耐ngmoldcdarticle喜:unitedstatesPat朗t.5523293[P].1996一嘶一04.tlIe珊alpmpertie5of圈2HAAKE扭矩曲线[5】Jzhang,PMung啪,JJ蚰e.Mechanicalandextmdcd∞ypmteiII毒heeb(J].Polymer,200l,42:2569—2578.(本文编辑Gzw)从图2可知,改性大豆蛋白质塑料在1lO℃下已经熔融软化,半衡扭矩2.9N·m,虽然改性大显篮臼庾塑料的烙体强度(上接69页)别为0.16份和2.4份时,表观密度最小,当DcP含量和DVB含量分别为O.12份和2份时,弯曲强度和冲击强度最大.3)DCP和DvB的加入可使PP形成自由基,这些自由基互相结合形成大分子网状结构,从而使凝胶率提高.随DcP和DvB含量的增加,凝胶率呈现先增加后减少的趋势.当DCP含量和DvB含量分别为O.16份和2份时,凝胶率最大.[5]材料,2004,32(2):8一11.PaulDR.BucknaIIcB.PoIymblends:Fomul砒ion&pe血mMceIIlc,2004:739·of[M]·NewY.rk:J.hnwiley&s∞s[6]KennedyR·E踟.'0f佑'ngc一69Ilmtionopsi一[J]·JoumalM8k一8185.'曲..,2004,39(6):1143—1145·[7】TgJG,w8gY,ⅡHY,.'8l·E如..5.f.rgai..l.8血g89e吣参考文献:【1]许红飞,黄汉雄,王建康·聚丙烯/聚苯乙烯共混物超临界流体徽孔发泡的研究[J]·塑料,2008,37(2):4—8'[2]司春雷,李继薪,李素君,等·炭黑填充LDPE/EVA体系发泡复合材料的电阻'温度特性[J]·塑料,2008·37(1):l一5'[3】黎勇,刘春盛,胡福增,等·聚丙烯接枝改性及其挤出发泡研究[J]-功能高分子学报,2004,17(3):429—436'[4】熊丽君,吴璧耀-发泡聚丙烯材料的研究生产现状[J]·化工新型[9][J].P.lymer.2004,45(7):208l