專利名稱：熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料及其制備 方法。背景技術(shù)：
全世界每年有1. 5億噸石油、天然氣等有限的石化資源用于化學 合成“合成高分子”，為了減少廢棄合成高分子材料產(chǎn)品對環(huán)境的影響和有限資源的利用， 重新構(gòu)筑可持續(xù)發(fā)展的人類社會已成為世界各國的共識。實現(xiàn)世界經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，國 內(nèi)外的相關研究前沿之一是利用清潔生產(chǎn)技術(shù)，將可再生的生物質(zhì)資源，改性、合成滿足使 用要求的環(huán)境友好高分子新材料，降低對有限資源的消耗，減少材料使用后對環(huán)境的污染， 為此國內(nèi)外的相關研究更注重尋找新的天然高分子塑料材料。葡甘聚糖是一種從植物魔芋、菊芋、蕉藕，微生物細菌中提取的天然高分子多糖， 其分子中包含葡萄糖和甘露糖，以0 -1，4-糖苷鍵連接，同時在甘露糖C-3位上還存在短支 鏈結(jié)構(gòu)，而在C-6位上還存在乙?；鶊F(約每19個糖殘基上存在一個乙酰基)，這些乙酰 基的存在控制了分子水溶性的大小。葡甘聚糖具有親水性、凝膠性、成膜性、抗菌性、可食用 性、低熱值性等多種特性和一些特殊的生理功能，可廣泛應用于環(huán)保、食品、醫(yī)藥、化工以及 生物領域。作為一種可再生天然資源來源充足、可生物降解、具有化學可修飾的官能團，并 具有一定金屬離子絡合能力。熱塑改型后葡甘聚糖，是一種經(jīng)過由魔芋葡甘聚糖及各種有 機單體自由基聚合，接枝，交聯(lián)等化學方法獲得的一種可完全生物降解的可熱塑材料，具有 很強的疏水性，擁有廣闊的市場前景，為未來替代石油化工塑料產(chǎn)品提供了新的思路，但是 熱塑型葡甘聚糖的加工性能不佳，其流變特性不適合常規(guī)聚合物加工設備上加工出符合使 用要求的產(chǎn)品，綜合力學性能難以滿足使用要求。植物蛋白是地球上巨大的再生性生物高分子資源。從資源的可持續(xù)利用、保護環(huán) 境和生物體親和性與生物分解性特點出發(fā)，人們對于能再生的植物蛋白的利用寄托了很大 的期望。從而植物蛋白資源化利用，開發(fā)環(huán)境友好的綠色產(chǎn)品，已形成環(huán)境綠色高技術(shù)研究 與開發(fā)中的熱點領域。植物蛋白作為可再生資源，它的改性和利用一方面可節(jié)省大量石油 資源，另一方面可以緩解大量非降解合成高分子材料廢棄物造成的環(huán)境污染，植物蛋白及 其改性材料廢棄后可以在自然環(huán)境中實現(xiàn)生物量的循環(huán)。熱塑性葡甘聚糖與熱塑性植物蛋白熔融共混改性后得到的新型熱塑共混材料加 工性能良好，在擠塑、吹塑、注塑和發(fā)泡過程中具有優(yōu)良的熱塑加工特性和力學性能，其制 品使用后完全降解且環(huán)境友好，可廣泛地用于化工、農(nóng)地膜、機電、建筑材料、包裝和環(huán)保等 生產(chǎn)加工領域。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)境友好的熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共 混材料及其制備方法。熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混可以改善熱塑性植物蛋白的加工性 能，同時可以對熱塑性葡甘聚糖起到較好的增塑作用，解決熱塑性葡甘聚糖加工性能、韌性 和抗撕裂性能不足、斷裂伸長率低、薄膜較脆等不足等問題，提供一種以天然葡甘聚糖和植 物蛋白為原料，生產(chǎn)環(huán)境友好的熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白材料的新方法，為可再生資源葡甘聚糖和植物蛋白的大規(guī)模開發(fā)利用服務。2、技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案是一種熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料及其制備方法，它的各組分的重量配比 為熱塑性葡甘聚糖1 99，熱塑性植物蛋白1 99，交聯(lián)劑0 10，增塑劑0 10。它 的制備方法是將原料在高速混合機中攪拌5 20分鐘，在溫度30 60°C干燥8 12小 時，控溫于100 140°C將共混料在雙螺桿擠塑機中熔融共混5 lOmin，在110 150°C、 0. 1 IMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料。所述的熱塑性葡甘聚糖，是按重量份配比將純化葡甘聚糖100份，溶脹于pHIO的 50%的葡甘聚糖乙醇水溶液500份中，控溫50°C進行脫乙?；?0小時，過濾、洗滌至中性， 在50°C干燥12小時，再溶脹于500份水中，控溫50°C，加入過硫酸鉀2份和丙烯酸甲酯1 5引發(fā)劑100份單體，接枝共聚反應4小時，過濾清洗，在50°C下干燥12 小時二得到的；所 述的熱塑性植物蛋白是將去雜后的大豆粕、花生粕、油菜籽粕、棉籽粕、葵花籽粕、茶籽粕、 米糠、麩皮中一種或幾種植物蛋白原料粉碎，加入植物蛋白重量10倍的pH8. 0的NaOH溶 液，在50°C下處理lh，過濾、離心、除去不溶性雜質(zhì)，濾液用硫酸調(diào)pH至4. 5使蛋白質(zhì)凝聚 沉淀、分離、洗滌、中和，即得到植物純化蛋白；將純化植物蛋白和純化蛋白重量30倍的尿 素緩沖溶液加入反應釜中，在通氮氣的條件下于60°C攪拌30min，然后加入與純化植物蛋 白重量相當?shù)膸€基乙醇反應lh，使蛋白質(zhì)分子在溶液中充分伸展，再分別加入引發(fā)劑和接 枝單體，同時通入N2于60°C下反應3h后停止反應，用丙酮充分沉淀，離心分離所得固體經(jīng) 水洗至中性后真空干燥后得到的；所述的交聯(lián)劑選用順丁烯二酸酐，檸檬酸三丁酯、乙撐雙 硬脂酸酰胺、六方氮化硼中的一種或兩種以上的任意組合；所述的增塑劑選用丙三醇，聚乙 二醇，鄰苯二甲酸二丁酯，己二酸二丁酯中的一種或兩種以上的任意組合。其詳細制備步驟是第一步，配料按重量比配比取熱塑性葡甘聚糖1 99，熱塑性植物蛋白1 99， 交聯(lián)劑0 10，增塑劑0 10，在高速混合機中攪拌混勻5 20min。第二步，干燥將混合均勻的共混物在溫度30 60°C干燥8 12小時。第三步，共混造粒將干燥好的共混料在雙螺桿擠出機中于100 140°C熔融共混 5 lOmin，在110 150°C、0. 1 IMPa下擠出造粒，制備成熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共 混材料。3、有益效果葡甘聚糖和植物蛋白作為一種可再生天然資源，來源充足以及可生物 降解。對其進行共混改性，可得到以植物蛋白為骨架的熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混新 材料。作為可再生資源，它的共混改性和利用一方面可節(jié)省大量石油資源，另一方面可以緩 解大量非降解合成高分子材料廢棄物造成的環(huán)境污染，熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材 料廢棄后可以在自然環(huán)境中實現(xiàn)生物量的循環(huán)。熱塑性葡甘聚糖和熱塑性植物蛋白共混改 性，兩者相容性很好，能夠達到熱力學相容狀態(tài)，避免產(chǎn)品的相分離現(xiàn)象，提高了改性產(chǎn)品 性能的穩(wěn)定性。熱塑性葡甘聚糖和熱塑性植物蛋白共混改性，使其加工流變特性與聚乙烯 相似，便于使用常規(guī)設備進行工業(yè)化生產(chǎn)。熱塑性葡甘聚糖與熱塑性植物蛋白共混改性產(chǎn) 品，綜合力學性能優(yōu)良，其制品使用后完全降解且環(huán)境友好，可廣泛地用于化工、農(nóng)地膜、機 電、建筑材料、包裝和環(huán)保等生產(chǎn)加工領域。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，其中所述原料份數(shù)除特殊說明外， 均為重量份數(shù)。實施例1 按重量比取熱塑性葡甘聚糖1份、熱塑性植物蛋白99份，順丁烯二酸酐 1份在高速混合機中攪拌5分鐘，在溫度30°C干燥12小時，控溫于100°C將共混料在雙螺桿 擠塑機中熔融共混5min，在110°C、IMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性葡甘聚糖/植物蛋 白共混材料。實施例2 按重量比取熱塑性葡甘聚糖99份、熱塑性植物蛋白1份，鄰苯二甲酸二 丁酯10份在高速混合機中攪拌20分鐘，在溫度60°C干燥8小時，控溫于140°C將共混料在 雙螺桿擠塑機中熔融共混lOmin，在150°C、0. IMPa下造粒得到完全生物降解熱塑性葡甘聚 糖/植物蛋白共混材料。實施例3 按重量比取熱塑性葡甘聚糖10份、熱塑性植物蛋白90份，檸檬酸三丁 酯3份和丙三醇3份、聚乙二醇7份在高速混合機中攪拌8分鐘，在溫度40°C干燥10小時， 控溫于110°C將熔融共混料在雙螺桿擠塑機中共混6min，在120°C、0. 7MPa下造粒得到完全 生物降解熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料。實施例4 按重量比取熱塑性葡甘聚糖30份、熱塑性植物蛋白70份，乙撐雙硬脂 酸酰胺5份和己二酸二丁酯3份在高速混合機中攪拌10分鐘，在溫度45°C干燥12小時，控 溫于120°C將共混料在雙螺桿擠塑機中熔融共混7min，在130°C、0. 5MPa下造粒得到完全生 物降解熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料。實施例5 按重量比取熱塑性葡甘聚糖50份、熱塑性植物蛋白50份，六方氮化硼 7份和聚乙二醇5份在高速混合機中攪拌15分鐘，在溫度35°C干燥12小時，控溫于130°C 將共混料在雙螺桿擠塑機中熔融共混8min，在140°C、0. 3MPa下造粒得到完全生物降解熱 塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料。實施例6 按重量比取熱塑性葡甘聚糖70份、熱塑性植物蛋白30份，檸檬酸三丁 酯5份、乙撐雙硬脂酸酰胺5份和丙三醇7份在高速混合機中攪拌12分鐘，在溫度50°C干 燥8小時，控溫于140°C將共混料在雙螺桿擠塑機中熔融共混9min，在150°C、0. 2MPa下造 粒得到完全生物降解熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料。
權(quán)利要求
一種熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料及其制備方法，它的各組分的重量份配比為熱塑性葡甘聚糖1～99，熱塑性植物蛋白1～99，交聯(lián)劑0～10，增塑劑0～10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料，其特征是，所述的熱塑性 葡甘聚糖，是按重量份配比將純化葡甘聚糖100份，溶脹于pHIO的50%的葡甘聚糖乙醇水 溶液500份中，控溫50°C進行脫乙?；?0小時，過濾、洗滌至中性，在50°C干燥12小時，再 溶脹于500份水中，控溫50°C，加入過硫酸鉀2份和丙烯酸甲酯1 5引發(fā)劑100份單體， 接枝共聚反應4小時，過濾清洗，在50°C下干燥12 小時二得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料，其特征是，所述的熱塑性 植物蛋白是將去雜后的大豆粕、花生粕、油菜籽粕、棉籽粕、葵花籽粕、茶籽粕、米糠、麩皮中 一種或幾種植物蛋白原料粉碎，加入植物蛋白重量10倍的pH8. 0的NaOH溶液，在50°C下處 理lh，過濾、離心、除去不溶性雜質(zhì)，濾液用硫酸調(diào)pH至4. 5使蛋白質(zhì)凝聚沉淀、分離、洗滌、 中和，即得到植物純化蛋白；將純化植物蛋白和純化植物蛋白重量30倍的尿素緩沖溶液加 入反應釜中，在通氮氣的條件下于60°C攪拌30min，然后加入與純化植物蛋白重量相當?shù)?巰基乙醇反應lh，使蛋白質(zhì)分子在溶液中充分伸展，再分別加入引發(fā)劑和接枝單體，同時通 入N2于60°C下反應3h后停止反應，用丙酮充分沉淀，離心分離所得固體經(jīng)水洗至中性后真 空干燥而得到的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料，其特征是，所述的交聯(lián) 劑為順丁烯二酸酐，檸檬酸三丁酯、乙撐雙硬脂酸酰胺、六方氮化硼中的一種或兩種以上的任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料，其特征是，所述的增 塑劑為丙三醇，聚乙二醇，鄰苯二甲酸二丁酯，己二酸二丁酯中的一種或兩種以上的任意組 合。
6、制備權(quán)利要求1所述的熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料的方法，其步驟是第一步，配料按重量比配比取熱塑性葡甘聚糖1 99，熱塑性植物蛋白1 99，交聯(lián) 劑0 10，增塑劑0 10，在高速混合機中攪拌混勻5 20min ；第二步，干燥將混合均勻的共混物在溫度30 60°C干燥8 12小時；第三步，共混造粒將干燥好的共混料在雙螺桿擠出機中于100 140°C熔融共混5 lOmin，在110 150°C、0. 1 IMPa下擠出造粒而得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱塑性葡甘聚糖/植物蛋白共混材料及其制備方法。它得各組分重量份配比為熱塑性葡甘聚糖1～99，熱塑性植物蛋白1～99，交聯(lián)劑0～10，增塑劑0～10。其制備方法是將原料在高速混合機中攪拌5～20分鐘，在溫度30～60℃干燥8～12小時，控溫于100～140℃將共混料在雙螺桿擠塑機中熔融共混5～10min，在110～150℃、0.1～1MPa下造粒而得。本發(fā)明產(chǎn)品加工性能良好，在擠塑、吹塑、注塑和發(fā)泡過程中具有優(yōu)良的熱塑加工特性和力學性能，其制品使用后完全降解且環(huán)境友好，可廣泛地用于化工、農(nóng)地膜、機電、建筑材料、包裝和環(huán)保等生產(chǎn)加工領域。
文檔編號C08L5/02GK101851357SQ20091005875
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者徐東, 羅學剛 申請人:西南科技大學