一種高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜材料及其制備方法
【專利摘要】一種高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜材料及其制備方法，包括玉米醇溶蛋白、水、乙醇、復(fù)合增塑劑組成；其中復(fù)合增塑劑是由甘油、聚乙二醇-400和單硬脂酸甘油酯混合而成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：玉米醇溶蛋白膜經(jīng)過(guò)適量的甘油和聚乙二醇-400的塑化，極大提高了膜材料的柔韌性；適量的甘油和聚乙二醇-400可以使塑料的斷裂延伸率得到提高，低甘油含量和適當(dāng)?shù)膯胃手岣吡四さ淖铦裥裕赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)乙醇濃度以及甘油、聚乙二醇-400和單硬脂酸甘油酯的添加量制得阻油性不同的材料；其制備工藝采用水浴加熱方法，工藝簡(jiǎn)單，易于操作；再者本發(fā)明是由玉米醇溶蛋白和混合增塑劑在流延蒸發(fā)條件下形成的，廢棄后能被自然界中的微生物分解成二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，綠色環(huán)保；同時(shí)，原材料來(lái)源于玉米加工副產(chǎn)物，成本低廉，還可避免浪費(fèi)。
【專利說(shuō)明】一種高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天然高分子材料領(lǐng)域，涉及玉米醇溶蛋白生物降解材料，特別是一種 可降解玉米醇溶蛋白膜材料及其制備方法，也屬于環(huán)境科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 合成高分子材料給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，可再生的環(huán)境友好材料越來(lái)越引人注 目?；诳稍偕奶烊桓叻肿幽げ牧铣蔀榻陙?lái)研究的熱點(diǎn)，蛋白質(zhì)是目前實(shí)際研究和應(yīng) 用較多的天然高分子之一，故而玉米醇溶蛋白生物降解膜材料成為新型環(huán)境友好型材料的 研究熱點(diǎn)之一。
[0003] 玉米醇溶蛋白屬于天然高分子，其具有來(lái)源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)以玉米 醇溶蛋白為原料的可生物降解材料的研究與開(kāi)發(fā)主要集中在將蛋白液涂布在固體食品表 面制成可食性涂膜保鮮材料，以及對(duì)蛋白質(zhì)的成膜條件的探究。但是由于玉米醇溶蛋白本 身的特點(diǎn)以及增塑劑的作用，玉米醇溶蛋白膜材料具有脆性大、耐濕性差、穩(wěn)定性差、膜厚 度不均勻等缺點(diǎn)，因此實(shí)際應(yīng)用受到限制。為了解決這些問(wèn)題，通常采用增塑、交聯(lián)等改性 方法，但是相比于石油基塑料薄膜，性能的改善仍然有限，膜厚度均勻性差以及儲(chǔ)藏過(guò)程中 甘油極易析出的問(wèn)題仍然沒(méi)有改觀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供了一種高阻濕性可降解玉米醇溶蛋 白膜材料及其制備方法，通過(guò)對(duì)玉米醇溶蛋白使用甘油、聚乙二醇-400和單硬脂酸甘油酯 等進(jìn)行共混改性，使得制備出的可生物降解材料具有較好的機(jī)械性能、阻濕性能及儲(chǔ)藏穩(wěn) 定性，混合增塑劑的嚴(yán)格配比有效抑制儲(chǔ)藏過(guò)程中甘油析出的現(xiàn)象。采用流延蒸發(fā)的成膜 方法以及沿壁緩慢傾注使得膜材料的厚度均勻且膜的表觀性能更佳。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜材料的制備方法，其特征在于，上述制備方 法包括以下工藝步驟：
[0007] (1)取一定量的玉米醇溶蛋白溶于70%-90%的乙醇溶液，固液重量比為1 : 10， 邊加料邊攪拌，攪拌速率在720r/min以上，加料速率緩慢，至少利用5min加完全部蛋白 粉；
[0008] (2)向步驟（1)中完全溶解的蛋白質(zhì)溶液中添加一定量的混合增塑劑，快速攪拌 20分鐘，攪拌速率在720r/min以上，攪拌過(guò)程在密閉環(huán)境中進(jìn)行；
[0009] (3)將步驟⑵中得到的混合液，在80°C加熱條件下攪拌15分鐘，攪拌速率小于 300r/min，攪拌過(guò)程在密閉環(huán)境中進(jìn)行。然后進(jìn)行真空析氣，真空度0. 02-0. IMPa ;
[0010] (4)移取一定量步驟（3)中制得的混合成膜液置于聚丙烯材質(zhì)的托盤(pán)中，在此過(guò) 程中將蛋白液沿托盤(pán)壁緩慢傾入，防止濺起液滴以及空氣混入。之后緩慢均勻晃動(dòng)托盤(pán)以 致蛋白液在托盤(pán)中分布均勻，并將托盤(pán)浮于水平面上。在70-90°C成膜溫度下水浴加熱2-3 小時(shí)，取出托盤(pán)在室溫下將固體膜揭下，即得高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜材料。
[0011] 優(yōu)選地，步驟（2)中，所使用的混合增塑劑為甘油、聚乙二醇-400和單硬脂酸甘油 酯的混合物，所使用的玉米醇溶蛋白和混合增塑劑的重量份分別為：玉米醇溶蛋白100重 量份、混合增塑劑30-60重量份。通過(guò)復(fù)合增塑劑的共混改性，可有提高膜材料的斷裂延伸 率，提高塑料的延展性。其中玉米醇溶蛋白經(jīng)過(guò)復(fù)合增塑劑塑化后蛋白質(zhì)分子之間的相互 作用減弱，蛋白質(zhì)聚合而成的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)被破壞，此外小分子的增塑劑在蛋白質(zhì)聚合分 子鏈的周?chē)揽繗滏I或者次級(jí)作用力起到稀釋和潤(rùn)滑的作用。
[0012] 優(yōu)選地，步驟（2)中，所使用的混合增塑劑中甘油、聚乙二醇-400和單硬脂酸甘油 酯的混合物可以以任意比例復(fù)配，但是甘油在混合增塑劑中所占重量比例小于2/5。不同 的配比所得最終膜產(chǎn)品的阻油性和機(jī)械性能穩(wěn)定性不同。甘油具有良好的水合性質(zhì)，可以 提高蛋白膜的柔韌性和延展性，但是含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致膜的穩(wěn)定性變差、阻濕性變差。聚乙二 醇-400能夠與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠同蛋白質(zhì)分子形成次 級(jí)相互作用，具有良好的增塑作用，提高膜的韌性。單硬脂酸甘油酯可以起到增塑作用，且 極性較小，親水作用差，可以提高蛋白膜的阻濕性。
[0013] 優(yōu)選地，步驟（2)中，步驟（1)中的溶劑乙醇和水可循環(huán)使用。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了應(yīng)用上述制備方法制得的高阻濕性可降解玉 米醇溶蛋白膜材料，包括玉米醇溶蛋白、乙醇、水、混合增塑劑，各成分重量分配比如下：玉 米醇溶蛋白100份、水5-30份、復(fù)合增塑劑30-60份；其中復(fù)合增塑劑是由甘油、聚乙二 醇-400、單硬脂酸甘油酯以任意比例混合組成，甘油占復(fù)合增塑劑重量比例小于2/5。
[0015] 本發(fā)明的一種高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜材料及其制備方法相比現(xiàn)有技術(shù) 具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0016] (1)本發(fā)明研制的玉米醇溶蛋白膜，膜材料經(jīng)過(guò)適量甘油、聚乙二醇-400和單硬 脂酸甘油酯的共混改性，極大提高了膜材料的柔韌性和阻濕性，使用三種性質(zhì)不同的增塑 劑復(fù)配，且嚴(yán)格控制甘油的重量比，提高了蛋白膜的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，具有實(shí)用性；
[0017] (2)本發(fā)明研制的玉米醇溶蛋白膜，采用適當(dāng)且適量的增塑劑可同時(shí)使膜材料的 力學(xué)性能和阻濕性都得到改善。流延蒸發(fā)成膜以及沿壁緩慢傾注可提高蛋白膜厚度的均勻 性、改善膜的表觀性能，具有創(chuàng)新性；
[0018] (3)本發(fā)明研制的高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜材料，其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易于操 作；
[0019] (4)玉米醇溶蛋白是一種天然可再生資源，與日趨減少的石油資源相比有著取之 不盡用之不竭的優(yōu)點(diǎn)。
[0020] (5)玉米醇溶蛋白來(lái)源于玉米黃粉這一糧食加工副產(chǎn)物，高阻濕性可降解玉米醇 溶蛋白膜材料的生產(chǎn)是植物蛋白資源綜合利用的成果，減少了資源浪費(fèi)，增加了膜材料的 多樣性，完善了玉米加工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)了玉米加工產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi) 容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 100kg的玉米醇溶蛋白分散于1000kg的75%的乙醇溶液中，機(jī)械攪拌使玉米醇溶 蛋白充分溶解后，加入l〇kg甘油、10kg聚乙二醇-400和10kg單硬脂酸甘油酯，快速攪拌 20分鐘后，再在80°C加熱條件下勻速攪拌15分鐘，然后將蛋白液在真空環(huán)境中析氣10分 鐘，真空度〇.〇9MPa。將蛋白液傾注于托盤(pán)中水浴加熱成膜，2小時(shí)后揭下固體膜材料。制 得的膜材料力學(xué)性能和阻隔性能見(jiàn)表1。
[0024] 實(shí)施例2
[0025] 100kg的玉米醇溶蛋白分散于1000kg的75%的乙醇溶液中，機(jī)械攪拌使玉米醇溶 蛋白充分溶解后，加入l〇kg甘油、15kg聚乙二醇-400和20kg單硬脂酸甘油酯，快速攪拌 20分鐘后，再在80°C加熱條件下勻速攪拌15分鐘，然后將蛋白液在真空環(huán)境中析氣10分 鐘，真空度〇.〇9MPa。將蛋白液傾注于托盤(pán)中水浴加熱成膜，2小時(shí)后揭下固體膜材料。制 得的膜材料力學(xué)性能和阻濕性能見(jiàn)表1。
[0026] 實(shí)施例3
[0027] 100kg的玉米醇溶蛋白分散于1000kg的75%的乙醇溶液中，機(jī)械攪拌使玉米醇溶 蛋白充分溶解后，加入l〇kg甘油、20kg聚乙二醇-400和30kg單硬脂酸甘油酯，快速攪拌 20分鐘后，再在80°C加熱條件下勻速攪拌15分鐘，然后將蛋白液在真空環(huán)境中析氣10分 鐘，真空度〇.〇9MPa。將蛋白液傾注于托盤(pán)中水浴加熱成膜，2小時(shí)后揭下固體膜材料。制 得的膜材料力學(xué)性能和阻濕性能見(jiàn)表1。
[0028] 比較例
[0029] 取100kg的玉米醇溶蛋白分散于1000kg的75%的乙醇溶液中，機(jī)械攪拌20分鐘 后，再在80°C加熱條件下勻速攪拌15分鐘，然后將蛋白液在真空環(huán)境中析氣10分鐘，真空 度0. 09MPa。將蛋白液傾注于托盤(pán)中水浴加熱成膜，2小時(shí)后揭下固體膜材料。制得的膜材 料力學(xué)性能和阻濕性能見(jiàn)表1。
[0030] 上述實(shí)施例中的玉米醇溶蛋白為市售產(chǎn)品，水為蒸餾水，其余化學(xué)試劑均為分析 純。
[0031] 表1可降解玉米醇溶蛋白膜材料的性能對(duì)比
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜材料的制備方法，其特征在于，上述制備方法 包括以下工藝步驟： (1) 取100重量份的的玉米醇溶蛋白粉溶于70% -90%的乙醇溶液，固液重量比為 1 : 10,邊加料邊攪拌； (2) 向步驟⑴中完全溶解的蛋白溶液中添加30-60重量份的混合增塑劑，攪拌20分 鐘，攪拌轉(zhuǎn)速在720r/min以上；所述混合增塑劑為甘油、聚乙二醇-400和單硬脂酸甘油酯 的混合物，其中，甘油在混合增塑劑中所占重量比例小于2/5 ; (3) 將步驟（2)中得到的混合液，在80°C加熱條件下緩慢攪拌15分鐘，之后停止攪拌， 進(jìn)行真空析氣，真空度〇. 02-0. IMPa ; (4) 移取一定量步驟（3)中制得的混合成膜液置于聚丙烯材質(zhì)的托盤(pán)中，在此過(guò)程中 將蛋白液沿托盤(pán)壁緩慢傾入，防止濺起液滴以及空氣混入，之后緩慢均勻晃動(dòng)托盤(pán)以致蛋 白液在托盤(pán)中分布均勻，并將托盤(pán)浮于水平面上；在70-90°C成膜溫度下水浴加熱2-3小 時(shí)，取出托盤(pán)在室溫下將固體膜揭下，即得可降解玉米醇溶蛋白膜材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（2)中，所使用的混合增塑劑為 甘油、聚乙二醇-400和單硬脂酸甘油酯的混合物，所使用的玉米醇溶蛋白和混合增塑劑的 重量份分別為：玉米醇溶蛋白100重量份、混合增塑劑30-60重量份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（2) (3)中，所有的攪拌過(guò)程均 在密閉環(huán)境中進(jìn)行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：步驟⑵中，所使用的混合增塑 劑中甘油、聚乙二醇-400和單硬脂酸甘油酯的混合物可以以任意比例復(fù)配，但是甘油在混 合增塑劑中所占重量比例小于2/5。不同的配比所得最終膜產(chǎn)品的阻油性和機(jī)械性能穩(wěn)定 性不同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的制備方法，其特征在于：步驟（1)中的溶劑乙醇和水可循 環(huán)使用。
6. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的制備方法制備的高阻濕性可降解玉米醇溶蛋白膜 材料，其特征在于：上述可降解材料由玉米醇溶蛋白粉、乙醇、水、混合增塑劑組成，各成分 重量分配比如下：玉米醇溶蛋白粉100份、水5-30份、復(fù)合增塑劑30-60份；其中復(fù)合增塑 齊U是由甘油、聚乙二醇-400、單硬脂酸甘油酯以任意比例混合組成，但甘油在混合增塑劑中 所占重量比例小于2/5。
【文檔編號(hào)】C08K5/103GK104387604SQ201410712816
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】郭興鳳, 崔和平, 孫小紅, 鄭慧, 郭麗敏, 崔會(huì)娟 申請(qǐng)人:河南工業(yè)大學(xué)