專利名稱：谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前世界塑料總產(chǎn)量超過1.7億噸，已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門以及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著石油資源的日益緊缺以及合成高分子材料所造成的環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，以可再生、可降解植物資源作為化工原料制備環(huán)境友好的生物降解塑料或可食性包裝膜材料，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界受到高度重視，已成為高分子材料科學(xué)與加工工程的前沿領(lǐng)域之一。小麥儲(chǔ)藏蛋白含有40～50％的醇溶蛋白與35～45％的谷蛋白，具有優(yōu)良的成膜與可塑性加工特性。小麥儲(chǔ)藏蛋白的工業(yè)品為谷朊粉(蛋白質(zhì)含量70～85％)，全球產(chǎn)量約50萬(wàn)噸/年，平均價(jià)格8.4萬(wàn)元/噸，生物降解塑料與新復(fù)合材料方面極具發(fā)展?jié)摿Α?br> 谷物蛋白質(zhì)是淀粉工業(yè)的副產(chǎn)品，目前主要用作飼料添加劑，部分用于食品改良劑或生產(chǎn)風(fēng)味肽、氨基酸。采用谷物蛋白質(zhì)制備可降解塑料是提高其附加值、緩解白色污染的有效途徑之一。谷物蛋白質(zhì)塑料的力學(xué)性能較差，需經(jīng)紫外輻照、γ-射線輻照、酶處理或化學(xué)交聯(lián)等來(lái)提高材料的剛性、耐熱性與耐水性。納米粒子填充改性是提高蛋白質(zhì)材料力學(xué)性能的另一途徑。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610018534.2“大豆蛋白納米復(fù)合塑料及其制備方法”公開了采用納米二氧化硅與大豆蛋白復(fù)合，提高大豆蛋白塑料力學(xué)性能的方法，將大豆蛋白與二氧化硅分散于水中，冷凍干燥后在密煉機(jī)中與甘油混合，然后模壓成型。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610018518.3“大豆蛋白質(zhì)/氫氧化鋁納米復(fù)合材料及其制備方法和用途”公開了采用納米氫氧化鋁提高大豆蛋白質(zhì)材料強(qiáng)度與剛性的方法，將大豆蛋白質(zhì)分散于氯化鋁水溶液中，采用氨水與氯化鋁反應(yīng)形成凝膠狀復(fù)合物，經(jīng)干燥后得到可擠出加工的大豆蛋白質(zhì)/氫氧化鋁納米復(fù)合物。然而，小麥蛋白質(zhì)含有粘性醇溶蛋白與巨大分子量的谷蛋白，一旦水化即形成高粘性的膠團(tuán)狀物，即使在濃度較低的情況下也很難形成穩(wěn)定的蛋白質(zhì)懸浮液。因而，采用懸液法制備谷類蛋白質(zhì)納米復(fù)合材料時(shí)，難以保證納米粒子在復(fù)合材料中的均勻分散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料及其制備方法。
谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料的組成為谷朊粉100重量份、納米二氧化硅粒子2～20重量份、甘油5～43重量份。
谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料的制備方法在攪拌條件下，首先將正硅酸乙酯加入到重量百分比濃度為5～10％的谷朊粉和重量百分比濃度為10～20％的氨的水溶液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為30～60℃，反應(yīng)時(shí)間為1～3h，正硅酸乙酯重量為谷朊粉重量的7～69％，然后加入甘油，甘油重量為谷朊粉重量的5～43％，澆注于塑料板上，在30～60℃溫度下干燥3～5天，在80～140℃溫度下熱壓10～30min，得谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)以谷朊粉的氨水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，使正硅酸乙酯在氨水的催化下水解而生成納米二氧化硅粒子，由于二氧化硅粒子表面的羥基呈負(fù)電荷或弱酸性，與蛋白質(zhì)胺基間存在靜電或氫鍵相互作用，可將蛋白質(zhì)分子吸附到二氧化硅粒子表面，有效抑制了二氧化硅粒子的團(tuán)聚；2)正硅酸乙酯水解副產(chǎn)物是乙醇，乙醇與水可在30～60℃干燥而揮發(fā)，無(wú)需特別除去。
具體實(shí)施例方式
谷朊粉也稱活性小麥面筋，是以小麥面粉為原料深加工提取的一種天然植物蛋白質(zhì)。合適的谷朊粉可以從蛋白質(zhì)含量≥75％(干基)的商業(yè)產(chǎn)品中選擇，如可從上海旺味食品有限公司購(gòu)買谷朊粉。
本發(fā)明采用氨水溶解谷類蛋白質(zhì)，配制高濃度的蛋白質(zhì)溶液；以谷朊粉溶液為反應(yīng)介質(zhì)，滴加正硅酸乙酯乙醇溶液，原位水解制備納米級(jí)納米二氧化硅粒子，并生成乙醇副產(chǎn)物。乙醇與水可在30～60℃干燥除去，將溶液澆注在塑料板上的目的是加速乙醇與水的揮發(fā)。甘油可直接加入溶液中?？梢詫⒏稍锖蟮哪ぶ苯幽撼尚?，獲得薄膜狀的谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料；也可以將干燥后的膜剪碎，置于模具中壓制成不同形狀的制品。
以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例11)稱取10g谷朊粉加入90g濃度為10％的氨水中，配成蛋白質(zhì)濃度為10％的溶液；2)稱取10g正硅酸乙酯加入90g無(wú)水乙醇中，配成正硅酸乙酯濃度為10％的溶液；
3)在攪拌條件下，將7g步驟2)所得正硅酸乙酯溶液加入步驟1)所得谷朊粉溶液中，在60℃反應(yīng)1h，加入4.3g甘油，將溶液澆注于聚苯乙烯板上在60℃干燥3天，得谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合物；4)將步驟3)所得膜剪碎，置于GB/T1040-92塑料拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)模具中，采用平板硫化機(jī)在140℃與5MPa壓力下熱壓10min，冷卻、脫模后獲得谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料。
實(shí)施例2～5濃度為10％的正硅酸乙酯乙醇溶液的用量分別為14g、21g、28g、35g，其余條件同實(shí)施例1。
實(shí)施例61)稱取10g谷朊粉加入90g濃度為20％的氨水中，配成蛋白質(zhì)濃度為5％的溶液；2)稱取6.9g正硅酸乙酯加入27.6g無(wú)水乙醇中，配成正硅酸乙酯濃度為20％的溶液；3)在攪拌條件下，將步驟2)所得正硅酸乙酯溶液加入步驟1)所得谷朊粉溶液中，滴加完畢后在30℃反應(yīng)3h，加入0.5g甘油，將溶液澆注于聚乙烯板上在30℃干燥5天，得谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合物；4)將步驟3)所得膜剪碎采用平板硫化機(jī)在80℃與5MPa壓力下熱壓30min，冷卻后獲得谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料。
對(duì)比實(shí)施例1采用7g乙醇代替7g正硅酸乙酯溶液，其余條件同實(shí)施例1。
下表給出對(duì)比實(shí)施例1與實(shí)施例1～5所得獲得谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料在相對(duì)濕度75％時(shí)的吸水率與力學(xué)性能。
表1 相對(duì)濕度75％時(shí)谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料的吸水率與力學(xué)性能

本發(fā)明提供了一種谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明所涉及的主要原料谷朊粉屬于可再生農(nóng)業(yè)資源，為小麥淀粉工業(yè)加工副產(chǎn)品，價(jià)格低廉；本發(fā)明所涉及的谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料的制備方法與工藝流程簡(jiǎn)單，易于推廣實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料，其特征在于，它的組成為谷朊粉100重量份、納米二氧化硅粒子2～20重量份、甘油5～43重量份。
2.一種如權(quán)利要求1所述的谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在攪拌條件下，首先將正硅酸乙酯加入到重量百分比濃度為5～10％的谷朊粉和重量百分比濃度為10～20％的氨的水溶液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為30～60℃，反應(yīng)時(shí)間為1～3h，正硅酸乙酯重量為谷朊粉重量的7～69％，然后加入甘油，甘油重量為谷朊粉重量的5～43％，澆注于塑料板上，在30～60℃溫度下干燥3～5天，在80～140℃溫度下熱壓10～30min，得谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料及其制備方法。谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料，其特征在于，它包含谷朊粉100重量份、納米二氧化硅粒子2～20重量份、甘油5～43重量份。其制備方法是，以谷朊粉的氨水溶液為介質(zhì)，加正硅酸乙酯，水解生成納米二氧化硅粒子，加入甘油增塑劑，干燥后模壓成型，獲得谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料。本發(fā)明所涉及的主要原料谷朊粉屬于可再生農(nóng)業(yè)資源，為小麥淀粉工業(yè)加工副產(chǎn)品，來(lái)源廣泛。本發(fā)明所涉及的谷朊粉/納米二氧化硅原位復(fù)合材料的制備方法與工藝流程簡(jiǎn)單，制備過程不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，易于推廣實(shí)施，在可降解蛋白質(zhì)塑料及其復(fù)合材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08K5/053GK101092512SQ20071007011
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者宋義虎, 鄭強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)