專利名稱：：谷類蛋白質/水滑石納米復合材料及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種谷類蛋白質/水滑石納米復合材料及其制備方法。技術背景當前世界塑料總產量超過1.7億噸，已滲透到國民經(jīng)濟各部門以及人民生活的各個領域。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)境污染的日益嚴重，以可再生、可降解植物資源作為化工原料，越來越受到高度重視，成為高分子材料科學與加工工程的前沿領域之一。谷物蛋白質是淀粉工業(yè)的副產品，目前主要用作飼料添加劑，部分用于食品改良劑或生產風味肽、氨基酸。采用谷物蛋白質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。谷物蛋白質塑料的力學性能較差，需經(jīng)紫外輻照、y-射線輻照、酶處理或化學交聯(lián)等來提高材料的剛性、耐熱性與耐水性。中國專利申請?zhí)?00610018518.3"大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復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材料強度與剛性的方法，將大豆蛋白質分散于氯化鋁水溶液中，采用氨水與氯化鋁反應形成凝膠狀復合物，經(jīng)干燥后得到可擠出加工的大豆蛋白質/氫氧化鋁納米復合物。中國專利申請?zhí)?00610018519.8"—種大豆蛋白質/蒙脫土納米復合材料及其制備方法和用途"公開了采用納米蒙脫土提高大豆蛋白質材料強度、剛性與耐熱性的方法，將大豆蛋白質的水懸浮液與蒙脫土的水懸浮液混合、離心、洗滌、干燥而獲得大豆蛋白質/蒙脫土納米復合物。然而，谷類蛋白質如小麥蛋白質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團狀物，即使在濃度較低的情況下也很難形成懸浮液。因而，采用懸液法制備谷類蛋白質納米復合材料時，很難保證納米粒子在復合物中的均勻分散。Olabarrieta等采用谷朊粉的乙醇/水溶液與蒙脫土的乙醇懸浮液相混合的方法制備谷朊粉/蒙脫土復合膜(OlabarrietaI，GallstedtM,IspizuaI,SarasuaJ-R,HedenqvistMS，Propertiesofagedmontmorillonite國wheatglutencompositefilms.JournalofAgricultureandFoodChemistry,2006，54,1283-1288)，發(fā)現(xiàn)蒙脫土可大幅度提高小麥蛋白質的濕氣阻隔性能。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種谷類蛋白質/水滑石納米復合材料及其制備方法。谷類蛋白質/水滑石納米復合材料的組成為谷類蛋白質100重量份、層狀納米水滑石520重量份、增塑劑10~40重量份、硬脂酸1~10重量份。谷類蛋白質/水滑石納米復合材料的制備方法首先將谷類蛋白質加入到重量百分比濃度為10~25%的氨水中，配成量百分比濃度為5~20%的谷類蛋白質溶液，然后加入層狀納米水滑石，層狀納米水滑石重量為谷類蛋白質重量的5~20%，再加入硬脂酸，硬脂酸重量為谷類蛋白質重量的1~10%，超聲分散l~3h，調pH至57，離心分離除去水分，去離子水洗35次，最后加入增塑劑，增塑劑重量為谷類蛋白質重量的1040%，混合均勻，在50~80°C溫度下干燥，在100140。C溫度下熱壓1030min，獲得谷類蛋白質/水滑石納米復合材料制品。所述的谷類蛋白質為谷朊粉、大米蛋白粉、小麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。增塑劑為甘油或三乙醇胺。本發(fā)明的優(yōu)點是1)采用谷類蛋白質的氨溶液直接分散水滑石，蛋白質分子鏈上的胺基、羧基等與水滑石活性基團通過氫鍵而相互作用，對水滑石懸浮液具有穩(wěn)定作用，可有效抑制水滑石粒子的團聚；2)在強堿性條件下，硬脂酸可對水滑石進行疏水改性，并促進蛋白質分子在水滑石層間的插層改性；3)谷類蛋白質/水滑石納米復合材料具有優(yōu)異的成型加工性能，可采用模壓法制備交聯(lián)制品。具體實施方式谷類蛋白質/納米粒子原位復合物的制備是本發(fā)明的關鍵。本發(fā)明首次采用堿溶液來溶解谷類蛋白質，配制高濃度的蛋白質溶液，依次加入適量的層狀納米水滑石滴、硬脂酸，超聲分散l-3h獲得高度穩(wěn)定的懸浮體系。調pH值5-7后，蛋白質發(fā)生沉淀。采用離心分離法除去水分，去離子水洗3~5次，然后加入適量的增塑劑，混合均勻后在50~80°C條件下干燥，即得到谷類蛋白質/水滑石納米復合材料。上述谷類蛋白質/納米粒子原位復合物可采用常規(guī)的平板硫化機直接模壓成型，模壓溫度以100~140°C為宜。在該溫度范圍內，蛋白質分子通過分子間二硫鍵而形成網(wǎng)絡結構。本發(fā)明所采用的制備工藝并不改變谷類蛋白質的分子結構，所獲得的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料是通過蛋白質分子間二硫鍵實施交聯(lián)的。在自然條件下，這些二硫鍵可以斷裂，蛋白質分子能夠水解為氨基酸。因而，所獲得的谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料可完全降解，而其殘余物水滑石對環(huán)境完全無害。以下結合具體實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1:稱取10g谷朊粉加入190g濃度為10%的氨水中，配成蛋白質濃度為5%的溶液，加入0.5g水滑石、O.lg硬脂酸，超聲分散lh，用10。/。鹽酸調pH至5，離心分離除去水分，去離子水洗3次，然后加入lg甘油，攪拌均勻后在50。C干燥48h除去水分，置于GB/T1040-92塑料拉伸性能測試標準模具中，在140°C熱壓10min，獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料制品。實施例25:水滑石用量分別為lg、1.5g、2g，其余條件同實施例l。實施例6:稱取10g大米蛋白粉加入40g濃度為25%的氨水中，配成蛋白質濃度為20%的溶液，加入2g水滑石、lg硬脂酸，超聲分散3h，用10。/。鹽酸調pH至7，離心分離除去水分，去離子水洗5次，加入4g三乙醇胺，攪拌均勻后在80。C干燥48h除去水分，置于GB/T1040-92塑料拉伸性能測試標準模具中，在100°C熱壓30min，獲得谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料制品。實施例710:分別以小麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白、或高粱醇溶蛋白代替大米蛋白粉，其余條件同實施例6。對比實施例l:除加水滑石外，其余條件同實施例l。表1比較了實施例1~5、對比實施例1所獲樣品的彈性模量、拉伸強度與斷裂伸長率。實驗參照GB/T1040-92標準，采用CMT-4204萬能試驗機(深圳新三思材料檢測有限公司)在室溫與10mmmin-1速度下進行，取3個樣品測試結果的平均值。表1谷類蛋白質/水滑石納米復合材料的力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本發(fā)明提供了一種谷類蛋白質/水滑石納米復合材料及其制備方法。本發(fā)明所涉及的主要原料谷類蛋白質屬于可再生農業(yè)資源，來源廣泛；本發(fā)明所涉及的谷類蛋白質/水滑石納米復合材料的制備方法與工藝流程簡單，生產成本低廉，易于推廣實施?；诒景l(fā)明制得的谷類蛋白質/水滑石納米具有優(yōu)異的力學，且蛋白質在自然條件下能夠完全降解，其殘留物水滑石對環(huán)境無害。權利要求1.一種谷類蛋白質/水滑石納米復合材料，其特征在于，它的組成為谷類蛋白質100重量份、層狀納米水滑石5～20重量份、增塑劑10～40重量份、硬脂酸1～10重量份。2.根據(jù)權利要求l所述的谷類蛋白質/水滑石納米復合材料，其特征在于，所述的谷類蛋白質為谷朊粉、大米蛋白粉、小麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。3.根據(jù)權利要求l所述的谷類蛋白質/水滑石納米復合材料，其特征在于，所述的增塑劑為甘油或三乙醇胺。4.一種如權利要求1所述的谷類蛋白質/水滑石納米復合材料的制備方法，其特征在于，首先將谷類蛋白質加入到重量百分比濃度為1025%的氨水中，配成量百分比濃度為5~20%的谷類蛋白質溶液，然后加入層狀納米水滑石，層狀納米水滑石重量為谷類蛋白質重量的5~20%，再加入硬脂酸，硬脂酸重量為谷類蛋白質重量的110%，超聲分散13h，調pH至5~7，離心分離除去水分，去離子水洗35次，最后加入增塑劑，增塑劑重量為谷類蛋白質重量的10~40%，混合均勻，在5080。C溫度下干燥，在100140。C溫度下熱壓1030min,獲得谷類蛋白質/水滑石納米復合材料制品。5.根據(jù)權利要求4所述的谷類蛋白質冰滑石納米復合材料的制備方法，其特征在于，所述的谷類蛋白質為谷朊粉、大米蛋白粉、小麥醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。6.根據(jù)權利要求4所述的谷類蛋白質/水滑石納米復合材料的制備方法，其特征在于，所述的增塑劑為甘油或三乙醇胺。全文摘要本發(fā)明公開了谷類蛋白質/水滑石納米復合材料及其制備方法。谷類蛋白質/水滑石納米復合材料包含谷類蛋白質100重量份、層狀納米水滑石5～20重量份、增塑劑10～40重量份、硬脂酸1～10重量份。其制備方法是，在谷類蛋白質的堿性水溶液中添加水滑石、硬脂酸制備懸浮液，在pH＝5～7條件下離心分離除去水分，然后加入增塑劑，干燥后得到谷類蛋白質/水滑石納米復合物，采用模壓法制備具有優(yōu)異力學性能的復合材料。本發(fā)明所涉及的主要原料谷類蛋白質屬于可再生農業(yè)資源，來源廣泛；本發(fā)明所涉及谷類蛋白質/納米粒子原位復合材料的制備方法與工藝流程簡單，生產成本低廉，易于推廣實施。文檔編號C08K5/09GK101117442SQ20071007012公開日2008年2月6日申請日期2007年7月20日優(yōu)先權日2007年7月20日發(fā)明者宋義虎,強鄭申請人:浙江大學