[发明专利]一种改性大豆蛋白塑料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，也属于天然高分子领域，具体涉及一种改性大豆蛋白塑料及其制备方法和用途。

背景技术

自20世纪30年代出现高分子合成技术到60年代实现大规模生产，高分子材料(包括塑料等)虽然只有几十年的历史，但发展速度要远远超过其它传统材料。世界塑料年总产量现已超过1.7亿吨，用途渗透到国民经济各个领域，和钢铁、木材、水泥并列为四大支柱材料。但由于聚合物分子量大、内部结构稳定、成分复杂、抗侵蚀能力强，自然降解需200-600年，其对环境的污染是当前一大棘手的问题。

石油是目前材料工业，特别是塑料产业的主要原料，它是不可再生资源。由于制造传统塑料的石油资源日趋枯竭及石油基塑料带来的全球性环境污染问题，寻找可替代的对环境友好塑料原料、发展非石油基聚合物迫在眉睫，而天然可生物降解塑料正是解决这两方面问题的有效途径。

蛋白质是一类重要的大分子聚合物，将蛋白质作为可再生资源制备生物可降解的环境友好材料是一个新兴课题。在材料领域中正在研究与开发的蛋白质很多，大豆蛋白可生物降解塑料不仅其分解产物能回归自然被微生物再利用，而且大豆本身是每年都可以进行大量种植的再生资源，另外，还可以提高农业附加值，大豆分离蛋白成本低，来源丰富，应用潜力大，被誉为“生长着的黄金”。

大豆蛋白是包含多种氨基酸的复杂大分子，分子间和分子内有很强作用力，其材料具有刚硬、脆性，力学性能不高等缺点，另外，大豆分离蛋白不耐水，且温度高于140-150℃时，蛋白质易分解，引起塑料的力学强度降低，此外大豆分离蛋白流动性差、熔点高而难以加工。从高分子材料科学的角度看，蛋白质是无定形的或部分结晶的玻璃态或高弹态物质，其加工性能是不适于用作塑料的，为此，需要对大豆蛋白进行改性、增塑处理以制备应用范围较广的复合材料。故需通过对大豆分离蛋白进行改性来制得大豆蛋白质塑料，在保持材料生物降解性的前提下提高其加工流动性、力学强度、耐水性和耐热性。大豆蛋白塑料的改性主要涉及增韧剂、增塑剂的添加，与其他高分子共混，对蛋白质进行化学修饰等手段。

目前，大多数已知的大豆蛋白塑料的改性方法是加入一些合成材料如水性聚氨酯、复合增塑剂等。申请号为：200410013196.4的中国专利披露了一种水性聚氨酯改性的大豆蛋白质塑料及其制备方法，此方法的缺点在于没有使用天然增强体材料对大豆蛋白塑料进行增强改性，不能实现复合材料的全降解，给后期处理带来很大的麻烦。且涉及原材料种类及加工程序繁多，不利于成本、质量控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种天然材料改性的大豆蛋白塑料，不含有毒溶剂、制备工艺简单，成本低，便于实现大豆蛋白塑料的全降解。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该改性大豆蛋白塑料包括大豆分离蛋白、天然纤维、增塑剂、润滑分散剂，其中大豆分离蛋白所占比重为30-90wt％，天然纤维所占比重为5-30wt％，增塑剂所占比重为5-30wt％，润滑分散剂所占比重为0-10wt％。

由天然纤维增韧，通过简单工艺加工制得，天然纤维属于廉价的可再生资源，而且具有可生物降解性，有利于环保。本发明还通过加入增塑剂、润滑分散剂增加和改善了该改性大豆蛋白塑料的力学性能如抗冲击强度和韧性等，具有较高的使用价值。

优选的是，所述天然纤维包括麻纤维、棉纤维、秸秆纤维、竹纤维、木纤维、蚕丝纤维、毛发纤维中的一种或多种，天然纤维长度在0.1-10mm范围内。

优选的是，所述增塑剂为乙二醇、甘油、丙二醇，1，3-丙二醇中的一种或多种。

优选的是，所述润滑分散剂为白矿油、石蜡、低分子聚乙烯、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸酰胺、甲撑双硬脂酸酰胺和N，N-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

本发明还提供了上述改性大豆蛋白塑料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)处理天然纤维：将天然纤维加入浸泡液中浸泡，虑干后或直接放入干燥箱中烘干，得到处理后的天然纤维；

(2)配料、混料：将处理后的天然纤维、大豆分离蛋白、增塑剂、润滑分散剂按上述确定的比重置于混合机中混合均匀，得到挤出原材料；

(3)混炼、造粒：将挤出原材料置于双螺杆挤出机中，挤出原材料经混炼、熔融挤出、造粒得到改性大豆蛋白塑料。