专利名称：：谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料及其制备方法。技术背景当前世界塑料总产量超过1.7亿吨，已渗透到国民经济各部门以及人民生活的各个领域。随着石油资源的日益紧缺以及合成高分子材料所造成的环境污染的日益严重，以可再生、可降解植物资源作为化工原料，越来越受到高度重视，成为高分子材料科学与加工工程的前沿领域之一。谷物蛋白质是淀粉工业的副产品，目前主要用作饲料添加剂，部分用于食品改良剂或生产风味肽、氨基酸。采用谷物蛋白质制备可降解塑料是提高其附加值、缓解白色污染的有效途径之一。谷物蛋白质塑料的力学性能较差，需经紫外辐照、y-射线辐照、酶处理或化学交联等来提高材料的刚性、耐热性与耐水性。中国专利申请号200610018518.3"大豆蛋白质/氢氧化铝纳米复合材料及其制备方法和用途"公开了采用纳米氢氧化铝提高大豆蛋白质材料强度与刚性的方法，将大豆蛋白质分散于氯化铝水溶液中，采用氨水与氯化铝反应形成凝胶状复合物，经干燥后得到可挤出加工的大豆蛋白质/氢氧化铝纳米复合物。中国专利申请号200610018519.8"—种大豆蛋白质/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法和用途"公开了采用纳米蒙脱土提高大豆蛋白质材料强度、刚性与耐热性的方法，将大豆蛋白质的水悬浮液与蒙脱土的水悬浮液混合、离心、洗涤、干燥而获得大豆蛋白质/蒙脱土纳米复合物。然而，谷类蛋白质如小麦蛋白质含有粘性醇溶蛋白与巨大分子量的谷蛋白，一旦水化即形成高粘性的团状物，即使在浓度较低的情况下也很难形成悬浮液。因而，采用悬液法制备谷类蛋白质纳米复合材料时，很难保证纳米粒子在复合物中的均匀分散。Olabarrieta等采用谷朊粉的乙醇/水溶液与蒙脱土的乙醇悬浮液相混合的方法制备谷朊粉/蒙脱土复合膜(OlabarrietaI，GallstedtM,IspizuaI,SarasuaJ-R,HedenqvistMS，Propertiesofagedmontmorillonite國wheatglutencompositefilms.JournalofAgricultureandFoodChemistry,2006，54,1283-1288)，发现蒙脱土可大幅度提高小麦蛋白质的湿气阻隔性能。
发明内容本发明的目的是提供一种谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料及其制备方法。谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料的组成为谷类蛋白质100重量份、层状纳米水滑石520重量份、增塑剂10~40重量份、硬脂酸1~10重量份。谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料的制备方法首先将谷类蛋白质加入到重量百分比浓度为10~25%的氨水中，配成量百分比浓度为5~20%的谷类蛋白质溶液，然后加入层状纳米水滑石，层状纳米水滑石重量为谷类蛋白质重量的5~20%，再加入硬脂酸，硬脂酸重量为谷类蛋白质重量的1~10%，超声分散l~3h，调pH至57，离心分离除去水分，去离子水洗35次，最后加入增塑剂，增塑剂重量为谷类蛋白质重量的1040%，混合均匀，在50~80°C温度下干燥，在100140。C温度下热压1030min，获得谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料制品。所述的谷类蛋白质为谷朊粉、大米蛋白粉、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。增塑剂为甘油或三乙醇胺。本发明的优点是1)采用谷类蛋白质的氨溶液直接分散水滑石，蛋白质分子链上的胺基、羧基等与水滑石活性基团通过氢键而相互作用，对水滑石悬浮液具有稳定作用，可有效抑制水滑石粒子的团聚；2)在强碱性条件下，硬脂酸可对水滑石进行疏水改性，并促进蛋白质分子在水滑石层间的插层改性；3)谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料具有优异的成型加工性能，可采用模压法制备交联制品。具体实施方式谷类蛋白质/纳米粒子原位复合物的制备是本发明的关键。本发明首次采用碱溶液来溶解谷类蛋白质，配制高浓度的蛋白质溶液，依次加入适量的层状纳米水滑石滴、硬脂酸，超声分散l-3h获得高度稳定的悬浮体系。调pH值5-7后，蛋白质发生沉淀。采用离心分离法除去水分，去离子水洗3~5次，然后加入适量的增塑剂，混合均匀后在50~80°C条件下干燥，即得到谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料。上述谷类蛋白质/纳米粒子原位复合物可采用常规的平板硫化机直接模压成型，模压温度以100~140°C为宜。在该温度范围内，蛋白质分子通过分子间二硫键而形成网络结构。本发明所采用的制备工艺并不改变谷类蛋白质的分子结构，所获得的谷类蛋白质/纳米粒子原位复合材料是通过蛋白质分子间二硫键实施交联的。在自然条件下，这些二硫键可以断裂，蛋白质分子能够水解为氨基酸。因而，所获得的谷类蛋白质/纳米粒子原位复合材料可完全降解，而其残余物水滑石对环境完全无害。以下结合具体实施例进一步说明本发明。实施例1:称取10g谷朊粉加入190g浓度为10%的氨水中，配成蛋白质浓度为5%的溶液，加入0.5g水滑石、O.lg硬脂酸，超声分散lh，用10。/。盐酸调pH至5，离心分离除去水分，去离子水洗3次，然后加入lg甘油，搅拌均匀后在50。C干燥48h除去水分，置于GB/T1040-92塑料拉伸性能测试标准模具中，在140°C热压10min，获得谷类蛋白质/纳米粒子原位复合材料制品。实施例25:水滑石用量分别为lg、1.5g、2g，其余条件同实施例l。实施例6:称取10g大米蛋白粉加入40g浓度为25%的氨水中，配成蛋白质浓度为20%的溶液，加入2g水滑石、lg硬脂酸，超声分散3h，用10。/。盐酸调pH至7，离心分离除去水分，去离子水洗5次，加入4g三乙醇胺，搅拌均匀后在80。C干燥48h除去水分，置于GB/T1040-92塑料拉伸性能测试标准模具中，在100°C热压30min，获得谷类蛋白质/纳米粒子原位复合材料制品。实施例710:分别以小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白、或高粱醇溶蛋白代替大米蛋白粉，其余条件同实施例6。对比实施例l:除加水滑石外，其余条件同实施例l。表1比较了实施例1~5、对比实施例1所获样品的弹性模量、拉伸强度与断裂伸长率。实验参照GB/T1040-92标准，采用CMT-4204万能试验机(深圳新三思材料检测有限公司)在室温与10mmmin-1速度下进行，取3个样品测试结果的平均值。表1谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料的力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本发明提供了一种谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料及其制备方法。本发明所涉及的主要原料谷类蛋白质属于可再生农业资源，来源广泛；本发明所涉及的谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料的制备方法与工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施。基于本发明制得的谷类蛋白质/水滑石纳米具有优异的力学，且蛋白质在自然条件下能够完全降解，其残留物水滑石对环境无害。权利要求1.一种谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料，其特征在于，它的组成为谷类蛋白质100重量份、层状纳米水滑石5～20重量份、增塑剂10～40重量份、硬脂酸1～10重量份。2.根据权利要求l所述的谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料，其特征在于，所述的谷类蛋白质为谷朊粉、大米蛋白粉、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。3.根据权利要求l所述的谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料，其特征在于，所述的增塑剂为甘油或三乙醇胺。4.一种如权利要求1所述的谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料的制备方法，其特征在于，首先将谷类蛋白质加入到重量百分比浓度为1025%的氨水中，配成量百分比浓度为5~20%的谷类蛋白质溶液，然后加入层状纳米水滑石，层状纳米水滑石重量为谷类蛋白质重量的5~20%，再加入硬脂酸，硬脂酸重量为谷类蛋白质重量的110%，超声分散13h，调pH至5~7，离心分离除去水分，去离子水洗35次，最后加入增塑剂，增塑剂重量为谷类蛋白质重量的10~40%，混合均匀，在5080。C温度下干燥，在100140。C温度下热压1030min,获得谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料制品。5.根据权利要求4所述的谷类蛋白质冰滑石纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述的谷类蛋白质为谷朊粉、大米蛋白粉、小麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白或高粱醇溶蛋白。6.根据权利要求4所述的谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述的增塑剂为甘油或三乙醇胺。全文摘要本发明公开了谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料及其制备方法。谷类蛋白质/水滑石纳米复合材料包含谷类蛋白质100重量份、层状纳米水滑石5～20重量份、增塑剂10～40重量份、硬脂酸1～10重量份。其制备方法是，在谷类蛋白质的碱性水溶液中添加水滑石、硬脂酸制备悬浮液，在pH＝5～7条件下离心分离除去水分，然后加入增塑剂，干燥后得到谷类蛋白质/水滑石纳米复合物，采用模压法制备具有优异力学性能的复合材料。本发明所涉及的主要原料谷类蛋白质属于可再生农业资源，来源广泛；本发明所涉及谷类蛋白质/纳米粒子原位复合材料的制备方法与工艺流程简单，生产成本低廉，易于推广实施。文档编号C08K5/09GK101117442SQ20071007012公开日2008年2月6日申请日期2007年7月20日优先权日2007年7月20日发明者宋义虎,强郑申请人:浙江大学