一种棉籽蛋白降解塑料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种降解塑料的制备方法，特别是涉及一种棉籽蛋白降解塑料的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 随着塑料产量的增大、成本的降低，人们就不再反复使用商品包装袋、液体容器以 及农用地膜等此类的塑料，使此种塑料成为一类用过即被丢弃的废品。废弃塑料带来的"白 色污染"，已经成为一种不能再被忽视的社会公害了 [1]。随着人们环境保护意识的增强，不 可降解的石油基塑料将逐渐被替代。另外，石油是一种不可再生的资源，在不久的将来，这 种有限的资源会被开采殆尽。因此，必须寻找一种可再生的资源来代替石油作为生产塑料 的原料。
[0003] 近年来，蛋白质作为一种非石油、环境安全、可生物降解和能再生的资源逐渐受到 关注。天然聚合物中，蛋白质也许是在工业应用方面利用最少的天然资源，它们基本上被认 为只是饲料中的功能和营养成分，而作为结构基元在非食品工业应用的巨大潜力远未被认 识和理解。棉籽蛋白本身就是亲水性材料，与水分子有极强的亲和力，能借助氢键将极性的 水分子吸附到蛋白分子周围。通过对动植物蛋白质进行共混、接枝、共聚、交联等改性，可以 得到相应的蛋白质基材料。我国是世界第一产棉大国，棉花产量占世界棉花产量的1/3,年 广棉轩约800万t，提油后的棉柏蛋白质含量可达38 %~45%。以此计算，每年我国提油后 的棉柏年广量超过400万t，约含有蛋白质160万t，是一种巨大的植物蛋白质资源。所以 利用棉籽蛋白来研究生物降解塑料，既充分利用了我国丰富的棉籽柏资源，又解决了普通 塑料对环境造成的白色污染问题。高分子材料被应用于各个领域，无处不在地遍布于我们 的工作、学习、生活中，以其方便、快捷、应用范围广而著称。但是，普通高分子材料在自然条 件下难于降解，对环境带来严重的污染。进入21世纪以来，保护地球环境、构筑资源循环型 社会，走可持续发展道路，已成为世界关注热点和紧迫任务。生物降解塑料通过产品整个生 命周期分析，已确认为环境低负荷材料。另外，相当一部分生物降解塑料的主要原料是来自 可年年再生的农业资源，作为有限的、日渐减少、日趋枯竭的不可再生的石油资源的补充替 代，也已成为全球瞩目的发展趋势。因此，生物降解塑料已成为全球研究开发热点，特别是 完全生物降解将是未来发展的重点目前，有很多人都在从事可降解塑料的研究。
[0004] 棉籽柏是棉籽经去油处理后的副产品，在我国对其利用率很低，主要是用于喂养 牲畜。由于我国是最大的棉花生产国，因此产量很大。以这种二次原料为原料，成本低，有 利于工业化生产中原料的获取。而且，棉籽蛋白分子中含有多种基团，有利于其改性。因 此，由于石油危机和一系列的环境问题，它在降解材料领域中的用途已经引起人们的普遍 关注，这也预示着蛋白质基生物降解塑料的广阔应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种棉籽蛋白降解塑料的制备方法，本发明以棉籽蛋白质 为原料制备完全生物降解塑料，旨在克服其加工性能和力学性能不佳，耐水性差等严重缺 陷，从物理改性出发，用甘油提高棉籽蛋白的加工性，再从化学改性的角度，用戊二醛对棉 籽蛋白进行交联改性，最后以蒙脱土作为填充，以期提高棉籽蛋白质塑料的力学性能和耐 水性。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种棉籽蛋白降解塑料的制备方法，所述方法包括以下过程： 首先，棉籽蛋白的提取，选用剥壳棉籽榨油后的饼柏，用粉碎机粉碎，过筛，取粉料为原 料，干燥后待下一步使用；称取棉籽粉，量取蒸馏水，加入氢氧化钠，在水浴中加热搅拌；萃 取完毕，离心分离、取上层清液待下一步使用；上清液用盐酸溶液进行滴定，滴定到试验所 需的PH值，停止加酸，进行离心分离，取沉淀，用去离子水洗涤，放于鼓风干燥箱内进行干 燥，得到棉籽分离蛋白；然后分步制备成品如下： (1) 制备棉籽蛋白/甘油 将棉籽蛋白中，加入甘油，搅拌分散；将此混合物导入培养皿，在真空干燥箱中烘干； 将烘干后的样品在平板硫化机上模压成片，然后移至另一常温压机中冷却；将样片裁 成测试样条之后在空气中静置，测试其各项性能； (2) 制备棉籽蛋白/甘油/戊二醛 用（1)制备棉籽蛋白/甘油混合物后，再加入戊二醛，在热水浴中反应，加入戊二醛； 后续过程与前面制样方法一致； (3) 制备棉籽蛋白/甘油/戊二醛/钠基蒙脱土 在（2)中制备的中加入经过静沉降法提纯的蒙脱土溶液，充分混合，加入蒙脱土，后续 过程与前面制样方法一致。
[0007] 所述的一种棉籽蛋白降解塑料的制备方法，所述甘油份数选20份/100份棉籽蛋 白为佳。
[0008] 所述的一种棉籽蛋白降解塑料的制备方法，所述戊二醛含量为棉籽蛋白质量的 30%，模压温度为140°C时，棉籽蛋白塑料的拉伸强度达到17. 22MPa，吸水率也降至44. 8% ; 戊二醛改性棉籽蛋白塑料的最佳配比为棉籽蛋白100份，戊二醛30份。
[0009] 所述的一种棉籽蛋白降解塑料的制备方法，所述蒙脱土含量为6%时，拉伸强度最 高，为19. IMPa，吸水率最低，为27. 8% ;综合对比，蒙脱土份数应选择6份/100份棉籽蛋白 最佳。本 发明的优点与效果是： 本发明通过使用无毒、低毒且成本低廉的加工改性助剂对棉籽蛋白加工改性，来制备 具有较高的力学机械性能和耐水性且无毒无害、成本低廉的棉籽蛋白降解塑料材料。
【附图说明】
[0010] 图1为甘油增塑棉籽蛋白质塑料的SEM图； 图2甘油增塑棉籽蛋白质塑料的XRD图； 图3戊二醛改性棉籽蛋白塑料SEM照片； 图4 a-甘油增塑和b-蒙脱土增强戊二醛改性棉籽蛋白塑料的红外光谱图； 图5蒙脱土增强戊二醛改性棉籽蛋白塑料的SEM照片。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0012] 棉籽蛋白的提取，选用剥壳棉籽榨油后的饼柏，用粉碎机粉碎，过筛，取200目的 粉料为原料，干燥（40°C，12h)后待下一步使用。称取一定量的棉籽粉，量取一定量蒸馏水 (液泊比12:1)，加入lmol/L的氢氧化钠(调节至PH=11)，在水浴中加热搅拌（70°C，lh)。 萃取完毕，离心分离（4000r/min，10min)、取上层清液待下一步使用。上清液用1 mol/L的 盐酸溶液进行滴定，滴定到试验所需的PH值（PH=4. 8)，停止加酸。进行离心分离（4000r/ min，lOmin)，取沉淀，用去离子水洗涤3遍，放于鼓风干燥箱内进行干燥（50°C，24h)，得到 棉籽分离蛋白。
[0013] (1)制备棉籽蛋白/甘油样品 将棉籽蛋白中，加入甘油(甘油与蛋白质的质量比分别为10:1，10:2,10:3,10:4)，搅拌 分散20min ;将此混合物导入培养皿，在真空干燥箱中（35°C )烘干。
[0014] 将烘干后的样品在平板硫化机上(压力lOMPa，先冷压5min，再恒温保压20min，热 压温度为120°C)模压成片，然后移至另一常温压机中冷却。将样片裁成测试样条之后在空 气中静置24h，测试其各项性能。
[0015] (2)制备棉籽蛋白/甘油/戊二醛样品 用（1)制备棉籽蛋白/甘油(质量比为10:2)混合物后，再加入戊二醛，在热水浴（70°C) 中反应20min，加入戊二醛的质量分数分别为10%、20%、30%、40% (戊二醛的质量分数，w/￥)，。其中，模压温度分别为11(TC、120°C、130°C、140°C、150°C，后续过程与前面制样方法一 致 (3)制备棉籽蛋白/甘油/戊二醛/钠基蒙脱土样品 在（2)中制备的G30中加入经过静沉降法提纯的蒙脱土溶液，充分混合20min，加入蒙 脱土的质量分数分别为2%、4%、6%、8%、10%(蒙脱土的质量分数)。其中，模压温度为140°(：， 后续过程与前面制样方法一致。
[0016] 红外光谱测试 将样片粉碎后用KBr研磨压片，然后在FT-IR470型红外光谱仪上进行红外分析。
[0017] X-射线衍射分析将样片粉碎后，采用D8 ADVANCE型X-射线衍射仪，用粉末衍射法 分别对各个试样进行X-射线衍射分析。
[0018] 扫描电子显微镜测试 将拉伸后的样品断面喷金，采用JSM-6360LV型扫描电镜观察断面形貌，并拍照。
[0019] 拉伸测试 将制得的哑铃型样条直接在RGL-30A型材料试验机上进行拉伸力学性能测试，拉伸速 度为lOmm/min,拉伸强度单位为MPa。
[0020] 吸水率测试 准确称取一定量的样品放入烧杯中，加入去离子水，浸泡24h，然后用虑纸擦干样品表 面的水，称重。按式（1)计算试样的吸水率 ff= (M2-Ml)/MIX 100% (1) 其中：W为样品的吸水率（g/g) ;M1为原始质量（g) ;M2为吸水之后的质量（g)。
[0021] 生物降解性能测试 试片的生物降解性通过土埋试验测试，将样片装在尼龙多孔网后埋在20cm深的土壤 中，每隔五天取出样条于50°C干燥直至恒重，再称重。如此循环四次。试样在土埋前后的失 重率（Wloss)