专利名称：一种可生物降解材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种研制大豆蛋白可生物降解材料的制备方法。
目前，各国的包装材料大多数仍是非降解性的，其主要成分是聚乙烯和聚氯乙烯，由于它的诸多优点，例如质地轻、强度大等，使得它在世界范围内有着广泛的应用，同时也给垃圾的处理带来了困难。
为保护人类赖以生存的家园，各国政府特别是经济发达的国家为解决“白色污染”问题，纷纷立法，限制使用非降解塑料。1991年，德国政府率先立法限制非降解塑料的生产和使用，美国、日本、欧共体、澳洲和韩国等国家和地区，也先后立法限制非降解塑料的生产和使用，并禁止这类物品包装的商品入境，在我国，北京、上海、天津、重庆、广州和武汉等十几个地方政府已立法禁止这种非降解塑料的生产和使用。在国际上，中国也公开承诺，在公元21世纪“非降解的泡沫塑料工业将全面取消”的承诺。
在各国政府对可降解性塑料工业的鼓励政策下，可降解塑料工业有了一定的发展。就目前的可降解材料而言，可分为两类光降解和生物降解型。光降解型的可降解材料主要是在其中加入光敏剂，这种材料主要是在光线的照射下逐渐分解的，但有些用途的可降解薄膜长期得不到光照，达不到降解的目的。比如，农用地膜长期埋在地下，得不到充足的光照，不能有效降解，而且这种材料加入的光敏剂一般价格比较昂贵，产品的成本较高，不易推广应用。生物降解材料是一种完全靠微生物将其分解为二氧化碳和水，对环境无污染。因此，生物技术是解决塑料降解性问题的一条较好的途径。目前，生物降解材料的研究主要是淀粉接枝与聚乙烯或聚氯乙烯共混技术，这种技术生产的可降解材料是部分降解的。主要微生物侵蚀其中的淀粉颗粒，造成这种材料的不连续性，从而达到降解的目的。但其中的不可降解成分—聚乙烯或聚氯乙烯仍对环境造成严重的危害。这虽然在一定程度上缓解了对环境的污染，但不能从根本上解决白色污染问题。
为了彻底解决白色污染问题，人们不断地进行新的探索，大豆蛋白可生物降解材料就是最具吸引力的研究和开发新领域之一。Brother研究认为虽然蛋白质塑料可能会有优良的色泽和拉伸强度并且价格低廉，但它处于潮湿的环境下时，其抗水性很低且缺乏持久性，而且非含水条件下难以塑化成型。这项技术的关键问题是没有选择正确的增塑剂。20世纪初，Satow研究了将大豆蛋白用于塑料的可能性。研究发现蛋白用甲醛处理前必须用强酸或强碱处理，处理后形成的物质具有优良的塑性、流动性，首次冲模后可得到完美的模块，但形成的模块持续几个星期之后就会自动产生裂纹和破碎现象。此项研究主要是加工工艺不当，而且增塑剂选择也不合适。1994年，日本京都大学粮食科学研究所的土井悦四郎教授等人研究发现对蛋白质高温(140-180℃)加热获得可被生物降解的塑料及蛋白透明凝胶，他们使用一种耐压性密封容器(水分在此种容器内不蒸发)，在上述的蛋白中加入百分之几十的水，然后于150-160℃加热5-10分钟。他们发现，根据加水量的不同可以获得饴状、橡胶状、玻璃状的制品。
对于不同种类的球状蛋白，加入相同量的水，然后短时高温处理，令人吃惊的是，可以得到同样具有可塑性制品。水分含量高则熔化温度低，水分含量为零时，180℃以下不会熔化。然而，即使少量的水存在，在180℃，5分钟加热就会得到熔融的玻璃制品。这种现象类似于合成高分子塑料，增塑剂的存在可以使熔化温度降低。在本研究中使用水作为增塑剂，高温下蛋白质是可塑的。对于蛋白质，将第一次加热熔化后冷却成型的制品粉碎，加入少量的水后再加热，可以恢复成原来的形状，也就是说具有塑料的可塑性，这就使得通过加热可以获得各种形状的制品成为可能。此项研究的失败之处在于使用了水作为增塑剂，因为在塑料高温成型时，物料内的水分就会沸腾，使塑料内产生的汽泡。
以上的几项研究虽然本着可完全降解为目的的，但由于增塑剂选择的不适当，生物可降解材料最终没有研制成功。
一种可生物降解材料的制备方法，其特点在于本方法包括如下步骤
(1)大豆蛋白质和改性剂常温下在水溶液中搅拌反应，得到改性大豆蛋白质；(2)占混合物总量的20～80％的改性大豆蛋白质和占混合物总量的80～20％的增塑剂--甘油混合在一起，搅拌均匀后成型。
本发明采用甘油作为增塑剂，成功研制出一种微生物可完全降解的材料来代替非降解塑料，这种新型材料具有以下主要优点1、可以完全降解这种材料完全是由大豆蛋白和少量的无毒助剂在热压条件下形成的，其废弃后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，对环境无任何危害。
2、耐高温本材料耐温＞100℃，因此，在一般条件下不会变形。
3、无毒无害本材料是由大豆蛋白和增塑剂热压而成，没有任何有毒物质，因此，可以作为食品包装材料或食品容器。
4、无污染生产过程不产生污染；5、可重复利用废弃的制品粉碎后可作为饲料或肥料；6、原料来源广泛大豆蛋白是一种可再生的资源，与石油相比有着取之不尽用之不竭的优点。
7、用途广泛这种材料可以代替塑料的一切用途。不仅可以做食品容器，而且还可以做粘合剂、高强度建筑材料、玻璃制品等。
改性大豆蛋白质是经过改性剂作用后的蛋白，所用改性剂是环氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐中的一种，使用时三者的用量分别为0.5～3.5％、1.5～5.5％、1～5.5％，在水溶液中搅拌反应。
当环氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐的用量分别为0.5～2.5％、1.5～4％、1.0～4.5％时效果最好。
改性大豆蛋白质的添加量占总混合物总重量的20～80％。
增塑剂为甘油，其添加量占混合物总量的80～20％。其添加量占混合物总量的30％～65％时效果最好。
为了使产品的外观多样化，可加入适量的色素0.01～0.1％左右。
按上述比例将各种原料混合在一起，搅拌均匀后放入平板硫化机的平板模具中热压成型，时间为1～10分钟，温度为115～160℃，压力为5～20MPa。
成型方式可为注射成型或热压成型。
实施例1按30％的增塑剂，70％的改性蛋白质的比例，分别取0.6kg的增塑剂和1.4kg的改性蛋白质，将这些原料充分混合后，倒入平板硫化机的平板模具中，热压成型即为制品，热压时间为1～10分钟，模温为115～160℃，模压为5～20MPa，取出时热制品一定要负荷冷压成型，以防变形。
将此样品进行微生物降解性实验，按照国标GB/T 18006.2-1999的方法进行大豆蛋白生物降解塑料降解性测定。结果表明降解率大于98.8％。
实施例2按60％的增塑剂，39.99％的改性大豆蛋白质，0.01％的色素的比例，分别取增塑剂1.2kg增塑剂、0.798kg的改性大豆蛋白质和0.0002kg的色素，将这此原料混合均匀后，倒入平板硫化机的碗形模具中，热压成型，在相同压力、同样的模具中冷却成型即为成品。热压时间为1～10分钟模温为115-160℃，模压为5～20MPa。
取出此碗模，注入占其容积2/3的沸水，放置0.5小时，发现样品未出现溶胀和渗水现象。
权利要求
1.一种可生物降解材料的制备方法，其特征在于本方法包括如下步骤(1)大豆蛋白质和改性剂常温下在水溶液中搅拌反应，得到改性大豆蛋白质；(2)占混合物总量的20～80％的改性大豆蛋白质和占混合物总量的80～20％的增塑剂--甘油混合在一起，搅拌均匀后成型。
2.根据权利要求1所述的一种可生物降解材料的制备方法，其特征在于所用的改性剂是环氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐其中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种可生物降解材料的制备方法，其特征在于使用环氧氯丙烷作为改性剂时，其用量为混合物总量的0.5～3.5％；使用戊二醛作为改性剂时，其用量为混合物总量的1.5～5.5％；使用混合酸酐作为改性剂时，其用量为混合物总量的1.5～5.5％。
4.根据权利要求1所述的一种可生物降解材料的制备方法，其特征在于增塑剂--甘油的添加量为混合物总量的30％～65％。
5.根据权利要求1所述的一种生物降解材料的制备方法，其特征在于在混合物成型前可加入混合物总量的0.01～0.1％的色素。
6.根据权利要求1所述的一种生物降解材料的制备方法，其特征在于所述成型方式包括热压成型和注射成型。
全文摘要
本发明涉及一种研制大豆蛋白可生物降解塑料的方法。本发明的目的在于提供一种可以完全降解、耐高温的可生物降解材料的制备方法。一种可生物降解材料的制备方法，其特点在于本方法包括如下步骤(1)大豆蛋白质和改性剂常温下在水溶液中搅拌反应，得到改性大豆蛋白质；(2)占混合物总量的20～80％的改性大豆蛋白质和占混合物总量的80～20％的增塑剂－－甘油混合在一起，搅拌均匀后成型。
文档编号C08L89/00GK1417261SQ0215674
公开日2003年5月14日 申请日期2002年12月18日 优先权日2002年12月18日
发明者李里特, 陈复生 申请人:中国农业大学