[发明专利]纳米改性小麦麸质蛋白复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米改性小麦麸质蛋白复合材料，更具体涉及一种纳米改性小麦麸质蛋白复合材料的组成和制备方法，属于高分子共混、高分子成型加工、高分子包装材料领域。

背景技术

进入21世纪后，经济的可持续发展及其所涉及的环境和资源问题愈来愈受到人们的关注。来源于石油产品的合成塑料正面临石油枯竭的资源问题和塑料废弃物对环境的污染问题，在环保呼声高涨、市场需求渐旺的情况下，各种可降解塑料在市场需求的推动下逐步问世，并引起了日益广泛的关注。由于天然材料不仅来源广泛、价格便宜，而且具有可降解性和再生性，这就为天然材料的利用开辟了广阔的空间。

可降解塑料是指在较短的时间内，在自然条件下能够自行降解的塑料。可降解塑料一般分为四大类：第一类，光降解塑料，即在塑料中掺入光敏剂，在日照下使塑料逐渐分解。它属于较早一代的降解塑料，其缺点是降解时间因日照和气候变化而难以预测，因而无法控制降解时间。第二类，生物降解塑料，即在微生物的作用下，可完全分解为低分子化合物的塑料。其特点是贮存运输方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，不但可以用于农用地膜、包装袋，而且可广泛用于医药领域。第三类，光/生物降解塑料，是光降解和生物降解相结合的一类塑料，它同时具有光和生物降解塑料的特点。第四类，水降解塑料，即在塑料中添加吸水性物质，用完后弃于水中即能溶解掉，主要用于医药卫生用具方面，便于销毁和消毒处理。

目前，国内外研究的可降解塑料主要来源于天然蛋白物质，如大豆蛋白、玉米蛋白、葵花籽蛋白、棉籽蛋白、小麦麸质蛋白等，其中小麦麸质蛋白以其来源广泛、价格低廉而备受关注。小麦麸质蛋白是小麦深加工的副产物，其含量为小麦的10～15％，小麦麸质蛋白按其溶解性可分为：(1)溶解于水的清蛋白类；(2)溶解于盐的球蛋白类；(3)溶解于醇的醇溶蛋白类；(4)溶解于稀酸或者稀碱的谷蛋白类。其中，麦醇溶蛋白按分子量大小可分为高分子量、中分子量和低分子量，麦醇溶蛋白间通过氢键和疏水作用相互反应，有助于面筋粘性的形成。麦谷蛋白是小麦面筋蛋白的另一重要组成部分，很多麦谷蛋白分子的亚基通过分子间的双硫键相连接，赋予其良好的粘弹性。基于这些特点，小麦麸质蛋白在食品行业有着广泛的应用。然而，随着人类环保意识的增强，小麦麸质蛋白已作为可降解材料被加以研究和应用，例如，作为包装材料，小麦麸质蛋白不仅可以食用，还可以防止食品在环境中发生变质；作为天然胶粘剂，小麦麸质蛋白不但可以制成压敏绷带、胶带等医用材料，还可以吸收废报纸等的油墨、固化废油。

迄今为至，对小麦麸质蛋白材料的应用研究仍然以小麦麸质蛋白的改性为主，并采用传统设备进行成型加工。纳米改性小麦麸质蛋白复合材料是由小麦麸质蛋白、增塑剂、纳米粒子和天然纤维增强材料等物质经过共混加工而成的，再经过压出、压延和冲压成型等后道工序可制成纳米改性小麦麸质蛋白复合材料的片材。该片材经过预热后能够在模具内进行吸塑成型，脱模后得到相应的吸塑制品，可用于制备包装容器和一次性餐具等。纳米改性小麦麸质蛋白复合材料制品不仅具有一定的耐热性和耐水性，而且在使用寿命终结被废弃时，能够在自然环境中完全降解，有利于保护生态环境。

增塑剂是一种能够增加聚合物体系塑性的物质，主要作用是削弱聚合物分子之间的范德华力，从而增加聚合物分子链的移动性，降低聚合物分子链的结晶性，即增加了聚合物的塑性，表现为聚合物硬度、模量、软化温度和脆化温度的下降，而伸长率、挠曲性和柔韧性提高。由于小麦麸质蛋白中含有较多的二硫键，使其缺乏加工流动性，而添加增塑剂能够提高其加工流动性。小麦麸质蛋白的常用增塑剂包括甘油、水、二乙醇胺、三乙醇胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇等。

纳米二氧化硅(SiO₂·nH₂O)具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，因其粒子的纳米效应以及优异的补强、增稠、触变性能，被广泛应用于有机硅、涂料、油漆、胶粘剂等领域。同时，由于纳米二氧化硅内部的聚硅氧烷结构和外表面存在的活性硅酸基能够吸附水，使二氧化硅能够呈现亲水性、疏水性两种类型，改善了它在有机相中的分散性和相溶性，拓宽了产品的应用领域。

纳米碳酸钙(CaCO₃)是一维尺寸在1～100nm的活性轻质碳酸钙，是无毒、无刺激、无气味的白色软质填料，易于与各类聚合物相容，而且热稳定性好。由于碳酸钙表面亲水疏油、极性很高，能够与基体表面的羟基充分结合，可以提高材料的力学性能。与传统的重钙或轻钙相比，纳米碳酸钙可以改变材料的流变性、韧性、耐水性、耐候性，具有更广泛的用途。