專利名稱：一種可生物降解材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種研制大豆蛋白可生物降解材料的制備方法。
目前，各國的包裝材料大多數仍是非降解性的，其主要成分是聚乙烯和聚氯乙烯，由于它的諸多優點，例如質地輕、強度大等，使得它在世界范圍內有著廣泛的應用，同時也給垃圾的處理帶來了困難。
為保護人類賴以生存的家園，各國政府特別是經濟發達的國家為解決“白色污染”問題，紛紛立法，限制使用非降解塑料。1991年，德國政府率先立法限制非降解塑料的生產和使用，美國、日本、歐共體、澳洲和韓國等國家和地區，也先后立法限制非降解塑料的生產和使用，并禁止這類物品包裝的商品入境，在我國，北京、上海、天津、重慶、廣州和武漢等十幾個地方政府已立法禁止這種非降解塑料的生產和使用。在國際上，中國也公開承諾，在公元21世紀“非降解的泡沫塑料工業將全面取消”的承諾。
在各國政府對可降解性塑料工業的鼓勵政策下，可降解塑料工業有了一定的發展。就目前的可降解材料而言，可分為兩類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劑，這種材料主要是在光線的照射下逐漸分解的，但有些用途的可降解薄膜長期得不到光照，達不到降解的目的。比如，農用地膜長期埋在地下，得不到充足的光照，不能有效降解，而且這種材料加入的光敏劑一般價格比較昂貴，產品的成本較高，不易推廣應用。生物降解材料是一種完全靠微生物將其分解為二氧化碳和水，對環境無污染。因此，生物技術是解決塑料降解性問題的一條較好的途徑。目前，生物降解材料的研究主要是淀粉接枝與聚乙烯或聚氯乙烯共混技術，這種技術生產的可降解材料是部分降解的。主要微生物侵蝕其中的淀粉顆粒，造成這種材料的不連續性，從而達到降解的目的。但其中的不可降解成分—聚乙烯或聚氯乙烯仍對環境造成嚴重的危害。這雖然在一定程度上緩解了對環境的污染，但不能從根本上解決白色污染問題。
為了徹底解決白色污染問題，人們不斷地進行新的探索，大豆蛋白可生物降解材料就是最具吸引力的研究和開發新領域之一。Brother研究認為雖然蛋白質塑料可能會有優良的色澤和拉伸強度并且價格低廉，但它處于潮濕的環境下時，其抗水性很低且缺乏持久性，而且非含水條件下難以塑化成型。這項技術的關鍵問題是沒有選擇正確的增塑劑。20世紀初，Satow研究了將大豆蛋白用于塑料的可能性。研究發現蛋白用甲醛處理前必須用強酸或強堿處理，處理后形成的物質具有優良的塑性、流動性，首次沖模后可得到完美的模塊，但形成的模塊持續幾個星期之后就會自動產生裂紋和破碎現象。此項研究主要是加工工藝不當，而且增塑劑選擇也不合適。1994年，日本京都大學糧食科學研究所的土井悅四郎教授等人研究發現對蛋白質高溫(140-180℃)加熱獲得可被生物降解的塑料及蛋白透明凝膠，他們使用一種耐壓性密封容器(水分在此種容器內不蒸發)，在上述的蛋白中加入百分之幾十的水，然后于150-160℃加熱5-10分鐘。他們發現，根據加水量的不同可以獲得飴狀、橡膠狀、玻璃狀的制品。
對于不同種類的球狀蛋白，加入相同量的水，然后短時高溫處理，令人吃驚的是，可以得到同樣具有可塑性制品。水分含量高則熔化溫度低，水分含量為零時，180℃以下不會熔化。然而，即使少量的水存在，在180℃，5分鐘加熱就會得到熔融的玻璃制品。這種現象類似于合成高分子塑料，增塑劑的存在可以使熔化溫度降低。在本研究中使用水作為增塑劑，高溫下蛋白質是可塑的。對于蛋白質，將第一次加熱熔化后冷卻成型的制品粉碎，加入少量的水后再加熱，可以恢復成原來的形狀，也就是說具有塑料的可塑性，這就使得通過加熱可以獲得各種形狀的制品成為可能。此項研究的失敗之處在于使用了水作為增塑劑，因為在塑料高溫成型時，物料內的水分就會沸騰，使塑料內產生的汽泡。
以上的幾項研究雖然本著可完全降解為目的的，但由于增塑劑選擇的不適當，生物可降解材料最終沒有研制成功。
一種可生物降解材料的制備方法，其特點在于本方法包括如下步驟
(1)大豆蛋白質和改性劑常溫下在水溶液中攪拌反應，得到改性大豆蛋白質；(2)占混合物總量的20～80％的改性大豆蛋白質和占混合物總量的80～20％的增塑劑--甘油混合在一起，攪拌均勻后成型。
本發明采用甘油作為增塑劑，成功研制出一種微生物可完全降解的材料來代替非降解塑料，這種新型材料具有以下主要優點1、可以完全降解這種材料完全是由大豆蛋白和少量的無毒助劑在熱壓條件下形成的，其廢棄后很容易被微生物分解成二氧化碳和水，對環境無任何危害。
2、耐高溫本材料耐溫＞100℃，因此，在一般條件下不會變形。
3、無毒無害本材料是由大豆蛋白和增塑劑熱壓而成，沒有任何有毒物質，因此，可以作為食品包裝材料或食品容器。
4、無污染生產過程不產生污染；5、可重復利用廢棄的制品粉碎后可作為飼料或肥料；6、原料來源廣泛大豆蛋白是一種可再生的資源，與石油相比有著取之不盡用之不竭的優點。
7、用途廣泛這種材料可以代替塑料的一切用途。不僅可以做食品容器，而且還可以做粘合劑、高強度建筑材料、玻璃制品等。
改性大豆蛋白質是經過改性劑作用后的蛋白，所用改性劑是環氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐中的一種，使用時三者的用量分別為0.5～3.5％、1.5～5.5％、1～5.5％，在水溶液中攪拌反應。
當環氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐的用量分別為0.5～2.5％、1.5～4％、1.0～4.5％時效果最好。
改性大豆蛋白質的添加量占總混合物總重量的20～80％。
增塑劑為甘油，其添加量占混合物總量的80～20％。其添加量占混合物總量的30％～65％時效果最好。
為了使產品的外觀多樣化，可加入適量的色素0.01～0.1％左右。
按上述比例將各種原料混合在一起，攪拌均勻后放入平板硫化機的平板模具中熱壓成型，時間為1～10分鐘，溫度為115～160℃，壓力為5～20MPa。
成型方式可為注射成型或熱壓成型。
實施例1按30％的增塑劑，70％的改性蛋白質的比例，分別取0.6kg的增塑劑和1.4kg的改性蛋白質，將這些原料充分混合后，倒入平板硫化機的平板模具中，熱壓成型即為制品，熱壓時間為1～10分鐘，模溫為115～160℃，模壓為5～20MPa，取出時熱制品一定要負荷冷壓成型，以防變形。
將此樣品進行微生物降解性實驗，按照國標GB/T 18006.2-1999的方法進行大豆蛋白生物降解塑料降解性測定。結果表明降解率大于98.8％。
實施例2按60％的增塑劑，39.99％的改性大豆蛋白質，0.01％的色素的比例，分別取增塑劑1.2kg增塑劑、0.798kg的改性大豆蛋白質和0.0002kg的色素，將這此原料混合均勻后，倒入平板硫化機的碗形模具中，熱壓成型，在相同壓力、同樣的模具中冷卻成型即為成品。熱壓時間為1～10分鐘模溫為115-160℃，模壓為5～20MPa。
取出此碗模，注入占其容積2/3的沸水，放置0.5小時，發現樣品未出現溶脹和滲水現象。
權利要求
1.一種可生物降解材料的制備方法，其特征在于本方法包括如下步驟(1)大豆蛋白質和改性劑常溫下在水溶液中攪拌反應，得到改性大豆蛋白質；(2)占混合物總量的20～80％的改性大豆蛋白質和占混合物總量的80～20％的增塑劑--甘油混合在一起，攪拌均勻后成型。
2.根據權利要求1所述的一種可生物降解材料的制備方法，其特征在于所用的改性劑是環氧氯丙烷、戊二醛、混合酸酐其中的一種。
3.根據權利要求1或2所述的一種可生物降解材料的制備方法，其特征在于使用環氧氯丙烷作為改性劑時，其用量為混合物總量的0.5～3.5％；使用戊二醛作為改性劑時，其用量為混合物總量的1.5～5.5％；使用混合酸酐作為改性劑時，其用量為混合物總量的1.5～5.5％。
4.根據權利要求1所述的一種可生物降解材料的制備方法，其特征在于增塑劑--甘油的添加量為混合物總量的30％～65％。
5.根據權利要求1所述的一種生物降解材料的制備方法，其特征在于在混合物成型前可加入混合物總量的0.01～0.1％的色素。
6.根據權利要求1所述的一種生物降解材料的制備方法，其特征在于所述成型方式包括熱壓成型和注射成型。
全文摘要
本發明涉及一種研制大豆蛋白可生物降解塑料的方法。本發明的目的在于提供一種可以完全降解、耐高溫的可生物降解材料的制備方法。一種可生物降解材料的制備方法，其特點在于本方法包括如下步驟(1)大豆蛋白質和改性劑常溫下在水溶液中攪拌反應，得到改性大豆蛋白質；(2)占混合物總量的20～80％的改性大豆蛋白質和占混合物總量的80～20％的增塑劑－－甘油混合在一起，攪拌均勻后成型。
文檔編號C08L89/00GK1417261SQ0215674
公開日2003年5月14日 申請日期2002年12月18日 優先權日2002年12月18日
發明者李里特, 陳復生 申請人:中國農業大學