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大豆分离蛋白塑料的制备与性能研究

作　者: 刘亮
导　师: 张丽叶
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 大豆分离蛋白增塑物理改性结构性能
分类号: TQ320.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大豆分离蛋白(SPI)塑料是典型的可完全生物降解塑料,由于其来源广,产量丰富,引起广泛关注。但是,未经改性的SPI塑料的较脆、耐水性差,结构复杂,从而限制了它的开发与应用。本工作以物理改性为主要手段制备SPI塑料,旨在提高SPI塑料的加工性、耐水性和力学性能。本工作的主要成果为：1、经过简单的物理改性,有效改善SPI塑料的加工性、耐水性和脆性；2、提出了甘油增塑SPI塑料含有富甘油和富蛋白两个微区,分析了SPI结构与性能的变化关系。具体工作如下：1、研究了增塑剂对SPI塑料结构和性能的影响。甘油增塑的SPI塑料的性能较好,随着甘油含量的增加,SPI塑料的拉伸强度降低,断裂伸长率增加,吸水率也增加。随着水含量的增加,SPI塑料的拉伸强度会降低,断裂伸长率先增后降,但对其吸水率影响不大。XRD和DMTA显示,甘油增塑的SPI塑料会产生富甘油微区和富蛋白微区。随着甘油含量的增加,富甘油微区的玻璃化转变温度明显向低温方向偏移。扭矩实验显示,甘油和水都可以明显降低SPI加工时的扭矩,改善其流动性。2、还原剂Na2SO3会降低SPI塑料的拉伸和冲击强度,并且会增加其吸水率。不过制品表观颜色会由茶色透明变得越来越淡。XRD和DMTA显示,加入Na2SO3后,其结晶性能略有增强,富甘油微区的玻璃化转变温度升高,而富蛋白微区的玻璃化转变温度影响不大。适当的碱处理会提高SPI塑料的拉伸和冲击强度。不过,随NaOH含量的增加,其吸水率会增加。制品表观颜色会显得越来越黑。XRD显示,碱处理的SPI塑料在2θ为21.4。处的峰几乎消失。DMTA显示,随着碱陛的增强,SPI塑料富甘油微区的玻璃化转变温度逐渐向高温方向偏移。TG表明,碱处理主要影响大豆分离蛋白的三级结构(多肽主链按特定的几何排布,形成近似球形的紧密结构)。3、成功制备SPI/PVA塑料。PVA的加入明显提高了SPI/PVA塑料的拉伸强度,但会影响SPI/PVA塑料的韧性。PVA的加入还能明显提高SPI/PVA塑料的耐水性。XRD和DMTA显示,PVA的加入会破坏了SPI富甘油微区的晶体结构,并使富甘油微区的玻璃化转变温度向高温方向偏移。DSC显示SPI/PVA塑料的熔融峰向高温方向偏移,但PVA含量较多时会出现团聚,影响其性能。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-35
  1.1 引言  15-16
  1.2 大豆蛋白的化学组成和结构  16-18
    1.2.1 大豆的化学组成  16
    1.2.2 大豆中的蛋白质  16
    1.2.3 大豆蛋白的分类  16-17
    1.2.4 大豆蛋白的分子结构  17-18
  1.3 大豆分离蛋白(SPI)  18-21
    1.3.1 SPI的生产技术  18-19
    1.3.2 SPI的物理与化学性能  19-20
    1.3.3 SPI的物理改性  20-21
    1.3.4 SPI的化学改性  21
    1.3.5 SPI的生物改性  21
  1.4 SPI在材料领域的应用  21-29
    1.4.1 SPI胶黏剂  22-24
    1.4.2 SPI纤维  24
    1.4.3 SPI塑料  24-29
    1.4.4 SPI膜材料  29
  1.5 SPI/高分子共混材料  29-33
    1.5.1 SPI/天然高分子共混材料  30-31
    1.5.2 SPI/合成高分子共混材料  31-33
  1.6 论文选题的目的和意义  33-35
第二章实验部分  35-41
  2.1 实验材料  35
  2.2 实验设备  35-36
  2.3 实验方法及试样制备  36-37
  2.4 测试与表征  37-41
    2.4.1 SPI中蛋白质含量的测定(凯氏定氮法)  37-38
    2.4.2 X射线衍射分析(XRD)  38
    2.4.3 热分析  38-39
    2.4.4 力学性能  39
    2.4.5 扫描电镜  39
    2.4.6 吸水性  39-40
    2.4.7 色差分析  40-41
第三章大豆分离蛋白塑料加工性能研究  41-53
  3.1 SPI粉末的蛋白质含量测定及热性能表征  41-43
    3.1.1 SPI粉末的蛋白质含量测定  41
    3.1.2 SPI粉末的TG图分析  41-42
    3.1.3 SPI粉末的DSC图分析  42-43
  3.2 增塑剂对SPI塑料性能的影响  43-51
    3.2.1 不同种类增塑剂对SPI塑料拉伸性能的影响  43-44
    3.2.2 不同种类增塑剂对SPI塑料耐水性能的影响  44-45
    3.2.3 甘油含量变化对SPI塑料拉伸性能的影响  45-46
    3.2.4 甘油含量变化对SPI塑料耐水性能的影响  46
    3.2.5 甘油增塑SPI塑料的DMTA分析  46-48
    3.2.6 水含量变化对SPI塑料拉伸性能的影响  48-50
    3.2.7 水含量变化对SPI塑料耐水性能的影响  50
    3.2.8 增塑剂含量变化对SPI塑料扭矩的影响  50-51
  3.3 本章小结  51-53
第四章助剂对大豆分离蛋白塑料性能影响  53-69
  4.1 Na_2SO_3对SPI塑料性能的影响  53-60
    4.1.1 Na_2SO_3改性SPI塑料的制备方法  53
    4.1.2 Na_2SO_3改性SPI塑料的XRD分析  53-55
    4.1.3 Na_2SO_3改性SPI塑料的DMTA分析  55-56
    4.1.4 Na_2SO_3含量变化对SPI塑料力学性能的影响  56-57
    4.1.5 Na_2SO_3含量变化对SPI塑料耐水性能的影响  57-59
    4.1.6 Na_2SO_3含量变化对SPI塑料表观颜色的影响  59-60
  4.2 碱性条件对SPI塑料性能的影响  60-66
    4.2.1 碱处理SPI塑料的制备方法  60
    4.2.2 碱处理SPI塑料的XRD分析  60-61
    4.2.3 碱处理SPI塑料的DMTA分析  61-62
    4.2.4 碱处理SPI塑料的TG分析  62-63
    4.2.5 碱处理对SPI塑料力学性能的影响  63-64
    4.2.6 碱处理对SPI塑料耐水性能的影响  64-65
    4.2.7 碱处理SPI塑料的表观颜色变化  65-66
  4.3 本章小结  66-69
第五章 PVA改性大豆分离蛋白塑料的制备和性能测试  69-79
  5.1 PVA改性SPI塑料的制备方法  69
  5.2 PVA改性SPI塑料的XRD分析  69-70
  5.3 PVA加入量对SPI/PVA塑料的热性能的影响  70-72
    5.3.1 SPI/PVA塑料的DSC分析  70-71
    5.3.2 SPI/PVA塑料的DMTA分析  71-72
  5.4 PVA改性SPI塑料的力学性能分析  72-74
  5.5 SPI/PVA塑料的断面形貌  74-75
  5.6 PVA加入量对SPI/PVA塑料的耐水性能的影响  75-76
  5.7 本章小结  76-79
第六章结论  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
研究成果及发表的学术论文  87-89
作者和导师简介  89-92
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  92-93

大豆分离蛋白塑料的制备与性能研究

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