大豆分离蛋白的热塑改性应用基础研究

论文摘要

本课题在国家“十一五”科技支撑计划课题《矿冶重金属废水生物质吸附材料的研制与研究》（批准号: 2007BAB18B08 ）的资助下,围绕环境友好、满足实际使用需求,运用接枝共聚方法,采用丙烯酸甲酯（ MA）和甲基丙烯酸甲酯（ MMA）作为反应单体,对大豆分离蛋白（ SPI）进行热塑改性。应用现代分析手段,研究了热塑性大豆分离蛋白（ T-SPI）的热学性质、力学性质、流变性质、光谱学性质等。研究结果表明:（ 1）接枝共聚反应中,随着尿素和引发剂浓度的增加、反应温度的升高和反应时间的延长,T-SPI的接枝率分别呈现先增大后减小的趋势。同时,T-SPI的接枝率随着单体浓度的增加而逐渐增加,但是,当其增加到一定浓度后,接枝率的增加趋势减缓并趋于平滑。通过正交试验,得到了不同单体对SPI热塑改性的最佳工艺条件。用MA进行SPI热塑改性的最佳工艺条件为:反应温度70℃,引发剂浓度70mmol/L,反应时间3h,尿素浓度3.6mol/L,单体浓度2.64mol/L。用MMA进行SPI热塑改性的最佳工艺条件为:反应温度70℃,引发剂浓度70mmol/L,尿素浓度2.4mol/L,反应时间4h,单体浓度2.66mol/L;用两种混合单体（质量配比为1:1）进行SPI热塑改性的最佳工艺条件为:反应温度70℃,引发剂浓度105mmol/L,尿素浓度2.4mol/L,反应时间3h,单体浓度2.66mol/L。在最佳改性条件下,最终接枝率分别达到70%, 79%和71%。（2）红外光谱分析表明SPI和不同单体均发生了接枝共聚反应。热塑材料的红外图谱在1738 cm?1左右出现了单体的羧基特征吸收峰,且峰的强度随着接枝率的提高而增加,而单体中包含的甲基、亚甲基、酯键等对应的特征吸收峰也得到相应的增强。T-SPI的XRD图谱中在10.3°和21.8°出现升高或降低的变化,说明反应破坏了SPI分子内部二级结构和氢键,使得α螺旋结构,β折叠结构和氢键强度所对应的弥散峰位出现上升或下降的趋势。（3）对T-SPI进行微观形貌扫描,可以看出不同单体改性后的T-SPI呈现不同的微观形貌。用MA改性的T-SPI呈现片状,经过MMA改性的T-SPI则呈现絮状,混合单体改性的T-SPI所呈现的微观状态与接枝率有较大关系,接枝率较低时呈现絮状,而接枝率较高时则呈现片层结构。（4）各种单体与SPI接枝共聚反应后,T-SPI的分解温度均上升,表明其热稳定性明显提高,,其中又以混合单体改性的T-SPI的热稳定性最佳。所有热塑材料均可在较低的温度下实现分子的运动, MA改性的T-SPI的玻璃化转变温度为20-25℃, MMA改性的T-SPI为120-130℃,而混合单体改性的T-SPI则为60-65℃,说明材料具备了成为热塑材料的可能性。（5）对不同单体改性后的T-SPI进行转矩流变分析,验证了所有热塑材料均有较好的加工性能,接枝率较高的几组平衡扭矩和塑化时间与高密度聚乙烯较吻合,说明了材料具有较好的热塑性。（6）通过对几种不同单体改性的T-SPI进行力学性能测试,可以看出,MA改性的T-SPI可用作柔性材料,MMA改性的T-SPI可用作硬性塑料,而混合单体改性的T-SPI则可根据不同接枝率用作不同用途。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 大豆蛋白的理化性质
• 1.2.1 大豆蛋白质的分类及氨基酸含量
• 1.2.2 大豆蛋白质的空间结构
• 1.2.3 大豆蛋白质的变性
• 1.2.4 大豆蛋白的溶解性
• 1.2.5 大豆蛋白的乳化性
• 1.2.6 大豆蛋白的发泡性
• 1.2.7 大豆蛋白的凝胶性
• 1.2.8 大豆蛋白的改性
• 1.3 大豆蛋白热塑改性及其研究进展
• 1.3.1 物理改性
• 1.3.2 化学改性
• 1.3.3 混合改性
• 1.4 本课题的研究内容
• 1.5 本课题研究的创新和意义
• 1.5.1 创新点
• 1.5.2 意义
• 2 大豆蛋白热塑改性基础研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 设备仪器
• 2.2.3 热塑性大豆蛋白的制备
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 丙烯酸甲酯改性大豆分离蛋白
• 2.3.2 甲基丙烯酸甲酯对大豆蛋白热塑改性
• 2.3.3 丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯对大豆蛋白热塑改性.
• 2.4 本章小结
• 3 不同接枝率的丙烯酸甲酯（MA）对大豆蛋白热塑改性
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 测试方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 红外分析
• 3.3.2 晶态分析
• 3.3.3 微观形貌分析
• 3.3.4 热重分析
• 3.3.5 差热分析
• 3.3.6 流动性分析
• 3.4 本章小结
• 4 不同接枝率的甲基丙烯酸甲酯（MMA）对大豆蛋白热塑改性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 测试方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 红外分析
• 4.3.2 晶态分析
• 4.3.3 微观结构分析
• 4.3.4 热重分析
• 4.3.5 差热分析
• 4.3.6 流动性分析
• 4.4 本章小结
• 5 混合改性大豆蛋白热塑性
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料
• 5.2.2 主要仪器
• 5.2.3 测试方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 红外分析
• 5.3.2 晶态分析
• 5.3.3 微观结构分析
• 5.3.4 热重分析
• 5.3.5 差热分析
• 5.3.6 流动性分析
• 5.4 本章小结
• 6. 不同单体改性大豆蛋白热塑性的性能比较
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 材料
• 6.2.2 主要仪器
• 6.2.3 测试方法
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 机理分析
• 6.3.2 吸水性分析
• 6.3.4 热重分析
• 6.3.5 差热分析
• 6.3.6 微观形貌分析
• 6.3.7 高温流变特性分析
• 6.3.8 力学性能分析
• 6.4 本章小结
• 结语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果