大豆分离蛋白/淀粉可生物降解材料的制备及其特性研究

论文摘要

本文利用大豆分离蛋白（SPI）和淀粉制备可生物降解材料，系统地研究了相关工艺及其参数。制备SPI/淀粉可生物降解材料的最佳热压条件为：热压温度为120℃，热压压力15MPa，热压时间为15min。在淀粉含量为15%的条件下，采用五因素二次正交旋转组合试验设计对SPI/淀粉可生物降解材料的改性条件进行优化，得出最佳工艺条件为丁二酸酐添加量30%，超声波功率240W，反应时间30分钟，甘油添加量20.27%，水添加量6%，在此条件下制得材料的断裂伸长率为301.82%，拉伸强度为6.84MPa，吸水率为46.74%。降解试验结果显示：SPI/淀粉可生物降解材料在49天内，水性土壤液环境中试样失重率为62.14%，在自然土埋环境中试样失重率为67.72%。运用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、氨基酸分析仪、X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、TG-DTA/DSC综合热分析仪、HAAKE转矩流变仪等分析手段对SPI在形成材料前后的结构、组成和特性进行了研究。FTIR分析结果表明:在SPI/淀粉可生物降解材料中，SPI与淀粉分子之间发生了反应，出现了新的N-H键。SPI/淀粉可生物降解材料的二级结构中，α-螺旋含量多于SPI，β-折叠和β-转角含量少于SPI，无序结构含量多于SPI，SPI/淀粉复合物分子的空间结构发生了变化。氨基酸分析结果表明：与SPI相比，SPI/淀粉材料的氨基酸总含量降低，各个氨基酸的含量都有所降低，其中的精氨酸和赖氨酸含量减少较多。X-射线衍射分析结果表明：原料SPI的结晶度为52.34%，SPI材料的结晶度为56.51%，SPI/淀粉可生物降解材料的结晶度为54.38%，SPI/淀粉可生物降解材料的结晶度小于SPI材料。SEM分析结果表明：在SPI/淀粉可生物降解材料中，SPI与淀粉分子共价结合后，复合物分子体积增大扩散开来，减少了分子的聚集。热力学性能测试分析表明：原料SPI、SPI材料和SPI/淀粉可生物降解材料的玻璃转化温度分别为56.52℃、43.22℃和40.12℃。SPI/淀粉可生物降解材料的热失重过程主要分为三个过程：100℃左右是材料中水分的挥发，100℃～242.68℃是甘油的挥发，242.68℃之后是SPI/淀粉复合物分子的降解。当温度达到440.50℃时，SPI/淀粉可生物降解材料的残余质量百分数为34.04%。HAAKE转矩流变仪研究表明：在SPI/淀粉可生物降解材料中，SPI与淀粉分子之间发生复合反应形成新的相互作用力，引起材料的流变学性能的变化，SPI/淀粉体系的扭矩变化趋势呈现出双峰的趋势，体系的扭矩增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 可生物降解材料的研究概况
• 1.2.2 大豆蛋白质的化学组成和结构
• 1.2.3 大豆蛋白可生物降解材料的研究进展
• 1.2.3.1 大豆蛋白可生物降解材料制备方法的研究进展
• 1.2.3.2 大豆蛋白可生物降解材料的改性研究
• 1.3 研究中存在的主要问题
• 1.4 研究的主要内容
• 第二章 SPI/淀粉可生物降解材料的制备
• 2.1 主要材料与试剂
• 2.2 主要仪器与设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 原料主要成分分析
• 2.3.2 SPI/淀粉可生物降解材料的制备工艺研究
• 2.3.2.1 SPI/淀粉可生物降解材料的制备
• 2.3.2.2 SPI/淀粉可生物降解材料的改性条件的单因素试验
• 2.3.2.4 SPI/淀粉可生物降解材料的改性条件响应面正交试验设计
• 2.3.2.5 SPI/淀粉可生物降解材料的热压工艺研究
• 2.3.3 SPI/淀粉可生物降解材料的性能测试与结构表征
• 2.3.3.1 SPI/淀粉可生物降解材料的力学性能测定
• 2.3.3.2 SPI/淀粉可生物降解材料的吸水性能测定
• 2.4 试验结果与讨论
• 2.4.1 大豆分离蛋白的主要成分分析结果
• 2.4.2 热压工艺条件对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.2.1 热压温度对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.2.2 热压压力对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.2.3 热压时间对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.3 改性条件对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.3.1 淀粉含量对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.3.2 丁二酸酐添加量对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.3.3 反应时间对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.3.4 超声波功率对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.3.5 甘油添加量对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.3.6 水添加量对 SPI/淀粉可生物降解材料性能影响规律的研究
• 2.4.4 五因素二次正交旋转组合试验设计优化 SPI/淀粉可生物降解材料改性条件
• 2.4.4.1 断裂伸长率的分析
• 2.4.4.2 拉伸强度的分析
• 2.4.4.3 吸水率的分析
• 2.4.4.4 SPI/淀粉可生物降解材料的分析的最佳工艺条件的确定
• 2.5 小结
• 第三章 SPI/淀粉可生物降解材料的降解性和流变学性能研究
• 3.1 主要材料与试剂
• 3.2 主要仪器与设备
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 SPI/淀粉可生物降解材料的降解性研究
• 3.3.1.1 水性土壤培养液法生物降解性试验
• 3.3.1.2 自然土埋法生物降解性试验
• 3.3.1.3 流变学性能测定
• 3.4 试验结果与讨论
• 3.4.1 SPI/淀粉可生物降解材料降解性能的研究
• 3.4.1.1 SPI/淀粉可生物降解材料在水性培养液中的降解
• 3.4.1.2 SPI/淀粉可生物降解材料在自然土埋法中的降解
• 3.4.2 SPI/淀粉可生物降解材料的流变学性能研究
• 3.5 小结
• 第四章 SPI/淀粉可生物降解材料的结构特性研究
• 4.1 主要材料与试剂
• 4.2 主要仪器与设备
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 大豆蛋白的热力学性能研究
• 4.3.2 SPI/淀粉可生物降解材料的二级结构研究
• 4.3.3 8SPI/淀粉可生物降解材料的微观结构研究
• 4.3.4 SPI/淀粉可生物降解材料的 X-射线衍射分析研究
• 4.3.5 氨基酸分析
• 4.4 试验结果与讨论
• 4.4.1 SPI/淀粉可生物降解材料 FTIR 和二级结构分析
• 4.4.2 SPI/淀粉可生物降解材料的氨基酸分析
• 4.4.3 SPI/淀粉可生物降解材料的 X-射线衍射分析
• 4.4.4 SPI/淀粉可生物降解材料的扫描电镜分析
• 4.4.5 SPI/淀粉可生物降解材料的热力学性能研究
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 5.1 大豆分离蛋白/淀粉可生物降解材料的制备
• 5.2 SPI/淀粉可生物降解材料的降解性和流变学性能研究
• 5.3 SPI/淀粉可生物降解材料的结构特性研究
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介