大豆蛋白的化学改性及其复合材料的研究

论文摘要

本文概述了大豆蛋白质塑料材料的研究概况,蛋白质塑料材料的改性方法,以及成型工艺等。大豆蛋白质塑料的加工流动性差、力学性差和耐水性差是制约太豆蛋白质塑料产业化的三个主要瓶颈问题。本论文主要采用化学方法及其与天然纤维和淀粉共混对大豆蛋白质塑料材料进行改性,通过对材料力学性能、加工流变性能、耐水性能的测试,并借助扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）和红外光谱分析（FTIR）等手段,研究了各种改性化学试剂及增强增塑方法和含量对体系基本性能的影响及其与形态结构之间的关系。对大豆蛋白质塑料材料改性分别从以下方面进行研究：（a）本文先后使用了二甲基二氯硅烷（DMCS）和表面活性剂对豆粕（SM）塑料材料进行化学改性。结果表明：对SM进行化学改性时,当SM处在无酸无碱的环境下,表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）用量为1.6phr时,化学改性SM塑料材料达到最佳的力学性能。（b）针对大豆蛋白塑料力学性能较差的问题,采用化学改性和填充改性的方法制备大豆分离蛋白（SPI）与亚麻（FF）、苎麻（RF）复合材料。结果表明,添加两种天然纤维对SPI的增强效果都比较显著,硬度和拉伸强度对比SPI有了很大的提高,当RF用量为10phr时,复合材料的拉伸强度和硬度达到最佳,对复合材料吸水率的测定也较改性前有了很大的改善。（c）本文分别通过在70℃时将原淀粉与DMCS-SPI在水中共混,在25℃下将原淀粉与DMCS-SPI在水溶液中共混,二甲基亚砜（DMSO）改性淀粉后与改性DMCS-SPI共混,来找到最佳的共混方法。实验结果表明,DMSO改性淀粉的加入,体系的力学性能有一定的提高,加工性能有所改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 概述
• 1.2 大豆蛋白产品的组成和提取
• 1.2.1 SM主要成分机器分离方法
• 1.2.2 SPI的概述
• 1.2.3 大豆蛋白质的化学组成与分子结构
• 1.2.4 大豆蛋白质的基本性质
• 1.2.5 蛋白质塑料的改性研究
• 1.3 大豆蛋白/天然纤维复合材料
• 1.3.1 复合材料概述
• 1.3.2 天然纤维复合材料概述
• 1.3.3 纤维增强复合材料的机理
• 1.3.4 提高天然纤维复合材料界面相容性的方法
• 1.3.5 纤维长径比对复合材料性能的影响
• 1.4 大豆蛋白/改性淀粉复合材料
• 1.4.1 淀粉的化学组成与分子结构
• 1.4.2 淀粉的基本性质
• 1.4.3 大豆蛋白和淀粉的改性工艺
• 1.5 本课题研究目的及主要意义
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验原材料
• 2.2 实验设备仪器
• 2.3 实验工艺流程及工艺条件
• 2.3.1 对SM的化学改性研究
• 2.3.2 SPI/天然纤维复合材料研究
• 2.3.3 SPI/改性淀粉共混材料样品的制备方法
• 2.4 测试与表征
• 2.4.1 DSC分析
• 2.4.2 TGA分析
• 2.4.3 红外分析
• 2.4.4 力学性能测试
• 2.4.5 流变性能测试
• 2.4.6 硬度测试
• 2.4.7 形态结构分析
• 2.4.8 吸水率的测定
• 3 结果与讨论
• 3.1 DMCS改性SM塑料材料体系的研究
• 3.1.1 尿素与硫脲对SM塑料化学改性的影响
• 3.1.2 NaOH与Na2SO3对SM化学改性的影响
• 3.1.3 不同种酸对SM化学改性的影响
• 3.1.4 DMCS改性SM的加工性能分析
• 3.2 表面活性剂改性SM材料体系的研究
• 3.2.1 不同种酸对表面活性剂改性SM的影响
• 3.2.2 不同种酸、碱配方对表面活性剂改性SM材料的影响
• 3.2.3 SDBS含量对SM改性的影响
• 3.2.4 SDS含量对改性SM的影响
• 3.2.5 十二烷基磺酸钠含量对改性SM材料体系的影响
• 3.2.6 化学改性SM材料的热性能分析
• 3.2.7 化学改性SM材料的红外分析
• 3.2.8 化学改性SM材料的断面形态
• 3.3 FF对SPI/FF复合材料性能的影响
• 3.3.1 FF的加料顺序对SPI/FF复合体系的影响
• 3.3.2 FF含量对SPI/FF复合材料性能的影响
• 3.4 RF对SPI/RF复合材料性能的影响
• 3.4.1 不同粒径RF对SPI/RF复合材料性能的影响
• 3.4.2 RF用量对SPI/RF复合材料性能的影响
• 3.5 SPI/DMSO-淀粉复合材料体系的研究
• 3.5.1 在不同温度下加入原淀粉及原淀粉含量对共混体系的影响
• 3.5.2 DMSO改性淀粉与DMCS-SPI的共混体系的研究
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间论文发表情况
• 8 致谢