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小麦醇溶蛋白膜的制备与性能研究

李凌芳  
【摘要】: 近年来,合成高分子材料的大量应用所造成的环境污染问题日益严重。随着能源需求的增长,资源日益紧缺,环境友好型生物可降解材料的研究、开发和产业化,成为备受关注的重要课题。小麦蛋白质来源丰富,质优价廉,以其独特的粘弹性和良好的生物可降解性成为一种具有开发潜能的新材料。 本文以小麦醇溶蛋白为主要原料,以甘油为增塑剂,制备硬脂酸与环氧氯丙烷改性醇溶蛋白膜以及醇溶蛋白/甲基纤维素复合膜。研究制备工艺、添加剂含量、环境湿度等对醇溶蛋白膜结构、机械性能、吸湿与透湿性能、水溶解性等的影响,并考察了醇溶蛋白/甲基纤维素复合溶液与凝胶的动态流变行为。 分别采用模压法和溶液浇铸法制备了硬脂酸改性小麦醇溶蛋白膜,发现模压法制备的膜性能明显优于溶液浇铸法。随着硬脂酸含量增大,模压膜弹性模量增大,吸湿率略有降低,而透湿率明显降低。模压膜呈现相分离结构,在-100℃到150℃出现三个玻璃化转变峰。硬脂酸改性可降低蛋白质富集相的非均质程度,并使甘油富集相玻璃化转温度(T_g)向高温移动。 以环氧氯丙烷为改性剂,采用溶液浇铸法制备了小麦醇溶蛋白膜。结果表明,合适添加量的环氧氯丙烷可显著提高醇溶蛋白膜的弹性模量与拉伸强度,降低断裂伸长率。环氧氯丙烷改性造成膜的水溶解度下降,透湿率略有降低,但不影响吸湿性。改性醇溶蛋白膜呈现相分离结构,甘油富集区T_g略向高温移动,蛋白质富集相的非均质程度明显降低。 以醇溶蛋白为基本成膜物质,通过添加不同比例的甲基纤维素(MC)制备复合膜。在复合膜中,MC与醇溶蛋白发生物理共混,不存化学键合。添加10%以下的MC可显著提高醇溶蛋白膜的力学性能,使吸湿性略有下降,但同时造成透湿率与与水溶性增大。动态力学性能测试表明,复合膜呈非均质结构,MC的加入可显著提高玻璃化转变区模量。 在醇溶蛋白/MC溶液中,MC可显著增大醇溶蛋白醇/水溶液的黏度与屈服应力。MC浓度较低时,醇溶蛋白醇/水溶液处于线性粘弹态;而MC浓度较高时,溶液呈现剪切变稀行为。在醇溶蛋白醇/水溶液升温过程中,醇溶蛋白分子发生交联,冷却后溶液弹性行为增强。高浓度MC可促进蛋白质分子间交联反应。 在25℃、pH=11条件下,MC可促进醇溶蛋白溶液凝胶,缩短凝胶时间。随MC含量增大,复合凝胶储能模量(G′)、损耗模量(G″)、损耗因子(tanδ)均显著增大,同时致使G′与G″的频率敏感性降低。在升温过程中,MC造成G′与复数黏度η~*开始下降的温度向高温移动,凝胶结构稳定性提高。


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