小麥蛋白質(zhì)的流變行為和力學(xué)性能研究.pdf

1、廢棄塑料對環(huán)境造成的“白色污染”日益嚴(yán)重，已經(jīng)危及人類健康、生存和可持續(xù)發(fā)展。生物可降解材料的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，成為21世紀(jì)的重要課題之一。由于來源豐富，小麥蛋白質(zhì)作為可再生資源制備生物可降解的環(huán)境友好材料，成為新興的備受關(guān)注課題。 本文以小麥谷朊粉(貯藏蛋白)為主要原料，制備谷朊粉/甘油、谷朊粉/淀粉/甘油、谷朊粉/富谷蛋白組分/甘油、谷朊粉/纖維素/甘油等蛋白質(zhì)復(fù)合物，深入研究了增塑劑含量、模壓溫度、酸堿性、填料等對增塑小

2、麥蛋白質(zhì)或小麥蛋白質(zhì)塑料(復(fù)合材料)的流變行為與力學(xué)性能的影響，并考察了堿性谷蛋白水性醇溶液的流變行為。 采用高溫模壓法制備了甘油增塑小麥蛋白質(zhì)塑料。發(fā)現(xiàn)，增塑劑甘油顯著影響蛋白質(zhì)塑料的力學(xué)性能。隨增塑劑含量增高斷裂強(qiáng)度與楊氏模量降低，斷裂伸長率增大。蛋白質(zhì)塑料的吸水性主要取決于甘油含量，隨增塑劑含量增高吸水平衡時間與平衡吸水率提高。 研究了酸、堿對小麥蛋白質(zhì)塑料的流變行為與單/雙軸力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，常溫下，酸、

3、堿均促進(jìn)蛋白質(zhì)交聯(lián)反應(yīng)，使儲能模量(G')與損耗模量(G")增大。與堿性試樣相比較，酸性試樣初期交聯(lián)速率較高，tanδ隨酸含量增大而降低，隨堿含量增大而升高；特征松弛時間(τc)隨酸含量增大而向短時區(qū)域移動，隨堿含量增大而向長時區(qū)域移動，表明加入酸使體系彈性增大為主，加入堿使體系黏性增大為主。此外，還發(fā)現(xiàn)酸可略微提高80。C模壓體系的楊氏模量(EU)與斷裂強(qiáng)度(σbr)，而堿可顯著提高80℃模壓體系EU與σbr。加入酸可降低110℃模壓

4、體系的交聯(lián)密度，使EU與σbr，略有降低，而含量低于1 wt％的堿可顯著提高使玩與σbr；堿含量過大時，蛋白質(zhì)降解導(dǎo)致玩與σbr減小。模壓溫度從80℃升到110℃，谷朊粉塑料EU、σbr與εbr，均所有提高。 采用熱壓法和冷壓法制備了谷朊粉/淀粉/甘油塑料。結(jié)果表明，G'與G"均隨淀粉含量增高而增大。復(fù)合體系在升溫過程中出現(xiàn)橡膠平臺，但淀粉僅起填料作用不發(fā)生凝膠化。淀粉的加入?yún)s使大應(yīng)變下拉伸應(yīng)力顯著降低。另一方面，含水量顯著影響

5、復(fù)合材料的力學(xué)性能。過量水分在淀粉粒子與蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)間起著潤滑作用，降低分子間作用力，致使其強(qiáng)度下降。從谷朊粉分離得到富谷蛋白組分。研究了谷朊粉/富谷蛋白組/甘油共混體系的流變行為和力學(xué)性能。結(jié)果表明，隨富谷蛋白組分含量增大，混體系G'、G"與EB增大，tanδ降低，在低頻區(qū)域逐漸出現(xiàn)“第二平臺”，特征松弛時間(τc)縮短，且交聯(lián)速率和交聯(lián)密度均顯著增大。含醇溶蛋白時，試樣先后出現(xiàn)應(yīng)變軟化與應(yīng)變硬化行為，而不含醇溶蛋白的試樣未出現(xiàn)應(yīng)變軟化

6、行為，在應(yīng)變硬化行為過程中發(fā)生破裂。隨富谷蛋白組分含量增加，高溫模壓試樣玩增大，σrb，與εbr降低，表明醇溶蛋白對小麥蛋白質(zhì)塑料大變形能力有著決定性作用。 采用熱壓法制備了谷朊粉/甲基纖維素/甘油復(fù)合材料料，研究了其流變行為與力學(xué)性能。結(jié)果表明，隨纖維素含量增高，G'、G"、EU與σbr增大，tanδ與εbr降低，玻璃化溫度(Tg)升高，而隨甲基纖維素含量增高，模壓交聯(lián)材料的G'與G"在低頻區(qū)逐漸呈現(xiàn)“第二平臺”，且tanδ出

7、現(xiàn)峰值，表明纖維素-蛋白質(zhì)相互作用使纖維素起到物理交聯(lián)的作用。 用堿性乙醇溶液制備了谷蛋白溶液，其流變行為結(jié)果表明，48 mg ml-1堿性谷蛋白溶液常溫下呈現(xiàn)弱非牛頓流體行為，其零切黏度為珈η0=0237 Pa-s，無限剪切黏度η∞=0.0125 Pa·s，剪切變稀指數(shù)n=0.931。隨濃度降低，溶液牛頓流體特性增強(qiáng)。熱處理溫度顯著影響谷蛋白溶液的穩(wěn)態(tài)流變特性。熱處理溫度從30℃升高至90℃時，溶液黏度降低，剪切變稀現(xiàn)象減弱。