蛋白质基共混材料微形貌控制及其纳米晶增强复合材料

Non-bioactive plant protein falls in the category of eco-friendly natural polymers. In this proposed research, the soy protein/biodegradable polyester blends will be fabricated via extrusion process. The morphology of the blends will be controlled by varying the kind and contents of the protein plasticizer. To further improve the performance of the protein based blends, water soluble polymers, such as poly (ethylene oxide)-absorbed nanocrystals (also based on natural polymers) will be added. The morphology, structure and properties of the resulting protein based materials will be studied by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, dynamic mechanical analysis, etc. Relation between soy protein and the additives such as nanocrystals or plasticizers will be investigated in detail. It is anticipated that the morphology-control mechanism in the protein phase by plasticizers, as well as the selective distribution of nanocrystals in the hydrophilic protein/hydrophobic polyester blends, will be elucidated. The objective of this work is to pave a green and convenient way to advance the study of environmental friendly renewable resources.

非生理活性植物蛋白质是一类性能优良的环境友好型天然生物高分子材料。本项目拟利用大豆蛋白质为主要原料，通过螺杆机等加工设备制备蛋白质/生物降解性聚酯共混材料，通过改变蛋白质增塑剂种类和含量的方法改变蛋白质相/聚酯相粘度比，以此来控制体系中蛋白质相的微形貌结构；同时利用水溶性高分子（聚氧化乙烯等）包覆处理天然高分子纳米晶，并用其增强蛋白质/聚酯共混材料。采用扫描电镜、透射电镜、动态力学性能分析等表征材料的微形貌、结构和性能。研究增塑剂对蛋白质相形貌的调控功能以及纳米晶在亲水性蛋白质/疏水性聚酯共混材料中选择性分布的机理，由此制备出性能优良，同时又保持生物降解性的新型蛋白材料。本项目利用可再生资源制备高性能环境友好材料，符合可持续发展战略和国家目标，预计成果将具有原创性、学术价值和应用前景。

大豆蛋白质是一类性能优良的环境友好型天然生物高分子材料。本项目通过将大豆蛋白质与疏水性、亲水性两类合成高分子熔融共混，掌握了蛋白质与不同亲水亲油性高分子共混的工艺，改善蛋白质材料力学性能和防水性能差的缺点；研究了大豆蛋白质等天然高分子的分子链构象和分子运动，基本弄清了增塑剂存在下的相形貌调控机理；研究增容剂对共混材料相容性、两相分散性能以及物理性能的影响。具体来说，通过将SPI与PBAT熔融共混制备了一种新型生物降解塑料。该共混材料在高蛋白质含量时仍具有良好的韧性，同时具有良好的生物降解性能。采用PBAT-g-MA为增容剂后，共混材料两相相容性及分散效果更佳，力学性能进一步改善。同时，蛋白质增塑剂含量的变化会改变蛋白质相在基体中的分散，随着增塑剂含量的增加，共混体系的粘度降低，共混材料的韧性提高。与亲水性高分共混方面，在水存在下用熔融法制备了甘油增塑的SPI/PVA共混膜。该共混材料具有优异的力学性能，此外，SPI的加入使共混膜的热稳定性和氧气阻隔性能都高于纯PVA膜。通过加入纳米填料可进一步改善SPI/PVA材料的力学及阻隔性能。因此，本项目通过分子设计和结构调控制备出具有优良力学性能、耐水性和热稳定性，同时又保持生物降解性的新型蛋白质塑料。在此基础之上我们进一步研究了天然高分子纳米晶材料以及淀粉基共混材料。此类新型材料环境友好，可替代部分石油基不可生物降解产品，为我国白色污染治理和经济发展做出重大贡献。