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小麦麸质蛋白-层状硅酸盐杂化材料研究 1 2 袁荞龙 ，祝磊 1 华东理工大学材料科学与工程学院，上海，200237 ，2 Institute of Materials Science, University of Connecticut, CT 06269 关键词：小麦麸质蛋白，层状硅酸盐，杂化材料 生态平衡和环境保护是人类可持续发展和提高人民生活质量的保证。基于矿 物燃料为原料的合成高分子材料，将随着这些资源的渐渐枯竭而面临原料的短 缺，而现代社会的发展已与这些高分子材料有着密切的关系。另一方面，基于石 油化工的高分子材料的难降解性已损害地球上的生态体系，非生物降解的塑料密 度低，大量占有填埋地，且污染环境。常见的塑料废弃物处理采用的焚烧会产生 大量二氧化碳带来全球气候的变暖，且产生的有毒气体也给环境带来了污染。因 此从长远发展看，研究开发以可再生，又易自然或生物降解的新型环境友好高分 子材料替代石油基合成高分子材料，已成为各国研究开发的热点。 小麦麸质蛋白是分子量不同的一系列生物高分子，由20 个以上有特定序列 和结构的不同氨基酸组成，呈现分子的多样性。其包含组成、结构和分子量不同 的麦谷蛋白和醇溶蛋白，占小麦蛋白的85%。小麦麸质蛋白分子间一般具有多肽 链间的氢键作用，也可通过化学交联来改进此蛋白材料的性能。麦谷蛋白和醇溶 蛋白分子链中的巯基丙氨酸间形成二硫键（-S-S-）而成为生物高分子。小麦麸 质蛋白的特殊组成和结构，也使它可降解，在有氧发酵下36 天可完全分解，堆 肥填埋35 天后完全分解[1] 。小麦麸质蛋白是可再生和生物降解的生物聚合物（农 业高分子），价格便宜，国际市场价为$1.1/kg，优越的阻气（O 、CO 和乙烯） 2 2 性能。小麦蛋白可分散在水中或醇中，再浇铸成膜，也可用热塑性塑料成型法加 工，其刚性与环氧树脂相当，可作为工程塑料应用到建筑与汽车工业中。这种蛋 白材料的刚性和强度好，但脆性大。水、多元醇和低聚糖可用作增塑剂来提高材 料的弯曲强度以减少脆性，，饱和脂肪酸也可增塑小麦蛋白材料，且可增加膜材 料的阻气性能。 有机聚合物-无机纳米复合材料能显著改进材料的性能。聚合物-层状硅酸盐 纳米复合材料可改进材料在固态和熔融态的高储能模量、提高拉伸、弯曲强度及 热变形温度、增加材料的硬度和耐磨性、降低易燃性和气体的渗透性等，有关这 方面的必威体育精装版研究工作进展已有详细的文献总结。由糖、玉米等发酵而得到丙交酯 再开环聚合而成的高分子量聚乳酸的性能优于许多石油基的塑料，且原料完全源 自可再生的农产品，又易生物降解，具有潜在的商业前景。但聚乳酸材料的成本、 弯曲强度、热变形温度、气体渗透性、冲击强度、熔体粘度等的不足却影响了它 的许多应用。聚合物-有机改性层状硅酸盐纳米复合材料技术已表明可有效改善 [2] 有机材料的这些性能，且聚乳酸的生物可降解性也得以提高 。 [3] 欧美学者对小麦麸质蛋白薄膜材料的研究已有大量工作，并有专著论述 。 本研究尝试用纳米材料通过杂化技术来改进提高小麦麸质蛋白材料的性能，对材 料的力学性能、热性能和阻隔性能等的影响研究，可为此环境友好材料的工程化 打下基础。用溶液法在酸性水溶液中将小麦麸质蛋白和钠型蒙脱土溶解、分散后， 经冷冻干燥，得到小麦麸质蛋白-蒙脱土杂化粉末，再用热模压法可得杂化膜片。 用XRD、DMA 等对小麦麸质蛋白-蒙脱土杂化材料的结构与性能进行了研究。图1 是该杂化材料的XRD 分析结果，从图中(a)可看出，杂化粉末中蒙脱土 （001）型 的结晶峰已消失，说明在小麦麸质蛋白中加入至w=0.3 的质量百分比时，蒙脱土 都能为小麦蛋白分子所完全剥离。图 1 （b）中也未见模压后蒙脱土重新堆积的 （