【阿里巴巴化工】復合增塑劑對大豆分離蛋白可生物降解材料性能影響的研究
陳復生1侯紅江1程小麗1宮保文1姚永志1劉東亮2
（1．河南工業大學糧油食品學院2．鄭州輕工業學院）
【摘要】本文利用水、甘油和己內酰胺作為復合增塑劑增塑PEG400改性SPI降解材料，以材料的拉伸強度、斷裂伸長率及透光率作為考察目標，并利用DSC研究了增塑劑對SPI材料的Tg的影響。研究發現：材料經復合增塑劑增塑后，材料的性能有了很大的提高，測得材料的最大拉伸強度為：17．9MPa、斷裂伸長率353．7％、透光率為40．6％。
【關鍵詞】大豆分離蛋白，可降解材料，己內酰胺，甘油
中圖分類號：TQ324．8文獻標識碼：A文章編號：1673-7199(2010)03-0094-05
塑料在給人們帶來便利的同時，也帶來了許多嚴重的問題：制造塑料的石油資源日趨枯竭，石油基塑料的大量應用也給人們帶來了全球性的環境污染問題，比如，地下水及土壤污染嚴重，動植物資源被破壞，人類的生存與健康受到嚴重威脅等。因此，尋找可持續發展的新資源，探索和研究環境友好材料，成為目前人類生存發展的一個重要課題。
大豆蛋白可生物降解材料是近年來研究的熱點之一。大豆分離蛋白分子間和分子內有很強的氫鍵、偶極作用、離子鍵、疏水相互作用及二硫共價鍵。因此，大豆蛋白形成材料時的加工流動性很差，其材料具有剛硬、脆性等缺點。而水和甘油等含有羥基的小分子增塑劑可以進入蛋白質分子之間減弱其分子間的作用力，對大豆蛋白高分子有普遍的增塑作用，能提高熔體流動性，提高材料的韌性和延展性，對加工大豆蛋白材料很有必要。本文在環氧氯丙烷體系內利用PEG400對大豆分離蛋白進行改性制備蛋白質材料，著重研究了復合增塑劑水、己內酰胺和甘油對材料拉伸強度、斷裂伸長率以及透光率的影響。
1·試驗部分
1．1主要原料與試劑
大豆分離蛋白（工業級），吉林不二大豆蛋白有限公司；環氧氯丙烷、甘油（AR）、聚乙二醇400（AR），天津市科密歐化學試劑有限公司；三乙胺（AR），汕頭市西隴化工有限公司；己內酰胺（AR），上海誠心化工有限公司。
1．2主要試驗儀器
XLB－D型平板硫化機，中國上海輕工機械股份有限公司；DW－2型多功能電動攪拌器、循環水真空泵，鞏義市英峪予華儀器廠；DP－2型集熱式磁力攪拌器，金壇市醫療儀器廠；BS210電子分析天平、JY10001型電子天平、WGT－S透光率／霧度測定儀，上海精密科學儀器有限公司；CMT0104微機控制電子萬能試驗機，深圳市新三思計量技術有限公司，CP－25沖片機，無錫東燁儀器廠；NETZSCHSTA409PC（綜合熱分析儀），德國耐馳儀器制造有限公司。
1．3試驗方法
1．3．1PEG400修飾SPI的制備
將大豆分離蛋白和環氧氯丙烷按照1∶2（質量體積比）混合后倒入三角瓶，水浴加熱下磁力攪拌使SPI分散均勻后，逐步加入15％（相對于蛋白質量）PEG400、3mL三乙胺在50℃下反應50min，反應完畢后將樣品抽濾15min、自然晾干、備用。
1．3．2試樣的制備
取10gSPI及定量的甘油、水和己內酰胺置于燒杯中，用玻璃棒快速攪拌至蛋白粉蓬松無塊狀，放入平板硫化機的模具中加熱加壓15min后取出，冷卻至室溫后制樣并測性能。
1．3．3大豆分離蛋白可降解材料性能的測定
按照GB／T1040－92進行測定。
1．3．4大豆蛋白可生物降解材料透光率的測定
透光率的測定：將1．3．2中制取的樣品用潔凈的紗布擦干凈，放在霧度儀上，取三個不同部位測試透光率，求其算術平均值作為該試樣的透光率值。
1．3．5大豆蛋白的熱力學性能的測定
差示掃描量熱分析（DSC）在NETZSCHSTA409PC熱分析儀上進行，氮氣氛圍，溫度范圍為20～250℃，升溫速率為10℃／min。
2·結果與討論
2．1己內酰胺添加量對材料性能的影響
2．1．1己內酰胺添加量對材料力學性能的影響
由圖1和圖2可知：隨著己內酰胺添加量的增加，材料的拉伸強度和斷裂伸長率均呈現先增大后減小的趨勢，己內酰胺添加量為3．6g時，拉伸強度達到最大，添加量為3g時，斷裂伸長率達到最大值。
本試驗中采用己內酰胺、水和甘油作為復合增塑劑，水在溶解己內酰胺的過程中作為引發劑使己內酰胺開環與蛋白質分子的極性基團接枝，增長了蛋白質的分子鏈，蛋白質分子間的相互作用加強，使其材料的拉伸強度和斷裂伸長率均增大。隨著添加量的繼續增加，己內酰胺開環與蛋白質接枝反應完成，己內酰胺開環自聚進入蛋白質分子之間，在材料的形成過程中作為一種外源物填充于材料內部，從而破壞了材料的單相性和均勻性，使材料在受力的過程中容易產生應力集中，因而，隨著添加量的繼續增加材料的拉伸強度和斷裂伸長率不斷減小。
2．1．2己內酰胺添加量對材料透光率的影響
由圖3可知：隨著己內酰胺添加量的增加，材料的透光率呈現先增大后見減小的趨勢，當添加量3．6g時材料的透光率最大，達到41．2％。
光是一種能量，在通過高聚物材料時，高聚物分子中的不同基團會吸收與之相對應的不同能量的光波，因而大豆分離蛋白材料的透明性與蛋白質分子的形狀、大小、以及分子間作用力有關。在己內酰胺添加量比較小時，水引發己內酰胺開環與蛋白質分子的極性基團進行接枝、交聯，使蛋白質分子的表面基團減少，從而減少了蛋白質分子表面基團對光的吸收，材料的透光率增大。當己內酰胺的添加量過大時，己內酰胺開環與蛋白質接枝反應已經完成，己內酰胺開環自聚進入蛋白質分子之間，破壞了材料的均一性，增加了材料內部不同相之間對光的散射，使材料的透光率隨己內酰胺添加量的增加又呈現減小的趨勢。
2．2甘油添加量對材料性能的影響
2．2．1甘油添加量對材料力學性能的影響
由圖4和圖5可知：在甘油添加量比較小時，材料的拉伸強度比較高，斷裂伸長率則較小，材料主要表現為剛、脆的特性。隨著甘油添加量的不斷增大，材料的拉伸強度呈現為逐漸減小的趨勢，而斷裂伸長率則呈現逐漸增大的趨勢。
大豆分離蛋白中含有極性和非極性側鏈，相互之間可形成強烈的氫鍵、偶合、靜電以及疏水作用，從而限制了蛋白質分子及鏈段的運動，使材料在甘油添加量比較小時主要表現為剛、脆的特性；隨著甘油的加入，材料的拉伸強度和斷裂伸長率分別呈現逐漸減小、增大的趨勢，其原因是：甘油屬于極性物質，甘油的－OH可與蛋白質的―NH2、―NH―、―COOH等基團相互作用形成氫鍵，從而減少了蛋白質分子間的連接點，使蛋白質分子間交聯程度、分子間作用力降低，蛋白質分子鏈的移動性提高，使材料在宏觀上表現為柔的特性；另外，甘油是小分子物質，除可與蛋白質的基團相互作用外，甘油分子很容易進入到蛋白質大分子鏈之間，增大蛋白質分子鏈之間的距離，減弱蛋白質分子間作用力，降低了SPI材料的強度；同時，甘油小分子的進入，增加了蛋白質分子間的自由體積，使蛋白質分子鏈容易舒展，增加鏈的移動性，使材料隨著甘油添加量的增加表現為強度減小、斷裂伸長率提高的趨勢。另外，由圖5中還可看出：當甘油添加量達到7．5mL時，材料的斷裂伸長率略有降低，這主要是因為當甘油添加量過高時，甘油在材料中容易形成“富有”區域造成缺陷，使材料容易斷裂。
2．2．2甘油添加量對材料透光率影響的研究
由圖6可知：隨著甘油添加量的增加，材料的透光率呈現先降低后增高的趨勢。其原因是：影響材料透光率的因素包括介質對光線的散射以及外源添加劑在材料中的分布均勻程度。甘油小分子的加入，甘油小分子在材料中形成質點，從而提高了材料對光的散射，另外，甘油分子對光也會產生一定量的吸收，從而使甘油在添加量比較小時，材料的透光率主要表現下降的趨勢。隨著甘油添加量的增加，甘油與蛋白質分子的極性基團相互作用破壞了蛋白質分子間的氫鍵作用，降低了分子鏈的結晶性；另一方面，甘油小分子的加入，增大了蛋白質分子鏈之間的距離，使蛋白質分子鏈更容易舒展，從而增加了蛋白質分子鏈的移動性和蛋白質熔體的流動性，改善了材料的內部微觀結構，使材料的透光率得到提高。因此，隨著甘油添加量的繼續增加，材料的透光率又呈現逐漸增大的趨勢。
2．3水添加量對材料性能的影響
2．3．1水添加量對材料力學性能的影響
由圖7和圖8可知：隨著水添加量的增加，SPI材料的拉伸強度呈逐漸減小的趨勢，斷裂伸長率呈現逐漸增大的趨勢。其原因是：相對于蛋白質等大分子來說，水也是一種極性小分子，且與甘油相比水分子的分子體積更小、極性更大，增塑效率高于甘油。與甘油分子類似，水分子填充于蛋白質分子鏈之間，使蛋白質分子鏈之間距離增大，分子間相互作用力減弱，從而增加了蛋白質分子鏈的移動性，材料的斷裂伸長率提高、拉伸強度降低，材料主要表現為柔的特性；另外，本試驗中采用水、甘油和己內酰胺復合增塑劑，水和甘油間的極性基團羥基可形成分子間氫鍵，從而增加了水的穩定性，使之比單一用水或甘油表現出具有更高的增塑效率。
2．3．2水添加量對材料透光率的影響
由圖9可知：隨著水添加量的增加，SPI材料的透光率呈現逐漸降低的趨勢。其原因是：極性小分子水，是制備SPI材料的良好增塑劑，水的加入不僅可以提高材料的斷裂伸長率，改善的SPI材料“剛、脆”的特性，還可以極大的改善SPI材料的加工性能。但是，在常溫下水的沸點不高，使水在SPI材料的加工成型過程中容易揮發，在材料中容易形成微小的氣孔，從而增加了材料對光的散射。因此，隨著水添加量的增加，SPI材料的透光率會逐漸減小。
2．4交聯、增塑對SPI材料熱性能影響的研究
本試驗采用DSC法測量SPI材料的玻璃化轉變溫度，其原理是：高分子材料加溫到某一時刻，其鏈段開始運動，材料變軟，此時稱玻璃化轉變，在DSC曲線上表現為基線偏移，出現一個臺階。玻璃化轉變溫度的確定，一般為基線的交點A或中點B，如圖10所示。本試驗采用B點表示SPI材料的玻璃化轉變溫度，測得結果如圖11、圖12和圖13所示。
由圖可知：純SPI熱壓材料的玻璃化轉變溫度為61．41℃；SPI經交聯改性再熱壓成型后材料的玻璃化轉變溫度有了很大的提高，達到74．15℃；SPI經改性，水、甘油和己內酰胺復合增塑劑增塑后，材料的玻璃化轉變溫度有所降低為71．87℃。
高分子的玻璃化轉變是聚合物的玻璃態與高彈態之間的轉變，玻璃化轉變溫度是聚合物分子鏈段凍結與運動的轉變點，影響聚合物玻璃化轉變溫度的主要因素有：聚合物的主鏈結構、聚合物相鄰分子間的作用力、分子量以及聚合物的交聯度等，聚合物的分子間作用力、分子量越大、交聯度越高，聚合物的玻璃化轉變溫度就越高。SPI經改性、模壓后制成的材料比純SPI模壓材料的玻璃化轉變溫度提高，其原因是：PEG400與環氧氯丙烷在堿性環境中生成的聚乙二醇縮水甘油醚與大豆分離蛋白的極性基團相互作用，使蛋白質之間發生分子內和分子間交聯，蛋白質分子間的排列更加緊密，使其制成材料的網狀結構得到加強，分子間作用力增大，材料的內能增加，分子鏈段運動所需的熱能增大，SPI材料的玻璃化轉變溫度增加。因此，蛋白質經改性后制成材料的玻璃化轉變溫度比純蛋白質材料的玻璃化轉溫度高。
玻璃化轉變溫度是高分子鏈柔性的宏觀體現，是高聚物的一個重要特征參數，也是度量高聚物鏈段運動的特征溫度，聚合物分子鏈的柔順性越高，回轉半徑小，其玻璃化轉變溫度就越低，反之，聚合物的玻璃化轉變溫度就越高。SPI材料經復合增塑劑增塑后，材料的玻璃化轉變溫度降低，其原因是：①復合增塑劑的極性基團與大豆分離蛋白的極性基團發生作用，從而屏蔽了分子主鏈的極性，破壞了原來蛋白分子及極性基團相互吸引而形成的物理交聯點，使蛋白質分子間交聯程度和分子間作用力降低，蛋白質分子鏈的移動性提高，SPI材料的玻璃化轉變溫度降低；②復合增塑劑分子比大豆分離蛋白分子小的多，它們的活動性很強，容易填充在大豆分離蛋白之間，從而增大了蛋白質分子鏈的距離，使分子鏈的自由體積增大，分子鏈致密性減小，分子鏈的活動性增大，柔順性增加，因此需要較少的能量即可使SPI材料從玻璃態向高彈態發生轉變，即材料的玻璃化轉變溫度降低。
3·結論
（1）試驗證明，復合增塑劑在增塑PEG400改性大豆分離蛋白可降解材料的過程中，各種因素對材料的拉伸強度、斷裂伸長率和透光率都有比較顯著的影響。材料拉伸強度的最佳條件分別為：己內酰胺3．6g、甘油1．5mL和水1mL；材料斷裂伸長率和透光率的最佳條件分別為：己內酰胺3g、3．6g；甘油6．0、7．5mL；水5mL、1mL；
（2）蛋白質經交聯改性、模壓后，材料的玻璃化轉變溫度為74．15℃，比純SPI模壓材料（61．41℃）增高了12．74℃；蛋白質經交聯、增塑后，模壓制成材料的玻璃化轉變溫度為71．87℃，即增塑劑有助于降低SPI材料的玻璃化轉變溫度。
參考文獻
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基金項目：國家自然科學基金資助項目（20676026）；河南省高校杰出人才創新工程項目（2004KYCX004）
作者簡介：陳復生（1963—），男，河南孟津人，教授、博士、博導，研究方向為食品資源開發與利用。通信地址：（450052）河南省鄭州市嵩山南路140號
陳復生1侯紅江1程小麗1宮保文1姚永志1劉東亮2
（1．河南工業大學糧油食品學院2．鄭州輕工業學院）
【摘要】本文利用水、甘油和己內酰胺作為復合增塑劑增塑PEG400改性SPI降解材料，以材料的拉伸強度、斷裂伸長率及透光率作為考察目標，并利用DSC研究了增塑劑對SPI材料的Tg的影響。研究發現：材料經復合增塑劑增塑后，材料的性能有了很大的提高，測得材料的最大拉伸強度為：17．9MPa、斷裂伸長率353．7％、透光率為40．6％。
【關鍵詞】大豆分離蛋白，可降解材料，己內酰胺，甘油
中圖分類號：TQ324．8文獻標識碼：A文章編號：1673-7199(2010)03-0094-05
塑料在給人們帶來便利的同時，也帶來了許多嚴重的問題：制造塑料的石油資源日趨枯竭，石油基塑料的大量應用也給人們帶來了全球性的環境污染問題，比如，地下水及土壤污染嚴重，動植物資源被破壞，人類的生存與健康受到嚴重威脅等。因此，尋找可持續發展的新資源，探索和研究環境友好材料，成為目前人類生存發展的一個重要課題。
大豆蛋白可生物降解材料是近年來研究的熱點之一。大豆分離蛋白分子間和分子內有很強的氫鍵、偶極作用、離子鍵、疏水相互作用及二硫共價鍵。因此，大豆蛋白形成材料時的加工流動性很差，其材料具有剛硬、脆性等缺點。而水和甘油等含有羥基的小分子增塑劑可以進入蛋白質分子之間減弱其分子間的作用力，對大豆蛋白高分子有普遍的增塑作用，能提高熔體流動性，提高材料的韌性和延展性，對加工大豆蛋白材料很有必要。本文在環氧氯丙烷體系內利用PEG400對大豆分離蛋白進行改性制備蛋白質材料，著重研究了復合增塑劑水、己內酰胺和甘油對材料拉伸強度、斷裂伸長率以及透光率的影響。
1·試驗部分
1．1主要原料與試劑
大豆分離蛋白（工業級），吉林不二大豆蛋白有限公司；環氧氯丙烷、甘油（AR）、聚乙二醇400（AR），天津市科密歐化學試劑有限公司；三乙胺（AR），汕頭市西隴化工有限公司；己內酰胺（AR），上海誠心化工有限公司。
1．2主要試驗儀器
XLB－D型平板硫化機，中國上海輕工機械股份有限公司；DW－2型多功能電動攪拌器、循環水真空泵，鞏義市英峪予華儀器廠；DP－2型集熱式磁力攪拌器，金壇市醫療儀器廠；BS210電子分析天平、JY10001型電子天平、WGT－S透光率／霧度測定儀，上海精密科學儀器有限公司；CMT0104微機控制電子萬能試驗機，深圳市新三思計量技術有限公司，CP－25沖片機，無錫東燁儀器廠；NETZSCHSTA409PC（綜合熱分析儀），德國耐馳儀器制造有限公司。
1．3試驗方法
1．3．1PEG400修飾SPI的制備
將大豆分離蛋白和環氧氯丙烷按照1∶2（質量體積比）混合后倒入三角瓶，水浴加熱下磁力攪拌使SPI分散均勻后，逐步加入15％（相對于蛋白質量）PEG400、3mL三乙胺在50℃下反應50min，反應完畢后將樣品抽濾15min、自然晾干、備用。
1．3．2試樣的制備
取10gSPI及定量的甘油、水和己內酰胺置于燒杯中，用玻璃棒快速攪拌至蛋白粉蓬松無塊狀，放入平板硫化機的模具中加熱加壓15min后取出，冷卻至室溫后制樣并測性能。
1．3．3大豆分離蛋白可降解材料性能的測定
按照GB／T1040－92進行測定。
1．3．4大豆蛋白可生物降解材料透光率的測定
透光率的測定：將1．3．2中制取的樣品用潔凈的紗布擦干凈，放在霧度儀上，取三個不同部位測試透光率，求其算術平均值作為該試樣的透光率值。
1．3．5大豆蛋白的熱力學性能的測定
差示掃描量熱分析（DSC）在NETZSCHSTA409PC熱分析儀上進行，氮氣氛圍，溫度范圍為20～250℃，升溫速率為10℃／min。
2·結果與討論
2．1己內酰胺添加量對材料性能的影響
2．1．1己內酰胺添加量對材料力學性能的影響
由圖1和圖2可知：隨著己內酰胺添加量的增加，材料的拉伸強度和斷裂伸長率均呈現先增大后減小的趨勢，己內酰胺添加量為3．6g時，拉伸強度達到最大，添加量為3g時，斷裂伸長率達到最大值。
本試驗中采用己內酰胺、水和甘油作為復合增塑劑，水在溶解己內酰胺的過程中作為引發劑使己內酰胺開環與蛋白質分子的極性基團接枝，增長了蛋白質的分子鏈，蛋白質分子間的相互作用加強，使其材料的拉伸強度和斷裂伸長率均增大。隨著添加量的繼續增加，己內酰胺開環與蛋白質接枝反應完成，己內酰胺開環自聚進入蛋白質分子之間，在材料的形成過程中作為一種外源物填充于材料內部，從而破壞了材料的單相性和均勻性，使材料在受力的過程中容易產生應力集中，因而，隨著添加量的繼續增加材料的拉伸強度和斷裂伸長率不斷減小。
2．1．2己內酰胺添加量對材料透光率的影響
由圖3可知：隨著己內酰胺添加量的增加，材料的透光率呈現先增大后見減小的趨勢，當添加量3．6g時材料的透光率最大，達到41．2％。
光是一種能量，在通過高聚物材料時，高聚物分子中的不同基團會吸收與之相對應的不同能量的光波，因而大豆分離蛋白材料的透明性與蛋白質分子的形狀、大小、以及分子間作用力有關。在己內酰胺添加量比較小時，水引發己內酰胺開環與蛋白質分子的極性基團進行接枝、交聯，使蛋白質分子的表面基團減少，從而減少了蛋白質分子表面基團對光的吸收，材料的透光率增大。當己內酰胺的添加量過大時，己內酰胺開環與蛋白質接枝反應已經完成，己內酰胺開環自聚進入蛋白質分子之間，破壞了材料的均一性，增加了材料內部不同相之間對光的散射，使材料的透光率隨己內酰胺添加量的增加又呈現減小的趨勢。
2．2甘油添加量對材料性能的影響
2．2．1甘油添加量對材料力學性能的影響
由圖4和圖5可知：在甘油添加量比較小時，材料的拉伸強度比較高，斷裂伸長率則較小，材料主要表現為剛、脆的特性。隨著甘油添加量的不斷增大，材料的拉伸強度呈現為逐漸減小的趨勢，而斷裂伸長率則呈現逐漸增大的趨勢。
大豆分離蛋白中含有極性和非極性側鏈，相互之間可形成強烈的氫鍵、偶合、靜電以及疏水作用，從而限制了蛋白質分子及鏈段的運動，使材料在甘油添加量比較小時主要表現為剛、脆的特性；隨著甘油的加入，材料的拉伸強度和斷裂伸長率分別呈現逐漸減小、增大的趨勢，其原因是：甘油屬于極性物質，甘油的－OH可與蛋白質的―NH2、―NH―、―COOH等基團相互作用形成氫鍵，從而減少了蛋白質分子間的連接點，使蛋白質分子間交聯程度、分子間作用力降低，蛋白質分子鏈的移動性提高，使材料在宏觀上表現為柔的特性；另外，甘油是小分子物質，除可與蛋白質的基團相互作用外，甘油分子很容易進入到蛋白質大分子鏈之間，增大蛋白質分子鏈之間的距離，減弱蛋白質分子間作用力，降低了SPI材料的強度；同時，甘油小分子的進入，增加了蛋白質分子間的自由體積，使蛋白質分子鏈容易舒展，增加鏈的移動性，使材料隨著甘油添加量的增加表現為強度減小、斷裂伸長率提高的趨勢。另外，由圖5中還可看出：當甘油添加量達到7．5mL時，材料的斷裂伸長率略有降低，這主要是因為當甘油添加量過高時，甘油在材料中容易形成“富有”區域造成缺陷，使材料容易斷裂。
2．2．2甘油添加量對材料透光率影響的研究
由圖6可知：隨著甘油添加量的增加，材料的透光率呈現先降低后增高的趨勢。其原因是：影響材料透光率的因素包括介質對光線的散射以及外源添加劑在材料中的分布均勻程度。甘油小分子的加入，甘油小分子在材料中形成質點，從而提高了材料對光的散射，另外，甘油分子對光也會產生一定量的吸收，從而使甘油在添加量比較小時，材料的透光率主要表現下降的趨勢。隨著甘油添加量的增加，甘油與蛋白質分子的極性基團相互作用破壞了蛋白質分子間的氫鍵作用，降低了分子鏈的結晶性；另一方面，甘油小分子的加入，增大了蛋白質分子鏈之間的距離，使蛋白質分子鏈更容易舒展，從而增加了蛋白質分子鏈的移動性和蛋白質熔體的流動性，改善了材料的內部微觀結構，使材料的透光率得到提高。因此，隨著甘油添加量的繼續增加，材料的透光率又呈現逐漸增大的趨勢。
2．3水添加量對材料性能的影響
2．3．1水添加量對材料力學性能的影響
由圖7和圖8可知：隨著水添加量的增加，SPI材料的拉伸強度呈逐漸減小的趨勢，斷裂伸長率呈現逐漸增大的趨勢。其原因是：相對于蛋白質等大分子來說，水也是一種極性小分子，且與甘油相比水分子的分子體積更小、極性更大，增塑效率高于甘油。與甘油分子類似，水分子填充于蛋白質分子鏈之間，使蛋白質分子鏈之間距離增大，分子間相互作用力減弱，從而增加了蛋白質分子鏈的移動性，材料的斷裂伸長率提高、拉伸強度降低，材料主要表現為柔的特性；另外，本試驗中采用水、甘油和己內酰胺復合增塑劑，水和甘油間的極性基團羥基可形成分子間氫鍵，從而增加了水的穩定性，使之比單一用水或甘油表現出具有更高的增塑效率。
2．3．2水添加量對材料透光率的影響
由圖9可知：隨著水添加量的增加，SPI材料的透光率呈現逐漸降低的趨勢。其原因是：極性小分子水，是制備SPI材料的良好增塑劑，水的加入不僅可以提高材料的斷裂伸長率，改善的SPI材料“剛、脆”的特性，還可以極大的改善SPI材料的加工性能。但是，在常溫下水的沸點不高，使水在SPI材料的加工成型過程中容易揮發，在材料中容易形成微小的氣孔，從而增加了材料對光的散射。因此，隨著水添加量的增加，SPI材料的透光率會逐漸減小。
2．4交聯、增塑對SPI材料熱性能影響的研究
本試驗采用DSC法測量SPI材料的玻璃化轉變溫度，其原理是：高分子材料加溫到某一時刻，其鏈段開始運動，材料變軟，此時稱玻璃化轉變，在DSC曲線上表現為基線偏移，出現一個臺階。玻璃化轉變溫度的確定，一般為基線的交點A或中點B，如圖10所示。本試驗采用B點表示SPI材料的玻璃化轉變溫度，測得結果如圖11、圖12和圖13所示。
由圖可知：純SPI熱壓材料的玻璃化轉變溫度為61．41℃；SPI經交聯改性再熱壓成型后材料的玻璃化轉變溫度有了很大的提高，達到74．15℃；SPI經改性，水、甘油和己內酰胺復合增塑劑增塑后，材料的玻璃化轉變溫度有所降低為71．87℃。
高分子的玻璃化轉變是聚合物的玻璃態與高彈態之間的轉變，玻璃化轉變溫度是聚合物分子鏈段凍結與運動的轉變點，影響聚合物玻璃化轉變溫度的主要因素有：聚合物的主鏈結構、聚合物相鄰分子間的作用力、分子量以及聚合物的交聯度等，聚合物的分子間作用力、分子量越大、交聯度越高，聚合物的玻璃化轉變溫度就越高。SPI經改性、模壓后制成的材料比純SPI模壓材料的玻璃化轉變溫度提高，其原因是：PEG400與環氧氯丙烷在堿性環境中生成的聚乙二醇縮水甘油醚與大豆分離蛋白的極性基團相互作用，使蛋白質之間發生分子內和分子間交聯，蛋白質分子間的排列更加緊密，使其制成材料的網狀結構得到加強，分子間作用力增大，材料的內能增加，分子鏈段運動所需的熱能增大，SPI材料的玻璃化轉變溫度增加。因此，蛋白質經改性后制成材料的玻璃化轉變溫度比純蛋白質材料的玻璃化轉溫度高。
玻璃化轉變溫度是高分子鏈柔性的宏觀體現，是高聚物的一個重要特征參數，也是度量高聚物鏈段運動的特征溫度，聚合物分子鏈的柔順性越高，回轉半徑小，其玻璃化轉變溫度就越低，反之，聚合物的玻璃化轉變溫度就越高。SPI材料經復合增塑劑增塑后，材料的玻璃化轉變溫度降低，其原因是：①復合增塑劑的極性基團與大豆分離蛋白的極性基團發生作用，從而屏蔽了分子主鏈的極性，破壞了原來蛋白分子及極性基團相互吸引而形成的物理交聯點，使蛋白質分子間交聯程度和分子間作用力降低，蛋白質分子鏈的移動性提高，SPI材料的玻璃化轉變溫度降低；②復合增塑劑分子比大豆分離蛋白分子小的多，它們的活動性很強，容易填充在大豆分離蛋白之間，從而增大了蛋白質分子鏈的距離，使分子鏈的自由體積增大，分子鏈致密性減小，分子鏈的活動性增大，柔順性增加，因此需要較少的能量即可使SPI材料從玻璃態向高彈態發生轉變，即材料的玻璃化轉變溫度降低。
3·結論
（1）試驗證明，復合增塑劑在增塑PEG400改性大豆分離蛋白可降解材料的過程中，各種因素對材料的拉伸強度、斷裂伸長率和透光率都有比較顯著的影響。材料拉伸強度的最佳條件分別為：己內酰胺3．6g、甘油1．5mL和水1mL；材料斷裂伸長率和透光率的最佳條件分別為：己內酰胺3g、3．6g；甘油6．0、7．5mL；水5mL、1mL；
（2）蛋白質經交聯改性、模壓后，材料的玻璃化轉變溫度為74．15℃，比純SPI模壓材料（61．41℃）增高了12．74℃；蛋白質經交聯、增塑后，模壓制成材料的玻璃化轉變溫度為71．87℃，即增塑劑有助于降低SPI材料的玻璃化轉變溫度。
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基金項目：國家自然科學基金資助項目（20676026）；河南省高校杰出人才創新工程項目（2004KYCX004）
作者簡介：陳復生（1963—），男，河南孟津人，教授、博士、博導，研究方向為食品資源開發與利用。通信地址：（450052）河南省鄭州市嵩山南路140號
