Белоксодержащие пеноматериалы, их получение и применение

Белоксодержащие пеноматериалы, их получение и применение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

По данной заявке испрашивается приоритет находящейся в процессе одновременного рассмотрения предварительной заявки на патент США с порядковым номером 61/246215, поданной 28 сентября 2009 года, находящейся в процессе одновременного рассмотрения предварительной заявки на патент США № 61/246208, поданной 28 сентября 2009 года, и находящейся в процессе одновременного рассмотрения предварительной заявки на патент США № 61/157944, поданной 6 марта 2009 года, полное содержание каждой из которых включено в описание посредством ссылки.

Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к белоксодержащим пеноматериалам, их получению и их применению.

Уровень техники

Пеноматериалы используются в большом разнообразии промышленных и потребительских областей применения, включающих, например, теплоизоляцию пеноматериалами, упаковочные пеноматериалы, ударопрочные прокладки, обратные стороны покрытий, декоративные пеноматериалы для имитации деревянных украшений (мебели) и т.д. Использование таких пеноматериалов продолжает расти во всем мире. Этот рост может быть приписан, среди прочего, их легкой массе, хорошему соотношению прочности и массы, их теплоизоляционным и звукоизоляционным свойствам и энергопоглощающим свойствам пеноматериалов. Полиуретановые пеноматериалы являются очень популярными и могут быть изготовлены в разнообразных отличающихся формах. Например, полиуретановый пенопласт может быть изготовлен в гибкой, полужесткой или жесткой форме, причем гибкие пенопласты обычно являются более мягкими, менее плотными, более эластичными и более подверженными структурному восстановлению после нагрузки, чем жесткие пенопласты.

Получение полиуретановых пенопластов экстенсивно обсуждалось в области пеноматериалов. Тем не менее, общим подходом получения полиуретановых пенопластов является получение по реакции полиола и изоцианата, в результате которой образуется уретановая группа скелета молекулы. Обычно вспенивающий агент, например, инертный газ или соединение, которое образует газ, используют для создания пор внутри пеноматериала. Дополнительные модулирующие агенты, например, катализаторы и поверхностно-активные вещества, могут быть добавлены в процессе получения для модуляции свойств полученного вспененного продукта.

Недавно были предприняты попытки замены или сокращения применения сложного или простого полиэфирполиолов при получении полиуретановых пенопластов с более многосторонними, возобновляемыми, менее дорогостоящими и более благоприятными в отношении окружающей среды компонентами. Например, были получены пеноматериалы с использованием триглицеридов жирных кислот, полученных из растений. Поскольку такие материалы являются возобновляемыми, относительно недорогими, многосторонними и благоприятными в отношении окружающей среды, они являются желаемыми в качестве ингредиентов для получения пеноматериалов.

Однако все еще существует потребность в разработке возобновляемых, менее дорогостоящих и более благоприятных в отношении окружающей среды агентов, которые могут модулировать свойства пеноматериала. Например, могли бы быть выгодными возобновляемые материалы, которые можно использовать для улучшения свойств пеноматериала, таких как более высокий подъем пены, однородная пористая структура и/или пеноматериал более низкой плотности. Особенно ценным мог бы быть материал, присутствующий в побочных продуктах отходов, который может быть получен экономично и в больших количествах.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение основывается, отчасти, на открытии того, что некоторые белковые композиции, получаемые из различных исходных материалов, например, биомассы растительных отходов, могут быть использованы для модуляции свойств пеноматериала и могут, например, давать пеноматериалы более низкой плотности, содержащие большее количество меньших по размеру, более однородных пор.

В одном аспекте изобретение обеспечивает выделенную, водорастворимую полипептидную композицию, способную стабилизировать пеноматериал на основе полиуретана. Выделенная, водорастворимая полипептидная фракция имеет один или несколько из следующих признаков: (a) полоса поглощения амида-I между приблизительно 1633 см^-1 и 1680 см^-1, как определено ИК-Фурье-спектроскопией твердого состояния (FTIR); (b) полоса амида-II между приблизительно 1522 см^-1 и 1560 см^-1, как определено FTIR твердого состояния; (c) две выраженные полосы поглощения валентных колебаний N-H 1° амида с центрами в области около 3200 см^-1 и около 3300 см^-1, как определено FTIR твердого состояния; (d) выраженный кластер протонированных ядер азота, определяемый в границах химического сдвига ¹⁵N в области около 94 м.д. и около 100 м.д., и в границах химического сдвига ¹H в области около 7,6 м.д. и около 8,1 м.д., как определено с помощью жидкофазного двумерного ЯМР протон-азотного взаимодействия; (e) средняя молекулярная масса между приблизительно 600 и приблизительно 2500 Дальтон; (f) неспособность стабилизировать эмульсию типа масло-в-воде, в которой, когда водный раствор, содержащий 14 массовых частей белка, растворенных или диспергированных в 86 массовых частях воды, смешивают с 14 массовыми частями полимерного дифенилметандиизоцианата (PMDI), водный раствор и PMDI образуют нестабильную суспензию, которая макроскопически разделяется на фазы при статических условиях в течение пяти минут после смешивания; (g) водорастворимая полипептидная композиция способна стабилизировать пеноматериал на основе полиуретана относительно пеноматериала на основе полиуретана, образованного из той же самой исходной композиции, но лишенной водорастворимой белковой композиции; и (h) водорастворимая полипептидная композиция способна уменьшать плотность пеноматериала на основе полиуретана по меньшей мере на 5% (например, по меньшей мере на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 100%) относительно пеноматериала на основе полиуретана, полученного из той же самой исходной композиции, но лишенной водорастворимой белковой композиции.

В другом аспекте изобретение обеспечивает способ получения выделенной, водорастворимой полипептидной композиции для использования при получении пеноматериала. Данный способ включает: (a) диспергирование белоксодержащего исходного материала в водном растворе при рН больше, чем приблизительно 6,5, в течение по меньшей мере 5 минут с получением суспензии, содержащей частицы вещества; (b) после стадии (a), необязательно уменьшение рН до приблизительно 4,0-5,0; и затем отделение водного раствора от содержащего частицы вещества с получением тем самым раствора, обогащенного в отношении водорастворимой полипептидной композиции, описанной в данном документе.

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает одну или несколько следующих стадий: (i) перед стадией (a), расщепление исходного материала ферментом; (ii) после стадии (a), расщепление суспензии ферментом; (iii) после стадии (b), расщепление суспензии ферментом; или (iv) после стадии (c), расщепление раствора, обогащенного водорастворимой полипептидной композицией, ферментом. Пригодные ферменты включают, например, серин-, лейцин-, лизин- или аргинин-специфическую протеазу. Способ необязательно дополнительно включает сушку водорастворимой полипептидной композиции, полученной на стадии (c).

В каждом из аспектов водорастворимая белковая композиция может быть получена из материала животного происхождения (например, молока и молочной сыворотки, рыбной кормовой муки, ткани животных) или из материала растительного происхождения (например, кукурузы, пшеницы, подсолнечника, хлопка, семян рапса, канолы (брюквы) (Brassica napus L. var. rapifera), клещевины, сои, рыжика посевного, льна, ятрофы, мальвы, земляного ореха, водорослей, бобовых, пальмы, табака, жома (выжимок) сахарного тростника и их комбинаций). В некоторых других вариантах осуществления исходным материалом (биомассой) в способе получения водорастворимой белковой композиции могут быть мука канолы, белковый изолят канолы, мука клещевины, белковый изолят клещевины или их комбинация.

В другом аспекте изобретение обеспечивает пеноматериал, полученный с использованием водорастворимой белковой композиции, описанной в данном документе. Пеноматериал может представлять собой пенополиуретан, который содержит продукт реакции смеси, содержащей: (a) описанную здесь водорастворимую полипептидную композицию; (b) реагент на основе изоцианата и (c) необязательное реагирующее с изоцианатом соединение. В некоторых вариантах осуществления смесь необязательно содержит дополнительно, среди других компонентов, поверхностно-активное вещество и/или катализатор и/или вспенивающий агент.

В другом аспекте изобретение обеспечивает пенополиуретан, содержащий продукт реакции смеси, содержащей (a) белоксодержащую композицию, (b) реагент на основе изоцианата и (c) необязательный реагирующий с изоцианатом компонент, где белоксодержащая композиция способна уменьшать плотность пенополиуретана по меньшей мере на 5% (например, по меньшей мере на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90%) относительно пенополиуретана, полученного из той же самой смеси, но лишенной белоксодержащей композиции. В некоторых вариантах осуществления смесь необязательно может дополнительно содержать, среди других компонентов, поверхностно-активное вещество и/или катализатор и/или вспенивающий агент.

В другом аспекте изобретение обеспечивает пенополиуретан, содержащий продукт реакции смеси, содержащей (a) выделенную белоксодержащую композицию, причем белоксодержащая композиция способна диспергировать PMDI в водной среде, (b) реагент на основе изоцианата и (c) необязательный реагирующий с изоцианатом компонент. Белоксодержащая композиция содержит водонерастворимую/вододиспергируемую белковую фракцию либо отдельно, либо в комбинации с водорастворимой белковой фракцией. В некоторых вариантах осуществления смесь необязательно может дополнительно содержать, среди других компонентов, поверхностно-активное вещество и/или катализатор, или вспенивающий агент.

В каждом из предыдущих аспектов реагентом на основе изоцианата может быть органический полиизоцианат, например, полимерный дифенилметандиизоцианат, 2,4-толуолдиизоцианат, 2,6-толуолдиизоцианат, бензолдиизоцианат, м-ксилилендиизоцианат, 1,4-фенилендиизоцианат, 1,3-фенилендиизоцианат, 4,4'-дифенилдиизоцианат, 4,4'-дифенилдиметилметандиизоцианат, гексаметилендиизоцианат, толидиндиизоцианат, дианизидиндиизоцианат, 1,5-нафталиндиизоцианат, 1,4-циклогександиизоцианат или их комбинация. Альтернативно или дополнительно, реагент на основе изоцианата содержит уретан, аллофанат, мочевину, биурет, карбодиимид, уретонимин, изоцианурат или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления реагентом на основе изоцианата может быть полимерный дифенилметандиизоцианат.

Реагирующим с изоцианатом соединением может быть соединение, способное нуклеофильно реагировать с изоцианатом. Например, реагирующим с изоцианатом соединением может быть соединение, имеющее, например, гидроксильную группу или аминогруппу, способную реагировать с изоцианатом. В некоторых вариантах осуществления реагирующим с изоцианатом соединением является полиол, например, полиол, полученный из касторового масла, льняного масла или соевого масла. В некоторых других вариантах реагирующим с изоцианатом соединением является полиол, инициируемый соединением, выбранным из группы, состоящей из глицерина, триметилолпропана, триэтаноламина, пентаэритрита, сорбита, сахарозы, диамина, толуолдиамина, диаминодифенилметана, полиметиленполифениленполиамина, этаноламина, диэтаноламина или их смеси. Кроме того, реагирующее с изоцианатом соединение может включать водонерастворимую/вододиспергируемую полипептидную композицию, используемую отдельно или в комбинации с любым из вышеупомянутых реагирующих с изоцианатом соединений. Водонерастворимая/вододиспергируемая полипептидная композиция способна образовывать дисперсию с реагентом на основе изоцианата и становиться интегральным структурным компонентом полученного отвержденного пеноматериала. Однако, в отличие от водорастворимых полипептидных белков, водонерастворимые полипептидные композиции обычно не уменьшают плотность полученного пеноматериала.

Альтернативно или дополнительно, реагирующим с изоцианатом соединением может быть простой политиоэфир с концевой гидроксильной группой, полиамид, сложный полиэфирамид, поликарбонат, полиацеталь, полиолефин или полисилоксан, или сложный полиэфир, полученный конденсацией гликоля или полиола с более высокой функциональностью с дикарбоновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления реагирующим с изоцианатом соединением является полиоксипропиленгликоль, полипропиленоксид-этиленоксид, пропиленгликоль, пропандиол, глицерин, аминалкоксилат или их смесь. В некоторых других вариантах осуществления реагирующим с изоцианатом соединением является полиоксипропиленгликоль.

В некоторых вариантах осуществления пеноматериал имеет плотность в диапазоне от приблизительно 0,01 г/см³ до приблизительно 0,5 г/см³, как определено при помощи ASTM D-7487. В некоторых вариантах осуществления пеноматериал может иметь плотность, которая является на 5%-80% меньше, чем плотность пеноматериала, созданного из той же самой исходной композиции, но которая лишена водорастворимой полипептидной композиции, описанной здесь, или белоксодержащей композиции, которая содержит количество водорастворимого белка, достаточное для уменьшения плотности полученного пеноматериала. В некоторых других вариантах осуществления время “сливок” пеноматериала (период между смешиванием компонентов для изготовления пенополиуретана и переходом в сметанообразную массу), определяемое при помощи ASTM D-7487, составляет менее одной минуты. В некоторых других вариантах осуществления свободная высота подъема пеноматериала, определяемая при помощи ASTM D7487, больше, чем свободная высота подъема пеноматериала из той же самой исходной композиции, но лишенной водорастворимой полипептидной композиции, описанной здесь, или белоксодержащей композиции, которая содержит количество водорастворимого белка, достаточное для уменьшения плотности полученного пеноматериала. Например, свободная высота подъема пеноматериала может быть по меньшей мере на 5% больше, чем высота подъема пеноматериала, созданного из той же самой исходной композиции, но лишенной таких белков. В некоторых других вариантах осуществления пеноматериал имеет большее количество меньших по размеру, более однородных пор по сравнению с пеноматериалом, созданным из той же самой исходной композиции, но лишенной водорастворимой полипептидной композиции, описанной здесь, или белоксодержащей композиции, которая содержит количество водорастворимого белка, достаточное для уменьшения плотности полученного пеноматериала.

В другом аспекте изобретение обеспечивает способ получения пенополиуретана, который включает стадии: (a) смешивания белоксодержащей композиции (например, водорастворимой полипептидной композиции, описанной здесь) и реагента на основе изоцианата с получением смеси; и (b) выдерживания смеси для образования пенополиуретана. Хотя водорастворимая фракция не требует обязательного выделения, чтобы быть эффективной в уменьшении плотности полученного пеноматериала, при определенных условиях желательным является разделение водорастворимой и водонерастворимой белковых фракций и добавление их в регулируемых соотношениях для модуляции свойств полученных пеноматериалов. В некоторых вариантах осуществления смесь на стадии (a) дополнительно содержит реагирующее с изоцианатом соединение. Реагент на основе изоцианата и реагирующее с изоцианатом соединение могут быть теми же самыми, которые описаны выше, для других аспектов изобретения.

Смесь на стадии (a) необязательно содержит дополнительно вспенивающий агент или соединение, которое образует вспенивающий агент. Понятно, что при определенных обстоятельствах вода способна образовывать вспенивающий агент. Водорастворимый белок может быть растворен, диспергирован или суспендирован в воде, в растворе, содержащем реагент на основе изоцианата, или в растворе, содержащем реагирующее с изоцианатом соединение.

В некоторых вариантах осуществления смесь на стадии (a) может дополнительно содержать катализатор, который способствует образованию пеноматериала. Примеры катализаторов включают, например, дилаурат дибутилолова, диацетат дибутилолова, триэтилендиамин, 2,2'-диметиламинодиэтиловый эфир, 2-диметиламиноэтанол, октоат двухвалентного олова, октоат калия, соль щелочного металла карбоновой кислоты или их комбинацию. Альтернативно или дополнительно, смесь на стадии (a) дополнительно содержит поверхностно-активное вещество, например, простой полиэфир силикона. Альтернативно или дополнительно, смесь на стадии (a) может дополнительно содержать добавку, выбранную из группы, состоящей из антипирена, наполнителя, армирующего материала, подавителя дыма, биоцида, инертного пластификатора, антистатического агента и их комбинаций.

В некоторых вариантах осуществления реагент на основе изоцианата составляет приблизительно от 10% (мас./мас.) до приблизительно 90% (мас./мас.) исходных материалов, используемых для получения пеноматериала. В некоторых других вариантах осуществления реагирующее с изоцианатом соединение составляет приблизительно от 10% (мас./мас.) до приблизительно 90% (мас./мас.) исходных материалов, используемых для получения пеноматериала. В некоторых других вариантах осуществления белоксодержащая композиция (например, водорастворимая полипептидная композиция) составляет приблизительно от 0,01% (мас./мас.) до приблизительно 50% (мас./мас.) исходных материалов, используемых для получения пеноматериала. В некоторых других вариантах осуществления пеноматериал получают при Индексе в диапазоне приблизительно от 250% до приблизительно 800%.

В другом аспекте изобретение обеспечивает премикс для получения пенополиуретана, включающий: белоксодержащую композицию (например, водорастворимую полипептидную композицию, описанную здесь, водонерастворимую/вододиспергируемую полипептидную композицию или их смесь) и реагент на основе изоцианата. Белоксодержащая композиция характеризуется как способная уменьшать плотность пенополиуретана по меньшей мере на 5% (например, по меньшей мере на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90%) относительно пенополиуретана, образованного из той же самой смеси, но лишенной белоксодержащей композиции. Премикс включает также, среди других компонентов, реагирующее с изоцианатом соединение, вспенивающий агент или соединение, которое образует вспенивающий агент, поверхностно-активное вещество и катализатор, который способствует образованию пеноматериала.

Реагент на основе изоцианата, реагирующее с изоцианатом соединение, вспенивающий агент или соединение, которое образует вспенивающий агент, поверхностно-активное вещество и катализатор могут быть такими же, какие обсуждались в описании выше. В некоторых вариантах осуществления реагент на основе изоцианата составляет приблизительно от 10% (мас./мас.) до приблизительно 90% (мас./мас.) премикса. В некоторых вариантах осуществления реагирующее с изоцианатом соединение составляет приблизительно от 10% (мас./мас.) до приблизительно 90% (мас./мас.) премикса. В некоторых других вариантах осуществления белоксодержащая композиция (например, водорастворимая полипептидная композиция) составляет приблизительно от 0,01% (мас./мас.) до приблизительно 99% (мас./мас.) исходных материалов, используемых для получения пеноматериала.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает изделие, содержащее пеноматериал, описанный в данном документе.

Краткое описание фигур

Предшествующие и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего описания предпочтительных вариантов осуществления, иллюстрируемых в сопутствующих фигурах. Фигуры не должны обязательно сводиться к какому-либо масштабу, причем подчеркивается вместо этого иллюстрация принципов данного изобретения, в которой:

ФИГУРА 1 является блок-схемой, показывающей стадии приблизительного способа получения выделенных полипептидных композиций, используемых в практике настоящего изобретения;

ФИГУРА 2 показывает совмещенные FTIR-спектры твердого состояния для водорастворимой и водонерастворимой белковых фракций, выделенных из партии 5-90 расщепленной клещевины;

ФИГУРА 3 показывает FTIR-спектры твердого состояния выделенных водорастворимой и водонерастворимой фракций из расщепленной клещевины, где карбониламидная область является расширенной;

ФИГУРА 4 показывает FTIR-спектры твердого состояния выделенных водорастворимой и водонерастворимой фракций из расщепленной клещевины, где область валентных колебаний N-H является расширенной;

ФИГУРА 5 показывает совмещенные FTIR-спектры твердого состояния выделенных фракций из белка клещевины (партии 5-94), показывающие расширение карбониламидной области (водорастворимой фракции и водонерастворимой/вододиспергируемой фракции);

ФИГУРА 6 показывает FTIR-спектры твердого состояния выделенных водорастворимой и водонерастворимой фракций из белка клещевины (партии 5-94), где области валентных колебаний N-H и O-H являются расширенными;

ФИГУРА 7 показывает совмещенные FTIR-спектры твердого состояния выделенных водонерастворимой/вододиспергируемой фракций из белка клещевины (партии 5-94) и из расщепленной ферментом клещевины (партии 5-90);

ФИГУРА 8 показывает совмещенные FTIR-спектры твердого состояния выделенных водорастворимой и водонерастворимой фракций из расщепленной сои, где карбониламидная область является расширенной, где спектры были вертикально масштабированы для достижения эквивалентных значений интенсивности поглощения для валентных колебаний карбонильной группы амида-I;

ФИГУРА 9 показывает совмещенные FTIR-спектры твердого состояния выделенных водорастворимой и водонерастворимой фракций из расщепленной сои, где область валентных колебаний N-H является расширенной;

ФИГУРА 10 показывает совмещенные FTIR-спектры твердого состояния выделенных водорастворимых полипептидных фракций из расщепленной сои и расщепленной клещевины;

ФИГУРА 11 показывает совмещенные FTIR-спектры твердого состояния выделенных водонерастворимых фракций из расщепленной сои и соевой муки;

ФИГУРА 12 показывает совмещенные FTIR-спектры твердого состояния ATR поверхности выделенных водонерастворимых/диспергируемых фракций из множественных белковых проб (партии 5-81 расщепленной сои, соевой муки, партии 5-94 белкового изолята клещевины, партии 5-90 расщепленной клещевины), где карбониламидная область является расширенной;

ФИГУРА 13 является двумерным HSQC¹H-¹⁵N ЯМР-спектром для расщепленной клещевины (партии 5-83) в d6-ДМСО, показывающим две представляющие интерес области, обозначенные как Область A и Область B;

ФИГУРА 14 является двумерным HSQC¹H-¹⁵N ЯМР-спектром для водонерастворимой/диспергируемой полипептидной фракции, полученной из расщепленной клещевины (партии 5-83), в d6-ДМСО, вновь показывающим Область A и Область B;

ФИГУРА 15 показывает пенополиуретановые материалы, полученные в соответствии с процедурами в примере 5.

ФИГУРА 16 показывает пенополиуретановые материалы, полученные в соответствии с процедурами в примере 9.

ФИГУРА 17 показывает пенополиуретановые материалы, полученные в соответствии с процедурами в примере 10, где фигура 17(A) показывает соотношение 9:10 полиизоцианат:PMDI и фигура 17(B) показывает соотношение 10:10 полиизоцианат:PMDI.

ФИГУРА 18 показывает пенополиуретаны, полученные в соответствии с процедурами в примере 11.

ФИГУРА 19 показывает пенополиуретаны, полученные в соответствии с процедурами в примере 13.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение основывается, отчасти, на открытии того, что некоторые белковые фракции, полученные из различных исходных материалов (например, биомассы растительных отходов), могут быть использованы для модуляции свойств пеноматериала и могут, например, давать пеноматериалы более низкой плотности, содержащие большее количество меньших по размеру, более однородных пор. Настоящее изобретение обеспечивает выделенную, водорастворимую полипептидную композицию, способную стабилизировать пеноматериал на основе полиуретана, белоксодержащие пенополиуретаны, способы и композиции для получения белоксодержащих пенополиуретанов и изделия, содержащие указанные пенополиуретаны. Выделенная водорастворимая полипептидная композиция может быть выделена из различных источников, например, растительного материала (такого как биомасса, полученная в виде побочного продукта отходов сельскохозяйственной промышленности) или материала животного происхождения (например, молока или молочной сыворотки, рыбной кормовой муки или ткани животных).

Было обнаружено, что определенные белковые фракции (которые могут включать выделенные водорастворимые белковые композиции и содержащие неочищенный белок композиции, которые содержат определенное количество водорастворимых белков) могут быть добавлены к полиуретановым пенообразующим композициям для изменения свойств полученного пенополиуретана. Например, полученный пеноматериал может иметь, например, более низкую плотность и/или меньший, более однородный размер пор относительно пеноматериалов, получаемых из тех же самых исходных материалов, но которые лишены белковой фракции. В результате, можно получать пеноматериалы, которые требуют меньше исходного материала (например, реагентов на основе изоцианата и/или реагирующих с изоцианатом соединений) для заполнения конкретного объема. В результате, можно получать пеноматериалы с желаемыми физическими характеристиками, более дешевые, чем пеноматериалы, которые лишены белков, а также можно получать пеноматериалы без применения в композиции известных поверхностно-активных веществ для пенополиуретана. Такие белоксодержащие пенополиуретаны могут быть получены путем смешивания определенных белковых композиций, описанных здесь, реагента на основе изоцианата и необязательного реагирующего с изоцианатом соединения с получением премикса, который образует пеноматериал. Дополнительное описание белковых композиций, способных стабилизировать пеноматериал на основе полиуретана, белоксодержащих пенополиуретанов, способов и композиций для получения таких белоксодержащих пенополиуретанов и изделий, содержащих указанные пенополиуретаны, представлено ниже.

I. Полипептидные композиции

Различные белковые фракции, получаемые из биомассы животного и растительного происхождения, имеют различные физические и химические свойства. В результате, белки могут быть использованы для модуляции желаемых характеристик полученных пеноматериалов. Водорастворимые белковые фракции, описанные здесь, обеспечивают пенополиуретаны, имеющие более низкую плотность и/или меньший, более однородный размер пор, по сравнению с пеноматериалами, полученными без водорастворимой белковой фракции. В некоторых вариантах осуществления водонерастворимая/вододиспергируемая белковая фракция может быть также дополнительно добавлена к премиксу, который образует пеноматериал. Добавление водонерастворимой/вододиспергируемой белковой фракции дополнительно модифицирует свойства пеноматериала, получаемого из премикса. Добавление водонерастворимых/вододиспергируемых белков может обеспечивать структурную жесткость полученного пеноматериала и/или модулировать плотность полученного пеноматериала. Кроме того, как водонерастворимая/вододиспергируемая белковая фракция, так и водорастворимая белковая фракция могут быть использованы отдельно или в комбинации для получения адгезивов, которые описаны подробно в заявке на патент США с порядковым номером 12/719521, поданной 8 марта 2010 года, описание которой включено в описание посредством ссылки.

Термины «белок» и «полипептид» используются как синонимы и относятся к полимерам, содержащим аминокислоты, которые соединены вместе, например, посредством пептидных связей или других связей, и могут содержать природные аминокислоты или модифицированные аминокислоты. Полипептиды могут быть выделены из природных источников или синтезированы с использованием стандартных химических способов. Кроме того, полипептиды могут быть модифицированы или дериватизованы либо природными процессами, такими как посттрансляционный процессинг, либо способами химической модификации, хорошо известными в данной области. Модификации или дериватизации могут происходить в любом месте полипептида, включая, например, пептидный скелет молекулы, боковые цепи аминокислот и концевые амино- или карбоксильные группы. Модификации включают, например, циклизацию, образование дисульфидной связи, деметилирование, деаминирование, образование ковалентных поперечных связей (сшивок), образование пироглутамата, формилирование, гамма-карбоксилирование, гликозилирование, образование GPI-якоря, гидроксилирование, йодирование, метилирование, миристоилирование, окисление, пегилирование, протеолитическое расщепление, фосфорилирование и т.д. Используемый в описании термин «выделенный» относится к материалу, который удален из своей первоначальной среды (например, природной среды, если он имеет природное происхождение).

Исходный материал для получения выделенных полипептидных композиций, который может представлять собой муку или белковый изолят, может быть получен из растительного материала (например, одного или нескольких компонентов из кукурузы, пшеницы, подсолнечника, хлопка, семян рапса, канолы, клещевины, сои, рыжика посевного, льна, ятрофы, мальвы, земляного ореха, пальмы, табака, жома (выжимок) сахарного тростника и водорослей) и/или материала животного происхождения (например, молока, молочной сыворотки, рыбной кормовой муки, ткани животного). Понятно, что водорастворимая белковая фракция может быть получена различными путями, например, как описано в примерах.

Например, водорастворимые белки могут быть выделены промыванием растительного или животного материала водой и простым сбором белков, которые растворяются в водных промывках. Однако понятно, что полученные промывки могут содержать соединения, отличные от водорастворимых белков, например, водорастворимые углеводы, такие как крахмалы и сахара, и т.д. Однако учитывая, что отношение водорастворимой белковой фракции к водонерастворимой/вододиспергируемой белковой фракции может варьироваться в зависимости от ряда факторов, таких как источник исходного материала, а также любых стадий обработки, которые могли уже быть проведены на исходном материале, и учитывая, что водонерастворимый/вододиспергируемый полипептид не способствует уменьшению плотности и может даже уменьшать такое действие, предпочтительно разделять две различные полипептидные фракции и затем добавлять их вместе контролируемым образом для регулирования физических и химических свойств полученного пеноматериала и для улучшения воспроизводимости полученного пеноматериала. Если уменьшения плотности не требуется в представляющем интерес пеноматериале, тогда, как должно быть понятно, можно уменьшать или полностью элиминировать водорастворимый полипептид из композиции и использовать водонерастворимый/вододиспергируемый полипептид в качестве единственного компонента на основе белка в данной композиции. Это может быть желательным, когда целесообразно получить пеноматериал с эквивалентной или более высокой плотностью (которая влияет на модуль упругости, прочность, проницаемость и т.д.), чем сравниваемый пеноматериал, который не содержит белок, или сравниваемый пеноматериал, который содержит любое количество водорастворимой полипептидной фракции.

Аналогично, следует понимать, что водонерастворимая/вододиспергируемая белковая фракция может быть получена с использованием ряда подходов, которые подробно описаны в примерах и в ожидающей одновременного рассмотрения заявке на патент США с порядковым номером 12/719521, поданной 8 марта 2010 года, описание которой включено здесь посредством ссылки. Например, неочищенная водонерастворимая/вододиспергируемая белковая фракция может быть выделена из белкового изолята сои путем промывания водой для удаления водорастворимых белков и водорастворимых компонентов из белкового изолята сои. Хотя неочищенная водонерастворимая/вододиспергируемая белковая фракция может диспергировать ряд масел, в зависимости от конкретного применения она может быть предпочтительной для выделения более чистой формы водонерастворимой/вододиспергируемой белковой фракции. Один подход для получения как водорастворимых белковых фракций, так и водонерастворимых/вододиспергируемых белковых фракций показан схематично на фигуре 1.

Как показано на фигуре 1, исходный материал (например, размолотую муку) диспергируют в водной среде (например, воде) при рН 6,5-13 в течение по меньшей мере 5 минут, по меньшей мере 20 минут, по меньшей мере 40 минут или по меньшей мере 1 часа с образованием смеси. Исходные материалы включают, без ограничения, белок молочной сыворотки, муку канолы, белковый изолят канолы, муку клещевины, белковый изолят клещевины, соевую муку или белковый изолят сои, или их комбинацию. Затем, необязательно, рН смеси может быть понижен добавлением кислоты (для обеспечения смеси с рН в диапазоне, например, 4,0-5,0) для осаждения как части водорастворимых белков, так и водонерастворимых белков. В этот момент водорастворимые белки могут быть отделены от осадка сбором супернатанта. Следует понимать, что, в некоторых вариантах осуществления, водорастворимая белковая фракция может быть собрана перед стадией снижения рН (см. фигуру 1). Другими словами, исходный материал диспергируют в водной среде (например, воде) и водорастворимый материал (содержащий водорастворимую белковую фракцию) отделяют от водонерастворимого материала с использованием общепринятых способов разделения. Альтернативно, водорастворимый белок может быть собран после снижения рН или может быть собран из промывок, например, водных промывок, водонерастворимого материала (см. фигуру 1). Понятно, что водорастворимый белок может быть получен объединением двух или более водных фракций, собранных на различных стадиях, которые содержат водорастворимый белок.

Остаточный водонерастворимый материал (например, осадок) может быть собран. Затем собранный материал может быть промыт (при определенных обстоятельствах промыт экстенсивно) водой и оставшийся водонерастворимый/вододиспергируемый материал собирают.

Вышеописанные процедуры выделения белка могут быть модифицированы для использования водно-спиртовой смеси вместо простой воды. Например, водорастворимые белки могут быть выделены промыванием растительного или животного материала водно-спиртовой смесью и просто сбором белков, которые растворяются в водно-спиртовой смеси. Пригодными для условий выделения считаются различные спирты. В некоторых вариантах осуществления спиртом является алифатический спирт, ароматический спирт или полиол, такой как PPG-2000. В некоторых вариантах осуществления отношение воды к спирту в водно-спиртовой смеси находится в диапазоне от 10:1 до 5:1, от 5:1 до 2:1, от 2:1 до 1:2, от 1:2 до 1:5 или от 1:5 до 1:10.

Понятно, что водорастворимую белковую фракцию и/или водонерастворимую/вододиспергируемую белковую фракцию можно использовать как таковую или можно высушить и хранить до использования. Сушка может быть выполнена способами, известными в данной области, включая сушку распылением, сушку замораживанием, сушку в сушильном шкафу, сушку в вакууме или воздействие обезвоживающих солей (таких как пентоксид фосфора или хлорид лития).

Понятно, что способ может также включать одну или несколько стадий расщепления ферментами и/или химического гидролиза. Расщепление можно облегчить использованием