羽毛角蛋白再生及成絲性能研究.pdf

1、隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及消費(fèi)者需求的提高，對(duì)環(huán)境有益的新型纖維的研發(fā)越來(lái)越受到關(guān)注。在廢棄物或副產(chǎn)品中獲得的再生蛋白質(zhì)纖維是值得加以利用的新型材料。自然界中角蛋白來(lái)源廣泛，在人和動(dòng)物的表皮、毛發(fā)以及動(dòng)物的蹄、殼、爪、角等中均有存在。在我國(guó)年產(chǎn)廢棄家禽羽毛有70多萬(wàn)噸，羽毛中的角蛋白含量可以達(dá)到85％-89％?，F(xiàn)在角蛋白在生物醫(yī)藥行業(yè)、紡織行業(yè)以及動(dòng)物飼料行業(yè)等方面已有廣泛應(yīng)用。研究利用這些廢棄資源的新工藝，不但可以改善日益重視的環(huán)境問(wèn)題，

2、同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，是創(chuàng)建和諧節(jié)約型社會(huì)的重要舉措。
　　 用于紡絲的蛋白在許多方面，包括分子量、結(jié)晶度、交聯(lián)位點(diǎn)、無(wú)毒性、生物相容性、生物降解性等，都有其獨(dú)特的要求，而作為天然高分子的角蛋白是完全符合的。但因?yàn)榻堑鞍资歉缓蜴I的蛋白質(zhì)，又表現(xiàn)出與其他蛋白質(zhì)不同的特性，其中交聯(lián)度大，不容易溶解就是其中之一。現(xiàn)在利用角蛋白纖維成型的技術(shù)中，多以角蛋白與其他物質(zhì)的共聚為手段，以濕法紡絲為處理方法，以解

3、決角蛋白單獨(dú)成絲時(shí)機(jī)械性能差的缺點(diǎn)。我國(guó)在這方面的研究開(kāi)發(fā)尚處于起步階段，許多角蛋白的優(yōu)良性能還沒(méi)有被開(kāi)發(fā)利用，國(guó)內(nèi)從事角蛋白生產(chǎn)和應(yīng)用的企業(yè)寥寥可數(shù)。角蛋白作為一種用途廣泛的生物材料，蘊(yùn)藏著無(wú)限商機(jī)和美好的發(fā)展前景。
　　 本課題是將羽毛角蛋白通過(guò)改變尿素、偏重亞硫酸鈉和SDS的不同配比得到不同的的羽毛角蛋白溶解液，從而獲得了角蛋白溶液和角蛋白再生物兩類(lèi)不同性質(zhì)的成絲原材料，并分別將其制為成絲纖維。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，角蛋白溶液的粘

4、度在40cp-100000cp之間變化，而角蛋白再生物的粘度范圍在200000cp-400000cp。同時(shí)通過(guò)測(cè)定羽毛、羽毛角蛋白溶液和羽毛角蛋白再生物的紅外光譜圖，利用軟件分析，得到了三者紅外譜圖的隱峰，并由此得到了它們二級(jí)結(jié)構(gòu)的不同，發(fā)現(xiàn)β-折疊在羽毛和角蛋白再生物的優(yōu)勢(shì)存在，分別達(dá)到了45.2％、50.8％，而角蛋白溶液以α-螺旋為優(yōu)勢(shì)，達(dá)到41.8％。角蛋白溶液在轉(zhuǎn)變?yōu)榻堑鞍捉宦?lián)物的過(guò)程中，α-螺旋含量降低，β-折疊增多，發(fā)生的

5、是α-螺旋向β-折疊的轉(zhuǎn)變。通過(guò)對(duì)羽毛角蛋白、角蛋白溶液、角蛋白再生物的熱重分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理之后，角蛋白主要的失重溫度發(fā)生在100℃-400℃之間。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，冷凍干燥之后的角蛋白再生物比經(jīng)同樣處理的角蛋白溶液有更好的熱穩(wěn)定性。
　　 當(dāng)無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物作為凝固浴時(shí)，其凝固能力的順序依次為:BaCl2=CaCl2＞Al2(SO4)3＞MgSO4＞(NH4)2SO4＞KCl＞Na2SO4。當(dāng)有機(jī)溶劑CH3CH2OH、HCOOH和CH3

6、COOH作為凝固浴時(shí)，CH3CH2OH和HCOOH對(duì)角蛋白溶液的凝固作用相似，而CH3COOH對(duì)于角蛋白溶液的凝固能力較弱。同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于有機(jī)溶劑，無(wú)機(jī)鹽對(duì)于角蛋白溶液具有更好利用價(jià)值，用量少，效果快速明顯，無(wú)刺激、無(wú)毒害作用。同時(shí)，在改變凝固浴如CaCl2濃度，隨著其濃度的增加，其對(duì)角蛋白溶液的凝固效果增加，相分離能力增加。隨著溫度的升高，凝固浴的凝固能力逐漸增加。但因?yàn)檫m當(dāng)降低凝固浴溫度，可以提高纖維的致密性，減少纖維截面上

7、的孔洞，密度增大，韌性提高，有效的增強(qiáng)纖維的性能，同時(shí)考慮到成本，操作性等因素，認(rèn)定在常溫25℃下進(jìn)行纖維成型，具有更有利的優(yōu)勢(shì)。
　　 兩類(lèi)不同的成絲材料通過(guò)合適的方法制成成絲纖維后，測(cè)定其力學(xué)方面的性能。在不同線(xiàn)密度對(duì)成絲纖維力學(xué)性能的影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著纖維線(xiàn)密度的增加，其斷裂伸長(zhǎng)率增加，但是觀察拉伸斷裂強(qiáng)度，隨著線(xiàn)密度的增加，其值逐漸減少。不同凝固浴對(duì)纖維力學(xué)性能也存在顯著的影響。纖維在以CaCl2和甘油的凝固浴中凝固成

8、形之后，其拉伸強(qiáng)度較小，而且隨著甘油含量逐步增加，纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度逐漸減小，但是斷裂伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。而當(dāng)CaCl2和乙酸作為凝固浴的時(shí)候，隨著乙酸濃度的增加，拉伸斷裂強(qiáng)度逐漸增加，斷裂伸長(zhǎng)率先增加后減小。另外，對(duì)比兩者作為凝固浴時(shí)纖維的力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乙酸作為凝固浴時(shí)，纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率更好。溫度對(duì)纖維力學(xué)性能的影響也許引起注意，凝固浴溫度從10℃到45℃，拉伸率、拉伸強(qiáng)度和楊氏模量都是先增加后減小的。纖維的