CN102605453B - 一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法，包括：(1)将羽毛洗净、干燥得到干净羽毛；然后将干净羽毛剪碎后加入到溶解液中溶解，过滤去除残渣之后得到羽毛角蛋白溶液；(2)将上述羽毛角蛋白溶液置于成丝装置中，然后将角蛋白溶液纺成的丝送入10-40℃的凝固浴溶液中并静置使其溶胀成型；最后将成型的角蛋白纤维干燥后，得到角蛋白纤维材料。本发明的简单高效，成本低，绿色环保，使羽毛角蛋白在不与其他物质发生共聚的前提下，制成可进一步加工利用的初级纤维材料，提高了角蛋白的利用率。

Description

一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法
技术领域
本发明属于纤维材料的制备领域，特别涉及一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法。
背景技术
我国的羽毛资源极其丰富，尤其在现代农业中，大规模的家禽养殖产生了大量的角蛋白废物，其中羽毛废弃物产量最多，据统计，我国近几年家禽年出栏量均在70亿只以上，且在逐年增加。按每只家禽可产羽毛0.20kg计，则年产量达140多万吨。除了一小部分利用外，其他绝大部分作为废弃物。目前羽毛的利用量较低，不仅造成了资源的浪费，而且造成局部环境污染。
羽毛作为鸟类或鸣禽的体表保护、保温及飞行辅助物质，主要成分是角蛋白。角蛋白系硬蛋白之一，是一类具有结缔和保护功能的纤维状蛋白质。由处于a-螺旋或β-折叠构象的平行的多肽链组成不溶于水的起着保护或结构作用蛋白质。由于角蛋白含有较多的胱氨酸，故二硫键含量特别多，在蛋白质肽链中起交联作用，因此角蛋白化学性质特别稳定，有较高的机械强度。羽毛的再生不仅使固体废弃物得到有效利用，保护了人类赖以生存的生态环境，还可为人类社会可持续发展提供优质蛋白质及氨基酸资源，更符合循环经济的理念和建立节约型社会的战略要求。
将羽毛角蛋白作为成丝纤维的研究进展缓慢，一般是将角蛋白溶液与其他物质进行共聚，从而弥补角蛋白在机械性能方面的不足，进一步探索角蛋白在经过改造之后在吸收有毒有害物质方面、防水方面或者分子量方面的改变；甚至还有直接将羽毛与其他物质进行混合后探索了其消音功能。
2003年，由Kazunori Katoh等人研究的将角蛋白与聚乙烯醇共聚并湿法纺丝，所得到的纤维获得了更好的韧性；通过高温处理后，提高了防水性；并且相比于PVA，对重金属离子Ag+和有毒气体甲醛的吸附能力有所提高。在2003年中国科学院化学研究所就曾发表专利《含动物蛋白质的合成纤维及其制备方法》(公开号为1425813，公开日为2003年6月25日)，介绍了将动物(羊毛、猪毛、兔毛或牛毛)角蛋白与聚乙烯醇混合通过湿法纺丝技术将角蛋白制成了合成纤维。同年陈福库发表专利《角蛋白复合纤维及其制造方法》(公开号为1403643，公开日为2003年3月19日)也是同样将角蛋白与聚乙烯醇接枝共聚，利用湿法纺丝技术制成角蛋白复合长丝或短纤维，两者之间的差距就是角蛋白与聚乙烯醇含量的不同，并且后者将溴化氰作为了接枝共聚剂。另外还有中国华源集团有限公司发表的专利《一种动物蛋白纤维及其制备方法》(公开号为1508303，公开日为2004年6月30日)，将角蛋白与碳碳双键单体共聚，动物蛋白质占纤维总量10％-75％，通过湿法纺丝技术成丝，该专利称同一纤维截面上含有不同缩率蛋白质几率大大提高，热处理时，纤维卷曲蓬松性增加。所利用到的碳碳双键单体为丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、依康酸、丙烯酸甲酯等一种或几种。2008年宜宾丝丽雅集团公司发表了将动植物蛋白原料碱化后与交联剂和粘胶纤维以一定比例混合后进行纺丝的技术，申请了专利《蛋白粘胶纤维及其制备方法》，公开号为101298708，公开日为2008年11月5日。2007年，Krystyna
Figure BDA0000140706390000021
-Tosik分别将角蛋白与海藻酸钠和生物修饰的纤维素湿法纺丝(Krystyna
Figure BDA0000140706390000022
niewska-Tosik，Dariusz Wawro，Maria Ratajska，
Figure BDA0000140706390000023
odzimierz 
Figure BDA0000140706390000024
plewski.NovelBiocomposites with Feather Keratin.FIBRES&TEXTILES in Eastern Europe，2007，15，5-6(64-65)：157-162)。
目前，在将角蛋白应用在纤维方面的研究中，主要是将角蛋白与其他物质进行共聚。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法，该方法成本低，绿色环保，同时得到羽毛再生利用的新型纤维丝材料。
本发明的一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法，包括：
(1)将羽毛洗净、干燥得到干净羽毛；然后将干净羽毛剪碎后加入到溶解液中溶解，过滤去除残渣之后得到羽毛角蛋白溶液；
(2)将上述羽毛角蛋白溶液置于成丝装置中，然后将角蛋白溶液纺成的丝送入10-40℃的凝固浴溶液中并静置使其溶胀成型；最后将成型的角蛋白纤维干燥后，得到具有一定长度和一定弹性的角蛋白纤维材料。
步骤(1)中所述的剪碎后的干净羽毛与溶解液的固液比1∶5-20g/mL。
步骤(1)中所述的溶解液为0.5-4M尿素、0.01-0.05M偏重亚硫酸钠和0.05-0.5M、十二烷基磺酸钠(SDS)的混合液。
步骤(1)中所述的溶解为于80℃-110℃，以70-200r/min的速度震荡溶解10-60min。
步骤(2)中所述的凝固浴溶液为体积浓度75-98％乙醇水溶液、体积浓度80-100％甲醇水溶液、体积浓度80-100％乙酸水溶液、10-50g/L的CaCl2水溶液或者55-105g/L的Na2SO4水溶液。
步骤(2)中所述的干燥为于0-30℃避光干燥。
利用该专利的技术方案使羽毛角蛋白在不与其他物质发生共聚的前提下，形成具有一定长度和一定弹性的纤维材料，实现了将难以处理的禽类废弃羽毛回收溶解再利用；将羽毛角蛋白单独成丝，提高了角蛋白的利用率，制成可以进一步加工利用的初级纤维材料，而且方法简单快速，变废为宝，实现了经济效益，还减少了在对其焚烧处理时对环境的污染，达到了保护环境的目的。
所得到的纤维丝，可作为与其他单体交联或聚合以提高其各项性能，可做为多种用途的纺织材料。
有益效果：
本发明的简单高效，成本低，绿色环保，将羽毛角蛋白单独成丝即可制成可进一步加工利用的初级纤维材料，提高了角蛋白的利用率。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将羽毛洗净、干燥得到干净羽毛；然后将1g干净羽毛剪碎后加入到10mL溶解液中于80℃，以100r/min的速度震荡溶解50min，过滤去除残渣之后得到羽毛角蛋白溶液；其中溶解液为1M尿素、0.01偏重亚硫酸钠和0.5M SDS的混合液；
(2)将上述羽毛角蛋白溶液在常温下置于成丝装置中，然后将角蛋白溶液纺成的丝在10℃送入凝固浴体积浓度80％的醋酸水溶液中并静置使其溶胀成型；最后将成型的角蛋白纤维于温度10℃避光干燥后，得到角蛋白纤维材料。
实施例2
(1)将羽毛洗净、干燥得到干净羽毛；然后将1g干净羽毛剪碎后加入到5mL溶解液中于100℃，以80r/min的速度震荡溶解20min，过滤去除残渣之后得到羽毛角蛋白溶液；其中溶解液为2M尿素、0.02M偏重亚硫酸钠和0.1M SDS的混合液；
(2)将上述羽毛角蛋白溶液在常温下置于成丝装置中，然后将角蛋白溶液纺成的丝在20℃送入凝固浴体积浓度90％的乙醇水溶液中并静置使其溶胀成型；最后将成型的角蛋白纤维于温度5℃避光干燥后，得到角蛋白纤维材料。
实施例3
(1)将羽毛洗净、干燥得到干净羽毛；然后将1g干净羽毛剪碎后加入到15mL溶解液中于110℃，以150r/min的速度震荡溶解30min，过滤去除残渣之后得到羽毛角蛋白溶液；其中溶解液为3M尿素、0.04M偏重亚硫酸钠和0.2M SDS的混合液；
(2)将上述羽毛角蛋白溶液在常温下置于成丝装置中，然后将角蛋白溶液纺成的丝在40℃送入凝固浴80g/L的Na2SO4水溶液中并静置使其溶胀成型；最后将成型的角蛋白纤维于温度0℃避光干燥后，得到角蛋白纤维材料。
实施例4
(1)将羽毛洗净、干燥得到干净羽毛；然后将1g干净羽毛剪碎后加入到20mL溶解液中于90℃，以200r/min的速度震荡溶解40min，过滤去除残渣之后得到羽毛角蛋白溶液；其中溶解液为0.5M尿素、0.03M偏重亚硫酸钠和0.08M SDS的混合液；
(2)将上述羽毛角蛋白溶液在常温下置于成丝装置中，然后将角蛋白溶液纺成的丝在30℃送入凝固浴30g/L的CaCl2水溶液中并静置使其溶胀成型；最后将成型的角蛋白纤维于温度15℃避光干燥后，得到角蛋白纤维材料。

Claims (3)

1.一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法，包括：
（1）将羽毛洗净、干燥得到干净羽毛；然后将干净羽毛剪碎后加入到溶解液中溶解，过滤去除残渣之后得到羽毛角蛋白溶液；
（2）将上述羽毛角蛋白溶液置于成丝装置中，然后将角蛋白溶液纺成的丝送入10-40℃的凝固浴溶液中并静置使其溶胀成型；最后将成型的角蛋白纤维干燥后，即得；
步骤（1）中所述的剪碎后的干净羽毛与溶解液的固液比1:5-20g/mL；
步骤（1）中所述的溶解液为0.5-4M尿素、0.01-0.05M偏重亚硫酸钠和0.05-0.5M SDS的混合液；
步骤（2）中所述的凝固浴溶液为体积浓度75-98%乙醇水溶液、体积浓度大于或等于80%且小于100%的甲醇水溶液、体积浓度大于或等于80%且小于100%的乙酸水溶液、10-50g/L的CaCl2水溶液或者55-105g/L的Na2SO4水溶液。
2.根据权利要求1所述的一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的溶解为于80℃-110℃，以70-200r/min的速度震荡溶解10-60min。
3.根据权利要求1所述的一种利用羽毛角蛋白制备纤维材料的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的干燥为于0-30℃避光干燥。
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