羊毛角蛋白溶液制备的方法研究与应用

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废弃羊毛中含有丰富的角蛋白资源,羊毛角蛋白属天然蛋白质,具有良好的生物亲和性、无毒及亲肤特性,其结构中含有大量的羧基、氨基、羟基等亲水基团,具有许多优异的性能。角蛋白的有效利用不仅能充分利用资源,而且更符合产业可持续发展的要求,而如何从废弃羊毛中提取角蛋白是实现应用的前提。  本文研究了两种不同溶解体系制备羊毛角蛋白的方法,并通过观察羊毛的溶解过程来探讨溶解机理,得出以下主要结论:  在还原剂LKZ-610/LiBr/NaHSO3的溶解体系中,羊毛首先不断溶胀,鳞片不断软化,鳞片间出现空隙,还原剂LKZ-610、NaHSO3进入纤维内主要起到破坏二硫键的作用。LiBr可打开大分子链间的氢键有利于羊毛溶胀,更有利于溶解。通过正交试验和单因素分析,考察其溶解率、溶解状态、黏度及分子量,优化的溶解工艺为还原剂LKZ-610∶羊毛=8mL∶1g并添加LiBr26g·L-1、NaHSO3 30g·L-1、温度90℃、溶解时间6h,在此条件下溶解羊毛效果最好,可得到淡黄色角蛋白溶液,溶解率达99%以上,角蛋白分子量主要集中在14.4~22KDa。  在离子液体Amim[Cl]为主溶剂、巯基乙醇为辅助试剂的溶解体系中,Amim[Cl]可以打开大分子间的氢键、巯基乙醇可以打开二硫键,再配合机械搅拌的作用下,可以有效溶解羊毛。通过正交试验优化的溶解工艺为:羊毛∶Amim[Cl]∶巯基乙醇=1∶8.5∶1(w∶w∶w)、温度120℃、时间7.5h、机械搅拌(700r/min)。最终获得透明淡黄色角蛋白溶液。去除羊毛鳞片可以有效提高溶解效率,角蛋白质溶液的分子量分布主要集中在31KDa、43KDa、66.2KDa和14.4~22KDa,也有少量分布在14.4KDa以下。  将由还原法制备的角蛋白溶液应用在毛织物及涤纶织物整理中,以提高织物服用性能。毛织物最优工艺为:羊毛角蛋白溶液用量15%(owf)、处理温度75℃、处理时间60min、浴比1∶25。对比整理前后毛织物的性能发现,毛织物毡缩率由17.85%下降到4.1%;经、纬急弹性回复角分别从75°、69.2°提高到108°、107°;断裂强力小幅提高而断裂伸长下降。整理涤纶织物工艺为:涤纶织物经胺解处理后,在浴比1∶40、角蛋白溶液浓度10%(w∶w)、交联剂乙二醇缩水甘油醚浓度5%(w∶w)、温度60℃下浸渍1h,再经两浸两轧(轧液率90%),预烘(80℃、3min)后汽蒸1h,水洗。整理后涤纶织物织物的增重率达到2.6~2.7%左右,经90℃、60min热水洗涤后保持率可达到67.33%,其吸湿性、水的渗透性明显改善。通过角蛋白整理织物,可提高织物的服用性能,赋予织物更好的使用价值。
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