一种基于羊毛角蛋白皮质细胞制备增强增韧的左旋聚乳酸复合膜的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于羊毛角蛋白皮质细胞制备增强增韧的左旋聚乳酸复合膜的方法，属于高分子材料制备领域。本方法首先将聚乳酸溶解于三氯甲烷中；然后将左旋聚乳酸和羊毛角蛋白皮质细胞混合，并加入聚乳酸溶液中；之后将混合溶液在常温下搅拌均匀；最后将混合溶液倒入成膜器，在室温下通风口处放置1‑2天，自然成膜，得到皮质细胞增强增韧的左旋聚乳酸复合膜；本发明专利技术以简单的方法，制备出增强增韧的聚乳酸复合膜，可用于包装等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于羊毛角蛋白皮质细胞制备增强增韧的左旋聚乳酸复合膜的方法
本专利技术属于高分子材料制备领域，具体涉及一种基于羊毛角蛋白皮质细胞制备增强增韧的左旋聚乳酸复合膜的方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，人们对于环保材料的需求日益增加。近年来，源于可再生、可降解的天然高分子材料受到广泛关注。废弃羊毛角蛋白，是一类典型的高交联蛋白质，具有耐水稳定性好、导热系数小(隔热性能好)、隔音、不易燃烧、弹性好等优点。我国每年约产生100万吨的废弃羊毛角蛋白，绝大部分被填埋而未被充分利用。废弃羊毛角蛋白有以下主要来源：(1)羊毛纺织品消费领域；(2)羊毛纺织品加工领域：原料初加工、毛纺、毛织、服装等工程中产生的各种废弃100％羊毛纤维、回丝、废纱、废布等；(3)屠宰行业产生的废弃羊毛角蛋白等。羊毛纤维的结构主要分为鳞片层、皮质层与髓质层三个部分，如图1。鳞片层是指包覆在纤维最外部的一层蛋白质，羊毛的主体部分由皮质层组成，髓质层不存在于细羊毛中，只在粗羊毛的毛干中心呈现断续不透明状态。鳞片层主要由角质化的扁平状鳞片细胞相互排列重叠组成。鳞片细胞为扁平的片状结构，厚度约为0.5μm，鳞片细胞又分为外表皮层、次表皮层和内表皮层。鳞片细胞通过细胞间质(CMC)粘结形成整体，该层占羊毛纤维重量大约10％，虽然其所占比重不大，但对羊毛的主干部分起保护作用，阻碍各种化学试剂对羊毛的破坏。羊毛的皮质层占其重量近90％(粗羊毛含有髓质层)，是羊毛的主要结构，由平行于纤维轴向的纺锤形的皮质细胞通过细胞间质粘合而成。皮质细胞的直径一般为2-5μm，长度范围在100-200μm。皮质细胞之间、鳞片细胞与皮质细胞之间均通过细胞间质粘合构成羊毛整体，这些间质填充在细胞之间的空隙中，含量仅占总质量的3～5％，作为羊毛纤维中的连续组织，保障了其良好的物理机械性能。通过可控地破坏细胞间质，即可分离得到所需的羊毛皮质细胞。然而由于细胞间质中胱氨酸二硫键结构稳定，且二硫键广泛地存在于皮质细胞内与细胞间质，定向去除细胞间质二硫键很难实现。因此，目前利用废弃羊毛的主要方法是通过溶解的方法提取羊毛角蛋白，而提取羊毛角蛋白的方法主要包括：(1)还原法还原法采用还原剂针对性地破坏羊毛中的二硫键。用于提取角蛋白的还原剂可分为有机还原剂与无机还原剂两种。有机还原剂比如巯基乙醇、L-半胱氨酸等，这类物质中含有还原性基团——巯基(-SH)，能够将二硫键还原为巯基，使疏水性的角蛋白降解成为可溶性的蛋白质；无机还原剂包括金属硫化物、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等，但对环境污染大。(2)氧化法过氧化氢、过氧乙酸和卤素等氧化剂都能破坏二硫键，使胱氨酸结构转变为磺基丙氨酸基团，卤素在酸性条件下可破坏动物毛发中的大量胱氨酸，但由于其氧化性过强，容易破坏蛋白质大分子。(3)生物法利用蛋白酶催化作用的专一性使难溶性的角蛋白水解，得到可溶性的角蛋白，这种方法得到的角蛋白溶解性较好，但作用时间较长。在天然和合成高分子材料中，羊毛纤维由于多空隙、多层次的复杂结构使得羊毛纤维具有很低的导热性能，即较高的隔热性能。以羊毛角蛋白制备多孔材料的研究很少。国内科研人员以提取出的人发纤维角蛋白为原料、以羟基磷灰石为增强体制备多孔角蛋白支架。日本学者将提取出的羊毛角蛋白水溶液冷冻，再冻干处理在－20℃条件下冷冻三天再冻干制备出羊毛角蛋白海绵。采用SEM观察显示，羊毛角蛋白海绵具有均匀的多孔微观结构，孔隙大小在100um左右。KazunoriKatoh等人将具有一定大小的氯化钠颗粒与羊毛角蛋白浇铸成型然后采用水洗的方法将氯化钠颗粒浸出制造具有受控孔径和孔隙率的角蛋白海绵材料。这些方法均以提取的羊毛角蛋白为原料，而这些角蛋白均以颗粒形式存在。冷冻干燥技术能够使聚合物支架产生孔洞。冷冻干燥成型的原理是将含水物料降温到冰点以下，使水迅速转变为冰晶，冰晶占据皮质细胞之间的空隙，之后在较高真空度和低温下使冰晶升华挥发，而皮质细胞本身仍保持冻结时形成的结构，因而与直接热烘干燥相比，冷冻干燥成型的样品体积不变，且材料疏松多孔。戊二醛(结构式如图2所示)是一种蛋白质交联剂，具有水溶性、双官能团、价格低廉等优点。同时，戊二醛也是高效消毒剂，具有广谱、高效、低毒、对金属腐蚀性小、受有机物影响小、稳定性好等特点，其灭菌浓度为2％。随着环保意识的日渐增长和各种环境新标准的制订，人们更加注重对环境友好、可生物降解材料的研究与开发。聚乳酸(PLA)是重要的环境友好型高分子材料，具有优良的生物相容性、生物降解性和资源可再生性，在生物医学工程、涂料、薄膜、热塑材料、纺织、包装等领域都有巨大的市场，但左旋聚乳酸(PLLA)韧性和热稳定性差极大地限制了其应用。羊毛纤维力学性能最大的特点是柔韧，羊毛纤维中皮质细胞是其良好力学性能的主要贡献者。但是羊毛纤维直径高达20μm，难以用于左旋聚乳酸薄膜的增韧。有些研究者采用取自羊毛纤维的角蛋白粉末增强聚乳酸薄膜。改性后的聚乳酸薄膜有些许增强，但断裂伸长反而降低，这是由于角蛋白微小的颗粒的原因。羊毛皮质细胞的直径一般为2-5μm，长度范围在100-200μm。基于羊毛角蛋白皮质细胞细长，制备过程温和，没有受到大的损伤，其柔韧的力学性能得到较好保持，因此采用羊毛角蛋白皮质细胞增强增韧聚乳酸薄膜，以解决左旋聚乳酸膜脆性大的问题，扩大其用途。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中提取羊毛角蛋白时存在的问题，采用物理与生物相结合的环保方法，提出了一种羊毛角蛋白皮质细胞的制备方法，制备得到的羊毛角蛋白皮质细胞可以用于制备保温、隔热、减震多孔材料，也可作为增强材料来制备聚乳酸复合膜。本专利技术的技术方案：一种羊毛角蛋白皮质细胞的制备方法，步骤如下：步骤一、采用次氯酸钙/过氧化氢联合去除羊毛表面鳞片层：(1)将羊毛浸渍在20-25℃的水中，固液比为1:20-25，把羊毛彻底浸湿，加入活性氯含量为70％的次氯酸钙Ca(ClO)2·3H2O，静置5-10分钟，得到体系A；其中次氯酸钙的添加量是羊毛质量的3-5％。(2)向体系A中缓慢加入质量分数为30％的过氧化氢、作为过氧化物稳定剂的焦磷酸钠、作为过氧化物螯合剂的乙二胺四乙酸，形成体系B；在30-50℃的恒温条件下处理15-30分钟，使羊毛与次氯酸盐和过氧化物进行反应；其中，以体系A中溶液的体积计，质量分数为30％的过氧化氢的添加量为10-14ml/L，焦磷酸钠的添加量为1-2g/L，乙二胺四乙酸的添加量为1-2g/L。(3)向体系B中添加亚硫酸钠和质量分数为88％的甲酸，再将pH值调整至3-4，在40-50℃的条件下处理10-20分钟，确保亚硫酸盐离子完全还原体系B中的过氧化物，得到体系C；其中，亚硫酸钠的添加量是羊毛质量的4-7％，质量分数为88％的甲酸的添加量以体系B中溶液的体积计，为1-2ml/L。(4)逐渐冷却体系C，将处理后的羊毛进行漂洗，并自然风干，得到去鳞片层羊毛样品。步骤二、L-半胱氨酸/胰蛋白酶联合处理去鳞片层羊毛样品，定向去除细胞间质，分离皮质细胞，具体过程为：将0.15-0.17mol/L的L-半胱氨酸溶液、去鳞片层羊毛样品和胰蛋白酶混合，形成体系D，在反应温度为30-40℃下，处理20-30h，确保去除细胞间质；其中，去鳞片层羊毛样品与溶液D的质量比为1:2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于羊毛角蛋白皮质细胞制备增强增韧的左旋聚乳酸复合膜的方法，以羊毛角蛋白皮质细胞作为增强材料，以左旋聚乳酸为基体，制备聚乳酸复合膜，其特征在于，步骤如下：步骤一、将左旋聚乳酸溶解于三氯甲烷中，制得质量分数为8‑11％的左旋聚乳酸溶液；步骤二、将羊毛角蛋白皮质细胞加入左旋聚乳酸溶液中，得到混合液，其中，羊毛角蛋白皮质细胞在混合液中的质量为左旋聚乳酸固体质量的2‑4％；步骤三、将混合液在常温下采用磁力搅拌器搅拌5‑10h；步骤四、铺膜：将搅拌均匀的混合液倒入成膜器，在室温下放置1‑2天，自然成膜，得到皮质细胞增强增韧的左旋聚乳酸复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种基于羊毛角蛋白皮质细胞制备增强增韧的左旋聚乳酸复合膜的方法，以羊毛角蛋白皮质细胞作为增强材料，以左旋聚乳酸为基体，制备聚乳酸复合膜，其特征在于，步骤如下：步骤一、将左旋聚乳酸溶解于三氯甲烷中，制得质量分数为8-11％的左旋聚乳酸溶液；步骤二、将羊毛角蛋白皮质细胞加...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯秀良，魏世锦，黄晓华，朱小颖，马博谋，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32