一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物、制备方法及其应用，以丙烯酸作为亲水性接枝单体，丙烯酸甲酯作为疏水性接枝单体，采用先将亲水性接枝单体或疏水性接枝单体中的一种接枝到羽毛蛋白分子链上，再将另外一种亲水性接支单体或疏水性接枝单体接枝到羽毛蛋白分子链上的两步接枝共聚方法对羽毛蛋白进行接枝共聚改性处理，制备得到的羽毛蛋白生物基浆料具有独立的亲水性接枝支链和疏水性接枝支链，在中性pH环境下和温水中可以完全溶解，具有很好的水溶性，同时对聚乳酸粗纱具有非常好的低温粘附性能，更加适用于聚乳酸经纱的低温上浆。

A feather protein bio based copolymer with independent hydrophilic and lipophilic graft chains, its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物、制备方法及其应用
本专利技术涉及纺织经纱上浆用的改性蛋白质浆料
，特别是涉及一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物、制备方法及其应用。
技术介绍
随着经济迅速发展，石油资源日趋紧张、石油价格飞涨及以石油产品为原料合成高分子材料(如：聚乙烯醇)带来了一系列的环境污染问题，促使价格低廉、天然可再生、可降解的高分子材料的研究开发利用日益受到人们的重视。纺织浆料是整个纺织行业的浆纱工序中必不可少的材料。在纺织布匹生产过程中，需要经过织造工序将经纬纱交织成布匹，经纱上浆是织造过程中的一个关键工序，若不能实现良好上浆，将无法顺利进行织造，不仅会损失大量经纱，而且严重影响生产，造成重大经济损失。此外，随着国民经济的发展，人们物质生活水平的提高，人们对衣着质量要求越来越高，高支高性能纱的使用比例越来越高，这就对纺织浆料提出了更高的质量性能要求。目前，市场上使用的浆料主要是淀粉类、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸类。目前，在纺织经纱上浆领域，淀粉类浆料作为经纱上浆的主体浆料，用量很大，约占浆料消耗总量的70％以上，具有来源广泛，价格低廉，对亲水性的天然纤维有较好的粘附性和易被生物降解等优点。然而，淀粉浆低温下会发生老化、粘附性差、所成浆膜脆硬，致使其使用效果不尽人意，所以为提高淀粉的使用性能，广大科研技术人员进行了大量的技术研究，但使用效果提升有限，只适用于低支纱的经纱上浆，在高支纱上不能单独使用，通常要与PVA混合使用。但是，由于PVA的生物可降解性能极差，不利于环境保护，欧美一些国家已将其列为“不洁浆料”而禁止使用。我国的纺织浆料界近年来也开始大力倡导不用或少用PVA，所以开发绿色环保高性能浆料来替代PVA已成为今后的发展趋势。因此，针对目前纺织上浆工业中主浆料存在的上述问题，从可再生的农副产品中提取来源广泛、价格低廉的高分子材料作为现在主要浆料的替代品种，已成当务之急。进行绿色高性能纺织浆料与浆纱的技术研发，解决整个纺织行业在浆料使用方面存在的关键共性技术问题，将对纺织行业浆纱关键技术创新有着重大的意义。羽毛绒源于水禽养殖伴生物，系天然蛋白质范畴，具有来源丰富，原料价廉等优势；我国是羽毛绒生产大国，羽毛绒原料产能占世界80％以上。据粗略统计，我国每年家禽加工业以及羽绒制造业所产生的羽绒废弃物约为100万吨，这些废弃物中的蛋白质(主要为角蛋白)含量在80％以上，这笔丰富的可再生蛋白质资源常常被人们忽略当作垃圾处理，采用传统的处理方法(如焚烧、填埋)，因废弃羽毛绒的蛋白特性问题，难以短时间内降解，给环境造成极大负担，产生环境污染问题。为此，如果能将羽毛绒中羽毛蛋白提取，并利用化学修饰技术，实现新型蛋白材料性能与分子结构的调控，获得能作为纺织浆料使用的新型高性能环保生物基蛋白浆料，培育这类生物基蛋白浆料的产业，将是将废弃羽毛绒变废为宝的重大举措，既培育了新的经济增长点，同时也是对羽绒经济的进一步延伸。羽绒经济是一项绿色经济，与其他工业经济相比，具有能源消耗少、环境污染小、增值潜力大的特点。羽绒经济的延伸与新经济增长点的培育，将辐射和带动水禽养殖业的发展，拓宽农户的增收渠道，可取得显著的“三农”效益。羽绒产业的产业链较长，它涉及到种植业、养殖业、食品加工业、轻纺工业等多个产业，发展羽绒产业可以带动多个产业发展，具有鲜明的产业拉动效应。目前羽毛蛋白生物基接枝共聚物作为浆料应用于经纱上浆的研究还很少见，仍处在实验室探索阶段，且缺乏系统化的研究。专利申请号为201410109907.1的中国专利公开了一种改性羽毛蛋白浆料，在经还原预处理的羽毛蛋白的分子链上接枝亲水性单体丙烯酸，可赋予中性条件下羽毛蛋白的水溶性，避免了一些国外学者加碱溶解羽毛蛋白所引发的问题，如不适用于惧碱性纱线(毛纱、聚乳酸纱等)的上浆、覆盖在经纱表面的羽毛蛋白浆膜的内聚强度因碱的水解而大幅降低等。然而，专利所做的接枝改性单一，适用于亲水性的经纱，而不适用于疏水性经纱，对于是否适用于一些经纱(如聚乳酸经纱)的低温上浆，没有进行相关的研究。聚乳酸经纱抱合力差，易发生缠结、黏结现象，且不耐高温，所以聚乳酸经纱织造前必须经历上浆工序，且要采用低温上浆方式。所以开发适用于聚乳酸经纱上浆的羽毛蛋白生物基浆料具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物、制备方法及其应用，以解决上述现有技术存在的问题，在提高羽毛蛋白水溶性的同时，改善羽毛蛋白对聚乳酸经纱的粘合作用，以此开发出适用于聚乳酸低温上浆用的具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物浆料。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物，接枝支链接枝到蛋白分子链中的巯基上，其分子结构如下：本专利技术还提供一种上述具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物的制备方法，包括以下步骤：(1)羽毛蛋白的提取：将羽毛洗净烘干，然后使用打粉机打碎，得羽毛粉，加入到乙醇、盐酸水溶液中，加热搅拌，抽滤、洗涤，烘干，将还原剂水溶液加入到羽毛粉中，加热搅拌，抽滤，加入尿素、碱和表面活性物质的水溶液，加热搅拌，离心取上清液加入盐酸水溶液调节pH值2.0-5.0，使羽毛蛋白沉淀，沉淀经乙醇洗涤数次后，冷冻干燥，得羽毛蛋白；(2)制备具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基浆料：将步骤(1)提取的羽毛蛋白放入到尿素溶液中，水浴条件下使蛋白完全溶解，通氮气，加入还原剂处理1h后，同时滴加引发剂和亲水接枝单体或疏水接枝单体，反应1-5小时后，通氮气，再同时滴加引发剂和另一种亲水接枝单体或疏水接枝单体，反应1-5小时后，经酸沉淀，乙醇洗涤，冷冻干燥机中干燥后制得羽毛蛋白接枝生物基浆料。因羽毛蛋白不溶于水，所以需要将制得的羽毛蛋白在50-80℃的尿素溶液中完全溶解，加入还原剂处理的目的为破坏羽毛蛋白中的二硫键形成巯基，从而增加羽毛蛋白分子链上的巯基数量，然后滴加引发剂和接枝单体，引发剂与羽毛蛋白上经还原剂处理产生的巯基组成氧化还原体系，进而将亲水或疏水性单体接枝到羽毛蛋白分子链上，从而实现对羽毛蛋白进行接枝共聚改性处理，制得拥有独立的亲水、疏水性接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物。进一步地，步骤(1)中加热搅拌为水浴加热，水浴温度为50-100℃，搅拌0.5-5h；乙醇加入量为羽毛粉质量的4-15倍体积量，盐酸加入量为羽毛粉重量的15-50％。进一步地，亲水接枝单体为丙烯酸，疏水接枝单体为丙烯酸甲酯，引发剂为过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠，表面活性物质为十二烷基磺酸钠。进一步地，步骤(1)中的尿素、碱和表面活性物质的加入量为羽毛粉重量的0.5-3倍、5-20％、15-50％。进一步地，步骤(2)中尿素浓度为8mol/L，丙烯酸和丙烯酸甲酯的总用量为羽毛蛋白质量的40％，其中丙烯酸与羽毛蛋白的质量百分比为22.3％-35.3％，丙烯酸甲酯与羽毛蛋白的质量百分比为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物，其特征在于，接枝支链接枝到蛋白分子链中的巯基上，分子结构如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物，其特征在于，接枝支链接枝到蛋白分子链中的巯基上，分子结构如下：





2.一种如权利要求1所述的一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)羽毛蛋白的提取：将羽毛洗净烘干，打碎，得羽毛粉，加入到乙醇、盐酸水溶液中，加热搅拌，抽滤、洗涤，烘干，将还原剂水溶液加入到羽毛粉中，加热搅拌，抽滤，加入尿素、碱和表面活性物质的水溶液，加热搅拌，离心取上清液加入盐酸水溶液调节pH至2.0-5.0，使羽毛蛋白沉淀，沉淀经乙醇洗涤数次后，冷冻干燥，得羽毛蛋白；
(2)制备具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基浆料：将步骤(1)提取的羽毛蛋白加入尿素溶液中，水浴条件下使蛋白完全溶解，通氮气，加入还原剂搅拌，同时滴加引发剂和亲水接枝单体或疏水接枝单体，反应1-5小时后，通氮气，再同时滴加引发剂和另一种亲水接枝单体或疏水接枝单体，反应1-5小时后，经酸沉淀，乙醇洗涤，冷冻干燥机中干燥后制得羽毛蛋白接枝生物基浆料。


3.根据权利要求2所述的一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述加热搅拌为水浴加热，水浴温度为50-100℃，搅拌0.5-5h；乙醇加入量为羽毛粉质量的4-15倍体积量，盐酸加入量为羽毛粉重量的15-50％。


4.根据权利要求2所述的一种具有独立亲水、亲油接枝支链的羽毛蛋白生物基共聚物的制备方法，其特征在于，所述亲水接枝单体为丙烯酸，疏水接枝单体为丙烯酸甲酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，丁小翠，吴有康，余征宇，吴杰，吴兰娟，徐珍珍，鲁育豪，陈敏，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34