一种高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法及其产品和应用，制备方法包括，将废弃羽毛加入第一溶解液中，溶解后离心，得到角蛋白溶液，盐析得到再生角蛋白；将再生角蛋白冷冻后置于冷冻干燥机中干燥；磨碎为60～200目的角蛋白粉末；将角蛋白粉末均匀分散于第二溶解液中，得到角蛋白溶液；将角蛋白溶液采用浇铸法制备角蛋白生物薄膜；将角蛋白生物薄膜放入变性液中变性处理，干燥平衡，得到角蛋白生物塑料。本发明专利技术制得的角蛋白生物塑料不仅具有柔韧性好、湿强度高、易生物降解、成本低等优点，而且生产过程绿色环保。而且生产过程绿色环保。而且生产过程绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法及其产品和应用


[0001]本专利技术属于生物塑料
，具体涉及到一种高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法及其产品和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由石油基合成塑料带来的环境污染和可持续发展等问题越来越受到人们的关注。以天然高分子为原料开发可再生、易降解的生物塑料逐渐引起研究人员的兴趣。羽毛、粗羊毛等废弃角蛋白材料是来源丰富、安全环保、成本低廉并且易于获取的天然高分子材料。据估计，全球每年新产生的羽毛、粗羊毛、毛纺下脚料、废旧毛织物等废弃角蛋白材料总量超过千万吨。其中仅羽毛角蛋白的产量超过680万吨。但是，这些角蛋白资源的利用情况并不乐观，只有较少部分的废弃角蛋白经水解后作为动物饲料添加剂，大部分被焚烧或者填埋处理。利用这些废弃角蛋白开发生物塑料，资源有效利用，不仅可以节约资源，减小环境污染，而且可以有效提高废弃角蛋白的附加价值。
[0003]利用废弃羽毛等角蛋白材料开发生物塑料薄膜已经有不少报道，但是普遍存在机械性能差的问题。在角蛋白薄膜制备过程中，如果不添加甘油等小分子增塑剂，薄膜质地脆、韧性差，不具备应用性能；如果添加甘油等小分子增塑剂，薄膜的韧性可以得到明显改善，但是强度急剧下降，特别是在湿态条件下。另外，与PVA等高分子混合也可以改善角蛋白薄膜的机械性能，但是会降低其降解性；而且薄膜的机械性能往往随角蛋白比例的增加而降低。
[0004]角蛋白生物塑料薄膜的机械性能不足，主要归咎于较低程度的二硫键交联以及二级结构。羽毛等天然角蛋白材料优异的机械性能主要得益于纳米尺度上的高度交联的原纤
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基体结构。原纤是指通过α
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螺旋或β
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折叠两种方式组装起来的有序结构，相当于高分材料中的结晶部分或复合材料的增强体部分；基体是由无规卷曲构象的多肽链组成的无定形区域；纳米级的有序原纤包埋在无定形基体中，并通过大量二硫键连接起来，形成角蛋白材料高度交联的原纤
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基体结构。然而，在将角蛋白材料溶解、再生、制备生物塑料的过程中，角蛋白中的二级结构和二硫键交联却很难恢复，从而导致角蛋白生物塑料较差的机械性能。因此，如何提高高分子结构中的二级结构和二硫键交联程度，是获得高柔韧性和高湿态强度的角蛋白生物塑料的关键。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述和/或现有技术中存在的不足，本专利技术的其中一个目的是提供一种高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法，采用半胱氨酸还原法从废弃羽毛中提取高分子量
的再生角蛋白，然后采用弱碱还原法溶解再生角蛋白得到高浓度的角蛋白溶液，获得高分子量的再生角蛋白以及高浓度的角蛋白溶液，是重构二级结构和二硫键交联、进而提高角蛋白生物塑料机械性能的重要前提，最后将高浓度的角蛋白溶液通过溶液浇铸法铺膜得到柔韧性好、湿强度高、透明的角蛋白生物塑料。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法，包括，
[0008]将废弃羽毛加入第一溶解液中，溶解后离心，得到角蛋白溶液，盐析得到再生角蛋白；
[0009]将再生角蛋白冷冻后置于冷冻干燥机中干燥；
[0010]磨碎为60～200目的角蛋白粉末；
[0011]将角蛋白粉末均匀分散于第二溶解液中，得到角蛋白溶液；
[0012]将角蛋白溶液采用浇铸法制备角蛋白生物薄膜；
[0013]将角蛋白生物薄膜放入变性液中变性处理，干燥平衡，得到角蛋白生物塑料。
[0014]作为本专利技术高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法的一种优选方案，其中：所述第一溶解液为含有半胱氨酸的6～9M尿素溶液，pH值为8～10；
[0015]其中，所述半胱氨酸的添加量为羽毛质量的5～15％。
[0016]作为本专利技术高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法的一种优选方案，其中：所述将废弃羽毛加入第一溶解液中，羽毛与第一溶解液的质量比为1:8～15。
[0017]作为本专利技术高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法的一种优选方案，其中：所述盐析得到再生角蛋白，向角蛋白溶液中加入中性电解质，中性电解质的添加量为角蛋白溶液质量的15～25％；
[0018]其中，所述中性电解质包括硫酸钠和硫酸铵中的一种。
[0019]作为本专利技术高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法的一种优选方案，其中：所述磨碎，采用高速旋转粉碎机进行粉碎，筒体转速为8000～10000转/分，研磨5～15min。
[0020]作为本专利技术高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法的一种优选方案，其中：所述第二溶解液为还原剂溶液，pH值为8～11，还原剂为L
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半胱氨酸，还原剂用量为角蛋白粉末质量的2.5～12.5％。
[0021]作为本专利技术高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法的一种优选方案，其中：所述变性液为含有10vol％乙酸的70vol％甲醇水溶液。
[0022]作为本专利技术高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法的一种优选方案，其中：所述干燥平衡，在20～25℃、50～70RH％条件下放置12～36h。
[0023]本专利技术的另一个目的是提供根据上述任一项所述的高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法得到的角蛋白生物塑料。
[0024]本专利技术的另一个目的是提供所述的角蛋白生物塑料在建筑、室内装饰、农业地膜、包装材料或生物医用敷料中的应用。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0026]本专利技术方法能够让角蛋白分子中的二硫键和二级结构较好的恢复。因此，角蛋白生物塑料的力学性能，特别是柔韧性和湿态强度，得到较好的提高；另外，该生物塑料生产过程中不产生二次污染。
[0027]本专利技术制得的角蛋白生物塑料不仅具有柔韧性好、湿强度高、易生物降解、成本低等优点，而且生产过程绿色环保，主要化学试剂或来自于可再生资源、或能够重复利用；可应用于农业地膜、食品包装材料等多个领域。同时，由于角蛋白生物塑料具有优异的生物相容性，在生物医学领域也有潜在的应用前景。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0029]图1为本专利技术实施例1得到的角蛋白生物塑料的照片。
[0030]图2为本专利技术实施例1得到的角蛋白生物塑料在干态(a)和湿态(b)下的应力应变曲线图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的上述目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法，其特征在于：包括，将废弃羽毛加入第一溶解液中，溶解后离心，得到角蛋白溶液，盐析得到再生角蛋白；将再生角蛋白冷冻后置于冷冻干燥机中干燥；磨碎为60～200目的角蛋白粉末；将角蛋白粉末均匀分散于第二溶解液中，得到角蛋白溶液；将角蛋白溶液采用浇铸法制备角蛋白生物薄膜；将角蛋白生物薄膜放入变性液中变性处理，干燥平衡，得到角蛋白生物塑料。2.如权利要求1所述的高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法，其特征在于：所述第一溶解液为含有半胱氨酸的6～9M尿素溶液，pH值为8～10；其中，所述半胱氨酸的添加量为羽毛质量的5～15％。3.如权利要求1或2所述的高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法，其特征在于：所述将废弃羽毛加入第一溶解液中，羽毛与第一溶解液的质量比为1:8～15。4.如权利要求3所述的高韧性高湿强的角蛋白生物塑料的制备方法，其特征在于：所述盐析得到再生角蛋白，向角蛋白溶液中加入中性电解质，中性电解质的添加量为角蛋白溶液质量的15～25％；其中，所述中性电解质包括硫酸钠和硫酸铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：米翔，宋佳薇，沈景行，洪雨婷，李威，郑贺榕，钟建雄，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：