一种羽毛蚀刻再交联材料的制备方法与流程

本发明属于羽毛再交联方法领域，特别涉及一种羽毛蚀刻再交联材料的制备方法。

背景技术：

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，目前全世界范围内羽毛废弃物每年超过400万吨，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。除了小部分羽毛球、工艺品利用外，其他绝大部分作为废弃物。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。

目前人们对废弃角蛋白的利用都是溶解再生工艺，前期通过该工艺得到了海绵样产品(公开号201110379524.2，授权日：2013年12月11日)及纤维状产品(公开号201210055756.7，授权日：2014年2月26日)。人们发明出来的这种工艺要将溶解的羽毛再生出来，试剂用量大，实验条件周期长，溶解液还要通过透析超滤等方法去除其中的离子盐分，产业化复杂且成本高。因此开发出低成本，工艺简单，回收率高的工艺对羽毛废弃物产业化有实际作用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种羽毛蚀刻再交联材料的制备方法，本发明方法成本低，绿色环保，同时可高效得到羽毛再生利用材料，可以进一步作为膜、工业材料、组织工程材料前体等。

本发明的一种羽毛蚀刻再交联材料的制备方法，包括：

(1)将羽毛剪碎后加入溶解液中，然后在40-90℃条件下反应10-50min，过滤，去上清，洗涤，得到羽毛角蛋白蚀刻样品；

(2)将上述羽毛角蛋白蚀刻样品置于双氧水H₂O₂中，氧化交联，烘干或冻干。

所述步骤(1)羽毛为洗净、干燥后的羽毛。

所述步骤(1)中溶解液为尿素、偏重亚硫酸钠和十二烷基磺酸钠SDS的混合溶液。

所述溶解液中尿酸浓度为0.5-4M、偏重亚硫酸钠的浓度为0.01-0.05M、SDS的浓度为0.05-0.5M。

所述羽毛、溶解液的比例为1-10g：50mL。

所述步骤(1)中过滤为5000-10000r/min离心2-15min；洗涤为去离子水洗涤2-3次。

所述步骤(2)中双氧水H₂O₂的体积百分浓度为2-5％。

所述步骤(2)中氧化交联时间为30-60min。

所述步骤(2)中烘干温度为40-60℃。

羽毛蚀刻再交联材料作为膜、工业材料或组织工程材料前体的应用。

利用该专利的技术方案区别于现有的羽毛再生利用技术——完全溶解羽毛角蛋白，然后再生交联为不溶性材料。而是反向操作，对已有的羽毛结构破坏，造成二硫键及部分肽键断裂，导致部分羽毛成份部分溶解，并进一步在双氧水作用下，氧化二硫键内部交连，成为有力学性能的功能材料。实现了将难以处理的禽类废弃羽毛回收溶解再利用，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。

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，制成材料可进一步加工为海绵样吸附材料、医用材料或工程材料，提高了羽毛利用率。

有益效果

本发明提供一种羽毛蚀刻再交联工艺，该方法成本低，绿色环保，同时可高效得到羽毛再生利用材料，可以进一步作为膜、工业材料、组织工程材料前体等。

附图说明

图1为实施例1所得样品的照片；

图2为实施例2所得样品的照片。

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

称取5g打碎的羽毛，加入50ml溶剂中(尿素2M、SDS 0.1M、焦亚硫酸钠0.5M)。在90℃恒温水浴锅中反应30min。每五分钟摇晃锥形瓶一次，使羽毛和溶剂充分混合。样品8000r/min离心10min,去上清。向沉淀中加50mL去离子水，混匀水洗后，加至2％双氧水50mL，放置30分钟，冻干12h。

得到冻干后的样品，整块样品呈圆锥状。仔细看，样品具有部分层理结构。用力捏可以塌陷，说明其中有空隙。如果投入水中，不久便会散开呈悬浮状态。测定了30mm长样品，横截面积210.6mm²的样品力学性能，其断裂最大力为4.5587N，拉伸强度0.1926MPa，最大力点的变形2.356mm，最大力伸长率6.72％，杨氏弹性模量21.2360MPa。该所得材料用于空气过滤，对空气存在的PM2.5颗粒及各种有害微生物滤过率达98％以上。

实施例2

称取2.5g打碎的羽毛，加入50ml溶剂中(尿素2M、SDS 0.1M、焦亚硫酸钠0.5M)。在90℃恒温水浴锅中反应30min。每五分钟摇晃锥形瓶一次，使羽毛和溶剂充分混合。样品8000r/min离心10min,去上清。向沉淀中加50mL去离子水，混匀水洗后，加至2％双氧水50mL，放置30分钟。离心后的沉淀物在培养皿中均匀展开，放入烘箱中60℃烘干12h，厚度0.45毫米。

得到烘干后的样品，称薄膜薄片状。贴于培养皿的一面光滑。稍用力撕扯薄膜，薄膜也不会破损。测定了30mm长样品，横截面积9.6mm²的样品力学性能，其断裂最大力为6.6589N，拉伸强度0.6936MPa，最大力点的变形2.169mm，最大力伸长率7.23％，杨氏弹性模量22.1794MPa。该薄膜可作为保鲜材料用于食品保鲜，具有天然环保，无毒无味等优点。