一种鸡毛角蛋白基生物塑料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种鸡毛角蛋白基生物塑料的制备方法，属于生物塑料领域。本发明利用化学法和生物酶法从鸡毛中提取得到鸡毛角蛋白粉末，并对角蛋白进行乙酰化改性，将乙酰化角蛋白和聚乳酸进行接枝共聚反应，即可得到生物塑料，本发明制备得到的生物塑料不仅安全环保、可完全生物降解，而且制备成本低廉、生产工序简单、制备效率高，产品降解速度快、亲水性能好的优点。
【专利说明】
一种鸡毛角蛋白基生物塑料的制备方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种鸡毛角蛋白基生物塑料的制备方法，属于生物塑料领域。
【背景技术】
[0002]塑料作为人工合成的高分子材料，由于它具有很好的成型、成膜性、绝缘性、耐酸碱、耐腐蚀性、低透气以及易于着色、外观鲜艳等特点，广泛用于家电产品、汽车、家具、包装用品、农用薄膜等许多方面，塑料的大量使用，产生了许多无法回收的一次性塑料废弃品，造成了日益严重的“白色污染”，如地下水体污染和土壤污染，动植物资源被破坏，严重威胁着人类的生存和健康。
[0003]生物塑料是以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料，具有可再生性，在不可再生资源越用越少的现代，人们的资源利用和环保意识逐渐上升，因此对于具有环保意义的可生物降解材料的关注度也越来越高。生物塑料不仅具有上述自身特性，对于人类肌体的适应性也非常好，在使用过程中的安全性大大优于传统塑料制品。
[0004]聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源所提取的淀粉原料制成，是一种可完全降解、对环境友好的脂肪族聚酯类高分子材料。同时它又是一种热塑性聚合物，具有良好的热稳定性和相容性，它的物理机械性能介于聚苯乙烯、聚酯之间，加工方便，利用常规塑料加工设备通过挤出、注射、纺丝、吹塑等加工方法制造成型。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，还具有较好的生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，主要用于服装(包括内衣、外衣)、产业(包括建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。目前全世界都关注环保问题，可降解可再生材料为未来发展方向，而聚乳酸作为可完全降解的材料也势必引起市场的关注。
[0005]传统的生物塑料优点不少，但是缺点也很明显，制备成本高、生产工序较多、工艺复杂、制备效率低，产品降解速度较慢、软化点较低及亲水性较差，这些缺点制约着生物塑料的应用推广。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题:针对传统生物塑料制备成本高、生产工序较多、工艺复杂、制备效率低，产品降解速度较慢、软化点较低及亲水性较差，这些缺点制约着生物塑料的应用推广的问题，提供了一种鸡毛角蛋白基生物塑料的制备方法，本发明利用化学法和生物酶法从鸡毛中提取得到鸡毛角蛋白粉末，并对角蛋白进行乙酰化改性，将乙酰化角蛋白和聚乳酸进行接枝共聚反应，即可得到生物塑料，本发明制备得到的生物塑料不仅安全环保、可完全生物降解，而且制备成本低廉、生产工序简单、制备效率高，产品降解速度快、亲水性能好的优点。
[0007 ]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(I)称取100?120g鸡毛，将鸡毛绞碎后放入反应釜中，向反应釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入100?200g亚硫酸氢钠、6?1g十二烧基硫酸钠和60?70g尿素，搅拌混合15?25min后向反应釜中通入氮气排出空气，在60?70°C温度搅拌反应3?5h，反应后冷却至室温抽滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤2?3次，分别收集洗涤物和洗涤液，并将洗涤液冷冻干燥得粉末，备用；
(2)将上述洗涤物按固液比1:20与质量分数5%氢氧化钠溶液混合，混合后浸泡3?5h后过滤得滤渣，并用水冲洗3?4次，向冲洗后滤渣中加入滤渣质量0.2?0.5%复合蛋白酶，设置pH为9?10和40?50°C温度条件下酶解5?7h，酶解后在100?105°C下灭酶处理5?1min，灭酶后再加入总质量I?2%角蛋白酶，在30?35 °C酶解2?3h，酶解后离心得沉淀物，将沉淀物放入烘箱中，在50?60°C温度真空干燥5?6h;
(3)将上述干燥得到的固体和步骤(I)备用的粉末混合，即为角蛋白粉末，并放入不锈钢反应釜中，按固液比1:5向反应釜中加入冰醋酸，设置温度为45?500C，机械搅拌I?2h后继续加入总质量4?6%乙酸酐和总质量0.5?0.8%质量分数80%硫酸溶液，降温至25?28 °C，继续搅拌反应8?1h，反应后加入总质量3?5%去离子水，搅拌2?3h后将反应物倒出，并用去离子水洗涤、抽滤5?6次，得滤渣放入烘箱中，在60?700C烘箱中干燥4?6h;
(4)称取8?1g上述干燥物放入100mL的三口烧瓶中，向烧瓶中加入25?50mL二甲基亚砜溶剂、50?10g聚乳酸和0.5?0.8g2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烧，放入油浴锅中，在80?90 °C温度搅拌反应30?40min，反应后向烧瓶中通入氮气，并逐步升温到150?160°C，继续搅拌反应2?3h，反应结束后得反应产物，并用无水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水冲洗3?4次后放入烘箱中，在70?80°C温度干燥3?5h，即可得到生物塑料。
[0008]本发明制备得到的生物塑料断裂伸长率为480?600%，拉伸强度为45.6?58.2MPa，冲击强度为400?500J/m，弯曲强度为60.8?80.5MPa，放入土壤中，在微生物的作用下可在3?5个月降解90%以上，8?10个月可以100%降解。
[0009]本发明的有益效果是:
(1)本发明制备得到的生物塑料安全环保、制备工艺简单，成本低廉；
(2)本发明制备得到的生物塑料可完全生物降解，产品降解速度快，放入土壤中，在微生物的作用下可在3?5个月降解90%以上，亲水性能好的优点。
【具体实施方式】
[0010]首先称取100?120g鸡毛，将鸡毛绞碎后放入反应釜中，向反应釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入100?200g亚硫酸氢钠、6?1g十二烧基硫酸钠和60?70g尿素，搅拌混合15?25min后向反应釜中通入氮气排出空气，在60?70°C温度搅拌反应3?5h，反应后冷却至室温抽滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤2?3次，分别收集洗涤物和洗涤液，并将洗涤液冷冻干燥得粉末，备用;将上述洗涤物按固液比I: 20与质量分数5%氢氧化钠溶液混合，混合后浸泡3?5h后过滤得滤渣，并用水冲洗3?4次，向冲洗后滤渣中加入滤渣质量0.2?0.5%复合蛋白酶，设置pH为9?10和40?50°C温度条件下酶解5?7h，酶解后在100?105°C下灭酶处理5?1min，灭酶后再加入总质量I?2%角蛋白酶，在30?35°C酶解2?3h，酶解后离心得沉淀物，将沉淀物放入烘箱中，在50?60°C温度真空干燥5?6h;将上述干燥得到的固体和备用的粉末混合，即为角蛋白粉末，并放入不锈钢反应釜中，按固液比1:5向反应釜中加入冰醋酸，设置温度为45?50°C，机械搅拌I?2h后继续加入总质量4?6%乙酸酐和总质量0.5?0.8%质量分数80%硫酸溶液，降温至25?28°C，继续搅拌反应8?1h，反应后加入总质量3?5%去离子水，搅拌2?3h后将反应物倒出，并用去离子水洗涤、抽滤5?6次，得滤渣放入烘箱中，在60?70°C烘箱中干燥4?6h;称取8?1g上述干燥物放入100mL的三口烧瓶中，向烧瓶中加入25?50mL二甲基亚砜溶剂、50?10g聚乳酸和0.5?0.8g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，放入油浴锅中，在80?90°C温度搅拌反应30?40min，反应后向烧瓶中通入氮气，并逐步升温到150?160 °C，继续搅拌反应2?3h，反应结束后得反应产物，并用无水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水冲洗3?4次后放入烘箱中，在70?80°C温度干燥3?5h，即可得到生物塑料。
[0011]实例I
首先称取10g鸡毛，将鸡毛绞碎后放入反应釜中，向反应釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入10g亚硫酸氢钠、6g十二烧基硫酸钠和60?70g尿素，搅拌混合15min后向反应釜中通入氮气排出空气，在60°C温度搅拌反应3h，反应后冷却至室温抽滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤2次，分别收集洗涤物和洗涤液，并将洗涤液冷冻干燥得粉末，备用；将上述洗涤物按固液比1: 20与质量分数5%氢氧化钠溶液混合，混合后浸泡3h后过滤得滤渣，并用水冲洗3次，向冲洗后滤渣中加入滤渣质量0.2%复合蛋白酶，设置pH为9和40 °(:温度条件下酶解5h，酶解后在100°C下灭酶处理5min，灭酶后再加入总质量1%角蛋白酶，在300C酶解2h，酶解后离心得沉淀物，将沉淀物放入烘箱中，在50°C温度真空干燥5h;将上述干燥得到的固体和备用的粉末混合，即为角蛋白粉末，并放入不锈钢反应釜中，按固液比1:5向反应釜中加入冰醋酸，设置温度为45°C，机械搅拌Ih后继续加入总质量4%乙酸酐和总质量0.5%质量分数80%硫酸溶液，降温至25°C，继续搅拌反应8h，反应后加入总质量3%去离子水，搅拌2h后将反应物倒出，并用去离子水洗涤、抽滤5次，得滤渣放入烘箱中，在60°C烘箱中干燥4h;称取8g上述干燥物放入I OOOmL的三口烧瓶中，向烧瓶中加入25mL二甲基亚砜溶剂、50g聚乳酸和0.5g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，放入油浴锅中，在80°C温度搅拌反应30min，反应后向烧瓶中通入氮气，并逐步升温到150°C，继续搅拌反应2h，反应结束后得反应产物，并用无水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水冲洗3次后放入烘箱中，在70°C温度干燥3h，即可得到生物塑料。
[0012]本发明制备得到的生物塑料断裂伸长率为480%，拉伸强度为45.6MPa，冲击强度为400J/m，弯曲强度为60.8MPa，放入土壤中，在微生物的作用下可在3个月降解90.5%，8个月可以100%降解。
[0013]实例2
首先称取IlOg鸡毛，将鸡毛绞碎后放入反应釜中，向反应釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入150g亚硫酸氢钠、8g十二烧基硫酸钠和65g尿素，搅拌混合20min后向反应釜中通入氮气排出空气，在65°C温度搅拌反应4h，反应后冷却至室温抽滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤3次，分别收集洗涤物和洗涤液，并将洗涤液冷冻干燥得粉末，备用;将上述洗涤物按固液比I: 20与质量分数5%氢氧化钠溶液混合，混合后浸泡4h后过滤得滤渣，并用水冲洗4次，向冲洗后滤渣中加入滤渣质量0.3%复合蛋白酶，设置pH为9.5和45 °C温度条件下酶解6h，酶解后在103°C下灭酶处理7min，灭酶后再加入总质量1.5%角蛋白酶，在33°〇酶解2.5h，酶解后离心得沉淀物，将沉淀物放入烘箱中，在55 °C温度真空干燥5.5h;将上述干燥得到的固体和备用的粉末混合，即为角蛋白粉末，并放入不锈钢反应釜中，按固液比1:5向反应釜中加入冰醋酸，设置温度为47°C，机械搅拌1.5h后继续加入总质量5%乙酸酐和总质量0.6%质量分数80%硫酸溶液，降温至27°C，继续搅拌反应9h，反应后加入总质量4%去离子水，搅拌2.5h后将反应物倒出，并用去离子水洗涤、抽滤5次，得滤渣放入烘箱中，在65°C烘箱中干燥5h;称取9g上述干燥物放入100mL的三口烧瓶中，向烧瓶中加入35mL二甲基亚砜溶剂、75g聚乳酸和0.6g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，放入油浴锅中，在85°C温度搅拌反应35min，反应后向烧瓶中通入氮气，并逐步升温到155 °C，继续搅拌反应2.5h，反应结束后得反应产物，并用无水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水冲洗4次后放入烘箱中，在750C温度干燥4h，即可得到生物塑料。
[0014]本发明制备得到的生物塑料断裂伸长率为520%，拉伸强度为50.2MPa，冲击强度为450J/m，弯曲强度为70.6MPa，放入土壤中，在微生物的作用下可在4个月降解91%，9个月可以100%降解。
[0015]实例3
首先称取120g鸡毛，将鸡毛绞碎后放入反应釜中，向反应釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入200g亚硫酸氢钠、1g十二烧基硫酸钠和70g尿素，搅拌混合25min后向反应釜中通入氮气排出空气，在70°C温度搅拌反应5h，反应后冷却至室温抽滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤3次，分别收集洗涤物和洗涤液，并将洗涤液冷冻干燥得粉末，备用;将上述洗涤物按固液比I: 20与质量分数5%氢氧化钠溶液混合，混合后浸泡5h后过滤得滤渣，并用水冲洗4次，向冲洗后滤渣中加入滤渣质量0.5%复合蛋白酶，设置pH为10和50°C温度条件下酶解7h，酶解后在105°C下灭酶处理5?lOmin，灭酶后再加入总质量2%角蛋白酶，在350C酶解3h，酶解后离心得沉淀物，将沉淀物放入烘箱中，在60°C温度真空干燥6h;将上述干燥得到的固体和备用的粉末混合，即为角蛋白粉末，并放入不锈钢反应釜中，按固液比1:5向反应釜中加入冰醋酸，设置温度为50°C，机械搅拌2h后继续加入总质量6%乙酸酐和总质量0.8%质量分数80%硫酸溶液，降温至28°C，继续搅拌反应1h，反应后加入总质量5%去离子水，搅拌3h后将反应物倒出，并用去离子水洗涤、抽滤6次，得滤渣放入烘箱中，在70°C烘箱中干燥6h;称取1g上述干燥物放入100mL的三口烧瓶中，向烧瓶中加入50mL二甲基亚砜溶剂、10g聚乳酸和0.8g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，放入油浴锅中，在90 V温度搅拌反应40min，反应后向烧瓶中通入氮气，并逐步升温到160 V，继续搅拌反应3h，反应结束后得反应产物，并用无水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水冲洗4次后放入烘箱中，在80°C温度干燥5h，即可得到生物塑料。
[0016]本发明制备得到的生物塑料断裂伸长率为600%，拉伸强度为58.2MPa，冲击强度为500J/m，弯曲强度为80.5MPa，放入土壤中，在微生物的作用下可在5个月降解92%，1个月可以100%降解。
【主权项】
1.一种鸡毛角蛋白基生物塑料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: 称取100?120g鸡毛，将鸡毛绞碎后放入反应釜中，向反应釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入100?200g亚硫酸氢钠、6?1g十二烧基硫酸钠和60?70g尿素，搅拌混合15?25min后向反应釜中通入氮气排出空气，在60?70°C温度搅拌反应3?5h，反应后冷却至室温抽滤，得滤渣，将滤渣用去离子水洗涤2?3次，分别收集洗涤物和洗涤液，并将洗涤液冷冻干燥得粉末，备用； 将上述洗涤物按固液比I: 20与质量分数5%氢氧化钠溶液混合，混合后浸泡3?5h后过滤得滤渣，并用水冲洗3?4次，向冲洗后滤渣中加入滤渣质量0.2?0.5%复合蛋白酶，设置pH为9?10和40?50 °C温度条件下酶解5?7h，酶解后在100?105 °C下灭酶处理5?1min，灭酶后再加入总质量I?2%角蛋白酶，在30?35 °C酶解2?3h，酶解后离心得沉淀物，将沉淀物放入烘箱中，在50?60°C温度真空干燥5?6h; 将上述干燥得到的固体和步骤(I)备用的粉末混合，即为角蛋白粉末，并放入不锈钢反应釜中，按固液比1:5向反应釜中加入冰醋酸，设置温度为45?500C，机械搅拌I?2h后继续加入总质量4?6%乙酸酐和总质量0.5?0.8%质量分数80%硫酸溶液，降温至25?28°C，继续搅拌反应8?10h，反应后加入总质量3?5%去离子水，搅拌2?3h后将反应物倒出，并用去离子水洗涤、抽滤5?6次，得滤渣放入烘箱中，在60?70 0C烘箱中干燥4?6h; 称取8?1g上述干燥物放入100mL的三口烧瓶中，向烧瓶中加入25?50mL二甲基亚砜溶剂、50?10g聚乳酸和0.5?0.8g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，放入油浴锅中，在80?90°C温度搅拌反应30?40min，反应后向烧瓶中通入氮气，并逐步升温到150?160°C，继续搅拌反应2?3h，反应结束后得反应产物，并用无水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水冲洗3?4次后放入烘箱中，在70?80°C温度干燥3?5h，即可得到生物塑料。
【文档编号】C08L67/04GK105924985SQ201610469798
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月26日
【发明人】郭舒洋, 王统军
【申请人】郭舒洋