本发明涉及羽毛加工技术领域，具体涉及一种可生物降解的羽毛角蛋白复合膜。
背景技术：
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近年来，随着社会环保意识的逐步增强，以可降解的天然高分子聚合物作为原料制备环境友好的生物降解塑料或可食性包装膜材料，已成为高分子材料科学与加工工程研究的热点之一。
我国废弃的蛋白质资源非常丰富，羽毛角蛋白便是其中之一。羽毛是禽类表皮细胞衍生角质的产物，其蛋白质含量高达90％，是一种来源丰富、廉价和可降解的天然角蛋白资源，对这些废弃蛋白质的开发利用不仅能极大地减少环境污染，同时也能产生极大的经济效益和社会效益。结合上述情况，本公司开发出一种可生物降解的羽毛角蛋白复合膜，不仅环保性强，而且具有优异的力学性能，适用于制成生物降解塑料或包装材料。
技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题在于提供一种力学性能优异、适用于制成生物降解塑料或包装材料的可生物降解的羽毛角蛋白复合膜。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种可生物降解的羽毛角蛋白复合膜，由如下重量份数的原料制成：
羽绒纤维35-40份、大豆蛋白纤维10-15份、聚乙烯醇树脂5-8份、阳离子聚丙烯酰胺3-5份、海泡石纤维2-3份、氢化松香季戊四醇酯2-3份、N-羟甲基丙烯酰胺2-3份、双丙酮丙烯酰胺1-2份、水解聚马来酸酐1-2份、氢化棕榈油1-2份、六羟甲基三聚氰胺六甲醚1-2份、硫化猪油0.5-1份、马来酸酐接枝相容剂0.5-1份、制粉助剂15-20份、甘油50-100份、抑菌处理剂50-100份、水100-150份。
其制备方法包括如下步骤：
(1)羽绒纤维预处理：将羽绒纤维浸没于抑菌处理剂，10min后捞出，再利用微波处理器微波处理5min，然后水洗两次，并于70-75℃环境中缓慢烘干，即完成羽绒纤维的预处理；
(2)羽绒纤维改性处理：向经预处理后的羽绒纤维中加入甘油、聚乙烯醇树脂、阳离子聚丙烯酰胺和马来酸酐接枝相容剂，充分混合后利用微波处理器微波处理5min，转入0-5℃环境中静置30min后继续微波处理5min，微波处理结束后以5℃/min的降温速度降温至45-50℃，再加入水，充分混合后于-5-0℃环境中静置2h，过300目筛，并水洗两次，所得滤渣于70-75℃环境中缓慢烘干，即得改性羽绒纤维；
(3)复合膜成型主料制备：将改性羽绒纤维和大豆蛋白纤维充分混合，并均匀喷入制粉助剂，所得混合物送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，再经纳米球磨机研磨成纳米粉末，向所得纳米粉末中加入N-羟甲基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型主料；
(4)复合膜成型辅料制备：向海泡石纤维中加入氢化松香季戊四醇酯、水解聚马来酸酐、氢化棕榈油、六羟甲基三聚氰胺六甲醚和硫化猪油，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，转入5-10℃环境中静置1h后再次以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型辅料；
(5)复合膜成型：向双螺杆挤出机中加入复合膜成型主料和复合膜成型辅料，经共混挤出、拉伸后制得羽毛角蛋白复合膜，控制挤出温度在170-180℃。
所述抑菌处理剂由如下重量份数的原料制成：聚氧化乙烯5-10份、茶籽粉1-2份、聚二甲基二烯丙基氯化铵0.5-1份、纳米二氧化钛0.3-0.5份、偏钒酸铵0.1-0.3份、N-乙烯基吡咯烷酮0.05-0.1份、双三氟甲烷磺酰亚胺0.05-0.1份、水50-100份，其制备方法为：向水中加入茶籽粉，并利用功率1.5kW磨浆机反复磨浆三次，过300目筛，向所得滤液中加入聚氧化乙烯和纳米二氧化钛，升温至回流状态保温混合30min，再加入聚二甲基二烯丙基氯化铵和双三氟甲烷磺酰亚胺，继续回流保温混合10min，待自然冷却至室温后加入偏钒酸铵和N-乙烯基吡咯烷酮，混合使其完全溶解，即得抑菌防螨处理剂。
上述抑菌防螨处理剂在茶籽粉的作用下实现纳米二氧化钛对聚氧化乙烯的表面改性，并辅以其他助剂制得效果显著的抑菌防螨处理剂。
所述制粉助剂是由羟乙基纤维素-聚丙烯酸钠接枝共聚物协以聚合硫酸铝配制成的水溶液，其制备方法为：向10-15份水中加入5-10份羟乙基纤维素-聚丙烯酸钠接枝共聚物，升温至回流状态保温混合10min，然后加入0.5-1份聚合硫酸铝，继续回流保温混合5min，并自然冷却至室温，即得制粉助剂。
上述制粉助剂的使用，通过降低改性羽绒纤维和大豆蛋白纤维之间的表面张力来促使其形成均匀粉末，实现纤维由片状转化成粉末形式。
本发明的有益效果是：
(1)通过抑菌处理剂并在微波协助下进行羽绒纤维的预处理，显著提高对羽绒纤维的抑菌处理效果，微波处理促进抑菌处理剂向羽绒纤维内部的渗透；
(2)通过对羽绒纤维的改性处理，在保证其柔软性和可生物降解性的基础上使其具有优异的力学性能；
(3)通过羽绒纤维与大豆蛋白纤维的复合，使所制复合膜兼具羽绒角蛋白和大豆蛋白的优异特性，进一步增强其可生物降解性和力学性能；
(4)通过复合过程中N-羟甲基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺的使用，促进羽绒角蛋白和大豆蛋白的共混相容，从而协同发挥成膜性，使所制复合膜能够用于制成生物降解塑料或包装材料。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)羽绒纤维预处理：将35g羽绒纤维浸没于100g抑菌处理剂，10min后捞出，再利用微波处理器微波处理5min，然后水洗两次，并于70-75℃环境中缓慢烘干，即完成羽绒纤维的预处理；
(2)羽绒纤维改性处理：向经预处理后的羽绒纤维中加入80g甘油、5g聚乙烯醇树脂、3g阳离子聚丙烯酰胺和0.5g马来酸酐接枝相容剂，充分混合后利用微波处理器微波处理5min，转入0-5℃环境中静置30min后继续微波处理5min，微波处理结束后以5℃/min的降温速度降温至45-50℃，再加入150g水，充分混合后于-5-0℃环境中静置2h，过300目筛，并水洗两次，所得滤渣于70-75℃环境中缓慢烘干，即得改性羽绒纤维；
(3)复合膜成型主料制备：将改性羽绒纤维和10g大豆蛋白纤维充分混合，并均匀喷入15g制粉助剂，所得混合物送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，再经纳米球磨机研磨成纳米粉末，向所得纳米粉末中加入2g N-羟甲基丙烯酰胺和2g双丙酮丙烯酰胺，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型主料；
(4)复合膜成型辅料制备：向2g海泡石纤维中加入2g氢化松香季戊四醇酯、1g水解聚马来酸酐、1g氢化棕榈油、1g六羟甲基三聚氰胺六甲醚和0.5g硫化猪油，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，转入5-10℃环境中静置1h后再次以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型辅料；
(5)复合膜成型：向双螺杆挤出机中加入复合膜成型主料和复合膜成型辅料，经共混挤出、拉伸后制得羽毛角蛋白复合膜，控制挤出温度在170-180℃。
抑菌处理剂的制备：向60g水中加入1g茶籽粉，并利用功率1.5kW磨浆机反复磨浆三次，过300目筛，向所得滤液中加入8g聚氧化乙烯和0.5g纳米二氧化钛，升温至回流状态保温混合30min，再加入0.5g聚二甲基二烯丙基氯化铵和0.05g双三氟甲烷磺酰亚胺，继续回流保温混合10min，待自然冷却至室温后加入0.15g偏钒酸铵和0.05g N-乙烯基吡咯烷酮，混合使其完全溶解，即得抑菌防螨处理剂。
制粉助剂的制备：向15g水中加入5g羟乙基纤维素-聚丙烯酸钠接枝共聚物，升温至回流状态保温混合10min，然后加入0.5g聚合硫酸铝，继续回流保温混合5min，并自然冷却至室温，即得制粉助剂。
实施例2
(1)羽绒纤维预处理：将40g羽绒纤维浸没于100g抑菌处理剂，10min后捞出，再利用微波处理器微波处理5min，然后水洗两次，并于70-75℃环境中缓慢烘干，即完成羽绒纤维的预处理；
(2)羽绒纤维改性处理：向经预处理后的羽绒纤维中加入80g甘油、5g聚乙烯醇树脂、5g阳离子聚丙烯酰胺和0.5g马来酸酐接枝相容剂，充分混合后利用微波处理器微波处理5min，转入0-5℃环境中静置30min后继续微波处理5min，微波处理结束后以5℃/min的降温速度降温至45-50℃，再加入150g水，充分混合后于-5-0℃环境中静置2h，过300目筛，并水洗两次，所得滤渣于70-75℃环境中缓慢烘干，即得改性羽绒纤维；
(3)复合膜成型主料制备：将改性羽绒纤维和15g大豆蛋白纤维充分混合，并均匀喷入15g制粉助剂，所得混合物送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，再经纳米球磨机研磨成纳米粉末，向所得纳米粉末中加入3g N-羟甲基丙烯酰胺和1g双丙酮丙烯酰胺，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型主料；
(4)复合膜成型辅料制备：向2g海泡石纤维中加入2g氢化松香季戊四醇酯、2g水解聚马来酸酐、1g氢化棕榈油、1g六羟甲基三聚氰胺六甲醚和0.5g硫化猪油，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，转入5-10℃环境中静置1h后再次以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型辅料；
(5)复合膜成型：向双螺杆挤出机中加入复合膜成型主料和复合膜成型辅料，经共混挤出、拉伸后制得羽毛角蛋白复合膜，控制挤出温度在170-180℃。
抑菌处理剂的制备：向80g水中加入2g茶籽粉，并利用功率1.5kW磨浆机反复磨浆三次，过300目筛，向所得滤液中加入10g聚氧化乙烯和0.5g纳米二氧化钛，升温至回流状态保温混合30min，再加入0.5g聚二甲基二烯丙基氯化铵和0.1g双三氟甲烷磺酰亚胺，继续回流保温混合10min，待自然冷却至室温后加入0.3g偏钒酸铵和0.05g N-乙烯基吡咯烷酮，混合使其完全溶解，即得抑菌防螨处理剂。
制粉助剂的制备：向15g水中加入5g羟乙基纤维素-聚丙烯酸钠接枝共聚物，升温至回流状态保温混合10min，然后加入0.5g聚合硫酸铝，继续回流保温混合5min，并自然冷却至室温，即得制粉助剂。
对照例1
(1)羽绒纤维改性处理：向40g羽绒纤维中加入80g甘油、5g聚乙烯醇树脂、5g阳离子聚丙烯酰胺和0.5g马来酸酐接枝相容剂，充分混合后利用微波处理器微波处理5min，转入0-5℃环境中静置30min后继续微波处理5min，微波处理结束后以5℃/min的降温速度降温至45-50℃，再加入150g水，充分混合后于-5-0℃环境中静置2h，过300目筛，并水洗两次，所得滤渣于70-75℃环境中缓慢烘干，即得改性羽绒纤维；
(2)复合膜成型主料制备：将改性羽绒纤维和15g大豆蛋白纤维充分混合，并均匀喷入15g制粉助剂，所得混合物送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，再经纳米球磨机研磨成纳米粉末，向所得纳米粉末中加入3g N-羟甲基丙烯酰胺和1g双丙酮丙烯酰胺，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型主料；
(3)复合膜成型辅料制备：向2g海泡石纤维中加入2g氢化松香季戊四醇酯、2g水解聚马来酸酐、1g氢化棕榈油、1g六羟甲基三聚氰胺六甲醚和0.5g硫化猪油，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，转入5-10℃环境中静置1h后再次以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型辅料；
(4)复合膜成型：向双螺杆挤出机中加入复合膜成型主料和复合膜成型辅料，经共混挤出、拉伸后制得羽毛角蛋白复合膜，控制挤出温度在170-180℃。
制粉助剂的制备：向15g水中加入5g羟乙基纤维素-聚丙烯酸钠接枝共聚物，升温至回流状态保温混合10min，然后加入0.5g聚合硫酸铝，继续回流保温混合5min，并自然冷却至室温，即得制粉助剂。
对照例2
(1)复合膜成型主料制备：将40g羽绒纤维和15g大豆蛋白纤维充分混合，并均匀喷入15g制粉助剂，所得混合物送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，再经纳米球磨机研磨成纳米粉末，向所得纳米粉末中加入3g N-羟甲基丙烯酰胺和1g双丙酮丙烯酰胺，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型主料；
(2)复合膜成型辅料制备：向2g海泡石纤维中加入2g氢化松香季戊四醇酯、2g水解聚马来酸酐、1g氢化棕榈油、1g六羟甲基三聚氰胺六甲醚和0.5g硫化猪油，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，转入5-10℃环境中静置1h后再次以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型辅料；
(3)复合膜成型：向双螺杆挤出机中加入复合膜成型主料和复合膜成型辅料，经共混挤出、拉伸后制得羽毛角蛋白复合膜，控制挤出温度在170-180℃。
制粉助剂的制备：向15g水中加入5g羟乙基纤维素-聚丙烯酸钠接枝共聚物，升温至回流状态保温混合10min，然后加入0.5g聚合硫酸铝，继续回流保温混合5min，并自然冷却至室温，即得制粉助剂。
对照例3
(1)复合膜成型主料制备：将40g羽绒纤维和15g大豆蛋白纤维充分混合，并均匀喷入15g制粉助剂，所得混合物送入冷冻干燥机中，干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉，再经纳米球磨机研磨成纳米粉末，即得复合膜成型主料；
(2)复合膜成型辅料制备：向2g海泡石纤维中加入2g氢化松香季戊四醇酯、2g水解聚马来酸酐、1g氢化棕榈油、1g六羟甲基三聚氰胺六甲醚和0.5g硫化猪油，并以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，转入5-10℃环境中静置1h后再次以5℃/min的升温速度升温至120-125℃保温混合15min，即得复合膜成型辅料；
(3)复合膜成型：向双螺杆挤出机中加入复合膜成型主料和复合膜成型辅料，经共混挤出、拉伸后制得羽毛角蛋白复合膜，控制挤出温度在170-180℃。
制粉助剂的制备：向15g水中加入5g羟乙基纤维素-聚丙烯酸钠接枝共聚物，升温至回流状态保温混合10min，然后加入0.5g聚合硫酸铝，继续回流保温混合5min，并自然冷却至室温，即得制粉助剂。
实施例3
以同批羽绒纤维和大豆蛋白纤维为原料，分别按照实施例1、实施例2、对照例1、对照例2和对照例3所述方法制备羽毛角蛋白复合膜，并对其中抑菌处理剂的使用效果和所制复合膜的使用性能进行测定，结果如表1和表2所示。
表1实施例所用抑菌处理剂的使用效果
表2实施例和对照例所制复合膜的使用性能
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。