天然蛋白質(zhì)可降解熱塑膜及紡織漿料的制備與性能研究.pdf

1、由于產(chǎn)量可觀、價格低廉，且具有優(yōu)異降解性、污染小等特征，農(nóng)副產(chǎn)品和動物毛羽等廢棄物受到了越來越多的重視，具有廣泛的理論研究價值與實際應(yīng)用潛力。廢棄物中含有大量蛋白質(zhì)，可作為紡織材料資源，有效降低紡織產(chǎn)業(yè)鏈的碳排放，降低紡織產(chǎn)業(yè)對石油資源的依賴性。
　　研究者們從廢棄物中提取生物降解天然高分子，如小麥蛋白、玉米蛋白和雞毛角蛋白，然后對其進行改性以用于生產(chǎn)可生物降解薄膜，并對其在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了探討，取得了諸多重要研究成果。然而

2、，在研究過程中也存在一些問題，比如化學(xué)和/或物理改性的方法增加了蛋白類產(chǎn)品的成本，也不同程度地降低了其生物降解性;增塑劑的使用也不同程度地降低了蛋白類熱塑產(chǎn)品的強伸性能和耐水性能。這些問題的存在制約了對廢棄物組分利用的進一步研究。另外，對比了蛋白質(zhì)漿料與PVA漿料的應(yīng)用性能，評價了其作為替代漿料的可行性。這不僅為天然蛋白質(zhì)生物材料的開發(fā)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，為綠色紡織資源的開發(fā)提供新思路，而且使天然資源得到科學(xué)利用，使紡織業(yè)對環(huán)境產(chǎn)生較少影響，

3、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
　　本論文主要研究了以下五個問題:
　　第一，探討了蛋白質(zhì)的提取工藝并對其影響因素進行研究。利用弱堿從農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品及廢棄動物毛中提取出蛋白質(zhì)，并利用堿劑控制蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物。通過使用不同濃度的堿預(yù)處理蛋白質(zhì)，得到不同的蛋白質(zhì)多肽鏈段，進而控制蛋白質(zhì)的熔融與溶解程度，并影響蛋白質(zhì)熱塑膜和蛋白質(zhì)漿料的應(yīng)用性能。
　　第二，研究了蛋白質(zhì)熱塑薄膜的制備條件并對其性能進行評價。利用熱壓法將提取出的蛋白質(zhì)樣品制備成

4、可生物降解的蛋白質(zhì)薄膜，并對其熱塑性、耐水性及脆性進行評價。通過甘油和熱壓兩種處理方式，來改善蛋白質(zhì)熱塑膜的熱塑性、耐水性及脆性。同時，為了進一步提高蛋白質(zhì)熱塑膜的耐水性能，采用檸檬酸處理與熱壓來處理蛋白質(zhì)薄膜。通過采用掃描電子顯微鏡(SEM)、差示掃描量熱法(DSC)、熱重分析法(TGA)、圖像等手段表征了熱塑膜的熱塑性能，并以熱塑膜的斷裂強度、斷裂伸長率、彈性模量為量化指標(biāo)，分析和探討了熱壓時間、熱壓溫度、甘油濃度、交聯(lián)劑濃度對蛋白

5、質(zhì)熱塑膜強伸性能和耐水性能的影響。
　　第三，探索了蛋白質(zhì)漿料與紗線的相互作用機理及其影響因素。首先用制得的蛋白質(zhì)樣品，在未使用增塑劑的條件下通過澆鑄法制備出大豆蛋白、面筋蛋白和雞毛角蛋白薄膜，以薄膜的斷裂強度和斷裂伸長率為量化指標(biāo)評估蛋白質(zhì)薄膜的強伸性能，并探索蛋白質(zhì)預(yù)處理的堿濃度、溫度和時間對漿紗使用性能的影響。首先利用堿劑方法制備出一系列具有不同分子量大小的蛋白質(zhì)（大豆蛋白、面筋蛋白和雞毛角蛋白）漿料，對蛋白質(zhì)漿料進行粘度測

6、試，分析和探討了蛋白質(zhì)漿料的水解產(chǎn)物與漿料粘度的內(nèi)在關(guān)系;同時，用此系列蛋白質(zhì)漿料給聚酯和聚酯/棉(65/35)的粗紗、細紗和織物分別上漿，并以上漿率、漿紗的最大斷裂強力、斷裂伸長率、耐磨次數(shù)及面料的耐磨次數(shù)為量化指標(biāo)，探討蛋白質(zhì)預(yù)處理條件（堿濃度、溫度和時間）和相對濕度對聚酯及聚酯/棉混紡纖維的粘附性能、耐磨性能的影響，為蛋白質(zhì)漿料的實際應(yīng)用提供參考依據(jù);本論文也通過水浴退漿的方法，以退漿率為量化指標(biāo)，研究了固浴比、溫度、漂洗次數(shù)對蛋

7、白質(zhì)漿料退漿性能的影響。結(jié)果表明，大豆蛋白、面筋蛋白和雞毛角蛋白薄膜有良好的成膜能力，且薄膜具有一定的延伸度;蛋白質(zhì)漿料的粘度可控，可以滲透入紗線內(nèi)部，與纖維材料之間有良好的粘附性;可以提供給漿紗合適的強度、可延伸性和良好的耐磨性能;易退漿;對相對濕度的變化不敏感，因而蛋白質(zhì)可作為新型紡織漿料，給以聚酯和聚酯/棉為材質(zhì)的紗線上漿。
　　第四，評價了蛋白質(zhì)漿料對環(huán)境的影響。論文用廢水污泥處理蛋白質(zhì)漿料，以化學(xué)需氧量(COD)，生化需

8、氧量(BOD5)，BOD5/COD為量化指標(biāo)，揭示了蛋白質(zhì)漿料相應(yīng)工藝過程所產(chǎn)生的廢水在活性污泥中的生物降解性;同時，為了確保蛋白質(zhì)降解以后釋放的氮不會影響活性污泥的處理過程，導(dǎo)致新的生物降解性問題，論文提出以總氮和氨氮的濃度變化為進一步量化指標(biāo)，揭示蛋白質(zhì)降解過程對蛋白質(zhì)漿料環(huán)保性能的影響。結(jié)果表明，在廢水處理過程中，大豆蛋白、面筋蛋白和雞毛角蛋白漿料大分子鏈都被微生物降解，且降解過程中釋放的總氮和氨氮都很少，這表明蛋白質(zhì)的降解不會對

9、廢水處理廠的運行造成負面影響，蛋白質(zhì)漿料具有良好的可生物降解性。
　　第五，為了評估新型蛋白質(zhì)漿料取代PVA漿料給聚酯和聚酯/棉纖維上漿的可行性，本論文用商業(yè)用PVA漿料做為對比樣，分別給聚酯和聚酯/棉細紗、粗紗和織物上漿，并對比分析了PVA漿料與蛋白質(zhì)（大豆蛋白、面筋蛋白和雞毛角蛋白）漿料性能、漿紗性能、退漿性能及可生物降解性能。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)紡織漿料的上漿效果與PVA漿料上漿效果相比，可以提供相當(dāng)或更好的漿紗性能，且蛋白質(zhì)漿

10、料具有良好的退漿性能和可生物降解性。因此，簡單的制備方法，良好的漿紗性能，容易退漿和在廢水處理廠的完全降解都使得蛋白質(zhì)漿料可作為PVA漿料的理想替代品，降低紡織廠對環(huán)境的污染。
　　本論文的研究成果重在理論與應(yīng)用基礎(chǔ)的創(chuàng)新，開發(fā)利用我國資源豐富的農(nóng)/農(nóng)副產(chǎn)品和動物毛羽等廢棄物，研究成果將有助于推動生物降解材料學(xué)科的發(fā)展，推動我國天然資源的科學(xué)利用，解決我國紡織業(yè)面臨的生態(tài)問題，具體創(chuàng)新之處如下:
　　第一，基于蛋白質(zhì)降解理論

11、，利用堿劑從花生粕和雞毛中制備出不同分子量大小的蛋白質(zhì)。此方法可用于從農(nóng)副產(chǎn)品和廢棄物中提取動植物蛋白質(zhì)，拓寬了提取動植物蛋白質(zhì)的思路，也開發(fā)出制備蛋白質(zhì)漿料的新途徑，既可解決環(huán)境污染和資源緊缺問題，又有助于實現(xiàn)紡織業(yè)的生態(tài)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。
　　第二，使用堿劑水解蛋白質(zhì)，得到不同分子量大小的蛋白質(zhì)，進而控制蛋白質(zhì)的熔融。此研究可解決一類動植物蛋白質(zhì)的熔融問題，并制備出生物降解性良好的蛋白質(zhì)塑料。
　　第三，利用盡可能少的增

12、塑劑和高的熱壓溫度制備出蛋白質(zhì)熱塑膜，此方法可用于提高蛋白質(zhì)生物降解塑料的強度性能和水穩(wěn)定性。
　　第四，提出用檸檬酸交聯(lián)與熱壓一步完成的方法制備蛋白質(zhì)熱塑膜，在熱壓過程中實現(xiàn)蛋白質(zhì)與交聯(lián)劑的共價交聯(lián)反應(yīng)，且利用檸檬酸和蛋白質(zhì)交聯(lián)與熱壓制備的蛋白質(zhì)薄膜具有良好的水穩(wěn)定性。
　　第五，用堿劑溶解的方法制備出蛋白質(zhì)漿料，并將其與傳統(tǒng)PVA漿料進行對比，探討了其作為替代PVA漿料的可行性。此研究可解決PVA漿料的難以去除、環(huán)境污染