[发明专利]一种分纤细化羽毛纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种分纤细化羽毛纤维及其制备方法与应用，属于新材料技术领域。本发明采用氯化钙、尿素和氨水混合溶液处理羽毛，洗净烘干后得到分纤细化羽毛纤维，并将分纤细化羽毛纤维分散在角蛋白/明胶共混高聚物基质中，制备分纤细化羽毛纤维/角蛋白复合膜。本发明的分纤细化羽毛纤维的制备工艺简单、成本低廉、界面结合力强，在与其他材料复合时，界面结合牢固，能够增强复合材料的力学性能；进一步本发明利用羽毛纤维的多级分枝结构及通过对其表面进行改性提高其界面结合力，从而获得力学性能优异的羽毛纤维增强角蛋白复合膜。

技术领域

本发明涉及一种分纤细化羽毛纤维及其制备方法与应用，属于新材料技术领域。

背景技术

羽毛是禽类表皮细胞角质化的衍生物，蛋白质含量高达80％-90％，并富含18种氨基酸及多种矿物质元素，是宝贵的天然资源。据估计，全球每年的鸡毛产量可达数亿吨，我国每年家禽屠宰加工及羽绒制品副产的羽毛、羽毛杆及其下脚料都在百万吨以上，目前除少量羽毛被用作保暖填充料、饲料、肥料外，更多的被当成垃圾处理掉，产量大、难降解；被处理时，不仅污染环境，而且易滋生病毒，对人类及家禽的生活和生存环境造成非常严重的危害。因此废弃羽毛的回收及开发利用越来越受到人们的重视。羽毛纤维独特的分枝结构使其作为功能材料或与其他高聚物材料复合制备纸张、非织造材料、复合膜等方面有着巨大的潜在应用。

然而，由于羽毛纤维表面具有疏水性的油脂，且表面较光滑，羽枝之间相互黏连，在与其他材料复合时，容易导致界面结合不牢固，影响复合材料的力学性能。对羽毛纤维进行分纤细化处理，可以提高其界面结合能力。在羽毛改性处理方面，已有相关研究报道，如：CN 106978732 A一种基于羽毛改性的表面亲水性纤维及其制备方法，将废弃羽毛纤维洗净后，浸于溶解有还原剂和保护剂的水溶液中，震摇升温；再加入改性剂和分散剂，震摇；冷却、冲洗、干燥，得到表面改性羽毛纤维。该发明的主要目的是得到具有水下超疏油的特殊浸润性的改性羽毛纤维。目前，将羽毛经过处理使其羽枝分裂成微细纤维的研究未见报道。

此外，角蛋白膜材料在生物医用领域和组织工程领域具有很大的应用前景，比如CN 102600476 B公开了一种载药角蛋白膜的制备方法及其应用，利用谷氨酰胺转氨酶催化交联的羊毛角蛋白成膜，主要是用作药物载体，目的是延缓药物的释放速率，但对于角蛋白膜的力学性能未提及。CN101525491B提供了一种角蛋白晶须增强的生物相容性同质复合膜的制备方法，将角蛋白晶须分散在角蛋白溶液中，倒入模具中固化成形，其中晶须起到了改善角蛋白膜机械性能的作用。但晶须为常规的一维细长物体，对复合膜强度的增强效果有限，复合膜断裂强度均小于7MPa。CN102827481B提供了一种角蛋白高弹柔性角蛋白膜的制备方法，其方法是将过氧化氢水溶液滴入纯角蛋白溶液中，通过调整角蛋白大分子的交联速度和交联程度调控角蛋白膜的弹性，其特点主要在于优良的伸长率和弹性回复率，对于角蛋白膜的断裂强度该专利未提及，且交联工艺过程难以控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种制备工艺简单、成本低廉、界面结合力强的分纤细化羽毛纤维及其制备方法。并利用羽毛纤维的多级分枝结构及通过对其表面进行改性提高其界面结合力，从而获得力学性能优异的羽毛纤维增强角蛋白复合膜。

本发明的第一个目的是提供一种分纤细化羽毛纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氯化钙、尿素和氨水溶解在水中，得到混合溶液；所述混合溶液中，按摩尔浓度，氯化钙为0.09-0.18mol/L，尿素为1.10-2.20mol/L，氨水为0.17-0.25mol/L；

(2)将洗净烘干后的羽毛浸没在步骤(1)的混合溶液中，在50-70℃温度下搅拌处理时间为1-5小时；

(3)将步骤(2)处理后的羽毛纤维洗净烘干得到分纤细化羽毛纤维。

进一步地，所述的羽毛为鸡毛、鸭毛、鹅毛中的一种或一种以上混合。

进一步地，在步骤(1)中，所述的氨水的浓度为20～40％。