一種雞毛角蛋白基生物塑料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雞毛角蛋白基生物塑料的制備方法，屬于生物塑料領(lǐng)域。本發(fā)明利用化學(xué)法和生物酶法從雞毛中提取得到雞毛角蛋白粉末，并對(duì)角蛋白進(jìn)行乙?；男裕瑢⒁阴；堑鞍缀途廴樗徇M(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，即可得到生物塑料，本發(fā)明制備得到的生物塑料不僅安全環(huán)保、可完全生物降解，而且制備成本低廉、生產(chǎn)工序簡單、制備效率高，產(chǎn)品降解速度快、親水性能好的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種雞毛角蛋白基生物塑料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種雞毛角蛋白基生物塑料的制備方法，屬于生物塑料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]塑料作為人工合成的高分子材料，由于它具有很好的成型、成膜性、絕緣性、耐酸堿、耐腐蝕性、低透氣以及易于著色、外觀鮮艷等特點(diǎn)，廣泛用于家電產(chǎn)品、汽車、家具、包裝用品、農(nóng)用薄膜等許多方面，塑料的大量使用，產(chǎn)生了許多無法回收的一次性塑料廢棄品，造成了日益嚴(yán)重的“白色污染”，如地下水體污染和土壤污染，動(dòng)植物資源被破壞，嚴(yán)重威脅著人類的生存和健康。
[0003]生物塑料是以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)在微生物作用下生成的塑料，具有可再生性，在不可再生資源越用越少的現(xiàn)代，人們的資源利用和環(huán)保意識(shí)逐漸上升，因此對(duì)于具有環(huán)保意義的可生物降解材料的關(guān)注度也越來越高。生物塑料不僅具有上述自身特性，對(duì)于人類肌體的適應(yīng)性也非常好，在使用過程中的安全性大大優(yōu)于傳統(tǒng)塑料制品。
[0004]聚乳酸是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源所提取的淀粉原料制成，是一種可完全降解、對(duì)環(huán)境友好的脂肪族聚酯類高分子材料。同時(shí)它又是一種熱塑性聚合物，具有良好的熱穩(wěn)定性和相容性，它的物理機(jī)械性能介于聚苯乙烯、聚酯之間，加工方便，利用常規(guī)塑料加工設(shè)備通過擠出、注射、紡絲、吹塑等加工方法制造成型。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，還具有較好的生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，主要用于服裝(包括內(nèi)衣、外衣)、產(chǎn)業(yè)(包括建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。目前全世界都關(guān)注環(huán)保問題，可降解可再生材料為未來發(fā)展方向，而聚乳酸作為可完全降解的材料也勢必引起市場的關(guān)注。
[0005]傳統(tǒng)的生物塑料優(yōu)點(diǎn)不少，但是缺點(diǎn)也很明顯，制備成本高、生產(chǎn)工序較多、工藝復(fù)雜、制備效率低，產(chǎn)品降解速度較慢、軟化點(diǎn)較低及親水性較差，這些缺點(diǎn)制約著生物塑料的應(yīng)用推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)傳統(tǒng)生物塑料制備成本高、生產(chǎn)工序較多、工藝復(fù)雜、制備效率低，產(chǎn)品降解速度較慢、軟化點(diǎn)較低及親水性較差，這些缺點(diǎn)制約著生物塑料的應(yīng)用推廣的問題，提供了一種雞毛角蛋白基生物塑料的制備方法，本發(fā)明利用化學(xué)法和生物酶法從雞毛中提取得到雞毛角蛋白粉末，并對(duì)角蛋白進(jìn)行乙酰化改性，將乙酰化角蛋白和聚乳酸進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，即可得到生物塑料，本發(fā)明制備得到的生物塑料不僅安全環(huán)保、可完全生物降解，而且制備成本低廉、生產(chǎn)工序簡單、制備效率高，產(chǎn)品降解速度快、親水性能好的優(yōu)點(diǎn)。
[0007 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)稱取100?120g雞毛，將雞毛絞碎后放入反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入100?200g亞硫酸氫鈉、6?1g十二燒基硫酸鈉和60?70g尿素，攪拌混合15?25min后向反應(yīng)釜中通入氮?dú)馀懦隹諝?，?0?70°C溫度攪拌反應(yīng)3?5h，反應(yīng)后冷卻至室溫抽濾，得濾渣，將濾渣用去離子水洗滌2?3次，分別收集洗滌物和洗滌液，并將洗滌液冷凍干燥得粉末，備用；
(2)將上述洗滌物按固液比1:20與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%氫氧化鈉溶液混合，混合后浸泡3?5h后過濾得濾渣，并用水沖洗3?4次，向沖洗后濾渣中加入濾渣質(zhì)量0.2?0.5%復(fù)合蛋白酶，設(shè)置pH為9?10和40?50°C溫度條件下酶解5?7h，酶解后在100?105°C下滅酶處理5?1min，滅酶后再加入總質(zhì)量I?2%角蛋白酶，在30?35 °C酶解2?3h，酶解后離心得沉淀物，將沉淀物放入烘箱中，在50?60°C溫度真空干燥5?6h;
(3)將上述干燥得到的固體和步驟(I)備用的粉末混合，即為角蛋白粉末，并放入不銹鋼反應(yīng)釜中，按固液比1:5向反應(yīng)釜中加入冰醋酸，設(shè)置溫度為45?500C，機(jī)械攪拌I?2h后繼續(xù)加入總質(zhì)量4?6%乙酸酐和總質(zhì)量0.5?0.8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%硫酸溶液，降溫至25?28 °C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)8?1h，反應(yīng)后加入總質(zhì)量3?5%去離子水，攪拌2?3h后將反應(yīng)物倒出，并用去離子水洗滌、抽濾5?6次，得濾渣放入烘箱中，在60?700C烘箱中干燥4?6h;
(4)稱取8?1g上述干燥物放入100mL的三口燒瓶中，向燒瓶中加入25?50mL二甲基亞砜溶劑、50?10g聚乳酸和0.5?0.8g2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧基)己燒，放入油浴鍋中，在80?90 °C溫度攪拌反應(yīng)30?40min，反應(yīng)后向燒瓶中通入氮?dú)?，并逐步升溫?50?160°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2?3h，反應(yīng)結(jié)束后得反應(yīng)產(chǎn)物，并用無水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水沖洗3?4次后放入烘箱中，在70?80°C溫度干燥3?5h，即可得到生物塑料。
[0008]本發(fā)明制備得到的生物塑料斷裂伸長率為480?600%，拉伸強(qiáng)度為45.6?58.2MPa，沖擊強(qiáng)度為400?500J/m，彎曲強(qiáng)度為60.8?80.5MPa，放入土壤中，在微生物的作用下可在3?5個(gè)月降解90%以上，8?10個(gè)月可以100%降解。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制備得到的生物塑料安全環(huán)保、制備工藝簡單，成本低廉；
(2)本發(fā)明制備得到的生物塑料可完全生物降解，產(chǎn)品降解速度快，放入土壤中，在微生物的作用下可在3?5個(gè)月降解90%以上，親水性能好的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]首先稱取100?120g雞毛，將雞毛絞碎后放入反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入100?200g亞硫酸氫鈉、6?1g十二燒基硫酸鈉和60?70g尿素，攪拌混合15?25min后向反應(yīng)釜中通入氮?dú)馀懦隹諝?，?0?70°C溫度攪拌反應(yīng)3?5h，反應(yīng)后冷卻至室溫抽濾，得濾渣，將濾渣用去離子水洗滌2?3次，分別收集洗滌物和洗滌液，并將洗滌液冷凍干燥得粉末，備用;將上述洗滌物按固液比I: 20與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%氫氧化鈉溶液混合，混合后浸泡3?5h后過濾得濾渣，并用水沖洗3?4次，向沖洗后濾渣中加入濾渣質(zhì)量0.2?0.5%復(fù)合蛋白酶，設(shè)置pH為9?10和40?50°C溫度條件下酶解5?7h，酶解后在100?105°C下滅酶處理5?1min，滅酶后再加入總質(zhì)量I?2%角蛋白酶，在30?35°C酶解2?3h，酶解后離心得沉淀物，將沉淀物放入烘箱中，在50?60°C溫度真空干燥5?6h;將上述干燥得到的固體和備用的粉末混合，即為角蛋白粉末，并放入不銹鋼反應(yīng)釜中，按固液比1:5向反應(yīng)釜中加入冰醋酸，設(shè)置溫度為45?50°C，機(jī)械攪拌I?2h后繼續(xù)加入總質(zhì)量4?6%乙酸酐和總質(zhì)量0.5?0.8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%硫酸溶液，降溫至25?28°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)8?1h，反應(yīng)后加入總質(zhì)量3?5%去離子水，攪拌2?3h后將反應(yīng)物倒出，并用去離子水洗滌、抽濾5?6次，得濾渣放入烘箱中，在60?70°C烘箱中干燥4?6h;稱取8?1g上述干燥物放入100mL的三口燒瓶中，向燒瓶中加入25?50mL二甲基亞砜溶劑、50?10g聚乳酸和0.5?0.8g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，放入油浴鍋中，在80?90°C溫度攪拌反應(yīng)30?40min，反應(yīng)后向燒瓶中通入氮?dú)?，并逐步升溫?50?160 °C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2?3h，反應(yīng)結(jié)束后得反應(yīng)產(chǎn)物，并用無水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水沖洗3?4次后放入烘箱中，在70?80°C溫度干燥3?5h，即可得到生物塑料。
[0011]實(shí)例I
首先稱取10g雞毛，將雞毛絞碎后放入反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入10g亞硫酸氫鈉、6g十二燒基硫酸鈉和60?70g尿素，攪拌混合15min后向反應(yīng)釜中通入氮?dú)馀懦隹諝猓?0°C溫度攪拌反應(yīng)3h，反應(yīng)后冷卻至室溫抽濾，得濾渣，將濾渣用去離子水洗滌2次，分別收集洗滌物和洗滌液，并將洗滌液冷凍干燥得粉末，備用；將上述洗滌物按固液比1: 20與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%氫氧化鈉溶液混合，混合后浸泡3h后過濾得濾渣，并用水沖洗3次，向沖洗后濾渣中加入濾渣質(zhì)量0.2%復(fù)合蛋白酶，設(shè)置pH為9和40 °(:溫度條件下酶解5h，酶解后在100°C下滅酶處理5min，滅酶后再加入總質(zhì)量1%角蛋白酶，在300C酶解2h，酶解后離心得沉淀物，將沉淀物放入烘箱中，在50°C溫度真空干燥5h;將上述干燥得到的固體和備用的粉末混合，即為角蛋白粉末，并放入不銹鋼反應(yīng)釜中，按固液比1:5向反應(yīng)釜中加入冰醋酸，設(shè)置溫度為45°C，機(jī)械攪拌Ih后繼續(xù)加入總質(zhì)量4%乙酸酐和總質(zhì)量0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%硫酸溶液，降溫至25°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)8h，反應(yīng)后加入總質(zhì)量3%去離子水，攪拌2h后將反應(yīng)物倒出，并用去離子水洗滌、抽濾5次，得濾渣放入烘箱中，在60°C烘箱中干燥4h;稱取8g上述干燥物放入I OOOmL的三口燒瓶中，向燒瓶中加入25mL二甲基亞砜溶劑、50g聚乳酸和0.5g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，放入油浴鍋中，在80°C溫度攪拌反應(yīng)30min，反應(yīng)后向燒瓶中通入氮?dú)?，并逐步升溫?50°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后得反應(yīng)產(chǎn)物，并用無水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水沖洗3次后放入烘箱中，在70°C溫度干燥3h，即可得到生物塑料。
[0012]本發(fā)明制備得到的生物塑料斷裂伸長率為480%，拉伸強(qiáng)度為45.6MPa，沖擊強(qiáng)度為400J/m，彎曲強(qiáng)度為60.8MPa，放入土壤中，在微生物的作用下可在3個(gè)月降解90.5%，8個(gè)月可以100%降解。
[0013]實(shí)例2
首先稱取IlOg雞毛，將雞毛絞碎后放入反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入150g亞硫酸氫鈉、8g十二燒基硫酸鈉和65g尿素，攪拌混合20min后向反應(yīng)釜中通入氮?dú)馀懦隹諝?，?5°C溫度攪拌反應(yīng)4h，反應(yīng)后冷卻至室溫抽濾，得濾渣，將濾渣用去離子水洗滌3次，分別收集洗滌物和洗滌液，并將洗滌液冷凍干燥得粉末，備用;將上述洗滌物按固液比I: 20與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%氫氧化鈉溶液混合，混合后浸泡4h后過濾得濾渣，并用水沖洗4次，向沖洗后濾渣中加入濾渣質(zhì)量0.3%復(fù)合蛋白酶，設(shè)置pH為9.5和45 °C溫度條件下酶解6h，酶解后在103°C下滅酶處理7min，滅酶后再加入總質(zhì)量1.5%角蛋白酶，在33°〇酶解2.5h，酶解后離心得沉淀物，將沉淀物放入烘箱中，在55 °C溫度真空干燥5.5h;將上述干燥得到的固體和備用的粉末混合，即為角蛋白粉末，并放入不銹鋼反應(yīng)釜中，按固液比1:5向反應(yīng)釜中加入冰醋酸，設(shè)置溫度為47°C，機(jī)械攪拌1.5h后繼續(xù)加入總質(zhì)量5%乙酸酐和總質(zhì)量0.6%質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%硫酸溶液，降溫至27°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)9h，反應(yīng)后加入總質(zhì)量4%去離子水，攪拌2.5h后將反應(yīng)物倒出，并用去離子水洗滌、抽濾5次，得濾渣放入烘箱中，在65°C烘箱中干燥5h;稱取9g上述干燥物放入100mL的三口燒瓶中，向燒瓶中加入35mL二甲基亞砜溶劑、75g聚乳酸和0.6g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，放入油浴鍋中，在85°C溫度攪拌反應(yīng)35min，反應(yīng)后向燒瓶中通入氮?dú)?，并逐步升溫?55 °C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2.5h，反應(yīng)結(jié)束后得反應(yīng)產(chǎn)物，并用無水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水沖洗4次后放入烘箱中，在750C溫度干燥4h，即可得到生物塑料。
[0014]本發(fā)明制備得到的生物塑料斷裂伸長率為520%，拉伸強(qiáng)度為50.2MPa，沖擊強(qiáng)度為450J/m，彎曲強(qiáng)度為70.6MPa，放入土壤中，在微生物的作用下可在4個(gè)月降解91%，9個(gè)月可以100%降解。
[0015]實(shí)例3
首先稱取120g雞毛，將雞毛絞碎后放入反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入200g亞硫酸氫鈉、1g十二燒基硫酸鈉和70g尿素，攪拌混合25min后向反應(yīng)釜中通入氮?dú)馀懦隹諝猓?0°C溫度攪拌反應(yīng)5h，反應(yīng)后冷卻至室溫抽濾，得濾渣，將濾渣用去離子水洗滌3次，分別收集洗滌物和洗滌液，并將洗滌液冷凍干燥得粉末，備用;將上述洗滌物按固液比I: 20與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%氫氧化鈉溶液混合，混合后浸泡5h后過濾得濾渣，并用水沖洗4次，向沖洗后濾渣中加入濾渣質(zhì)量0.5%復(fù)合蛋白酶，設(shè)置pH為10和50°C溫度條件下酶解7h，酶解后在105°C下滅酶處理5?lOmin，滅酶后再加入總質(zhì)量2%角蛋白酶，在350C酶解3h，酶解后離心得沉淀物，將沉淀物放入烘箱中，在60°C溫度真空干燥6h;將上述干燥得到的固體和備用的粉末混合，即為角蛋白粉末，并放入不銹鋼反應(yīng)釜中，按固液比1:5向反應(yīng)釜中加入冰醋酸，設(shè)置溫度為50°C，機(jī)械攪拌2h后繼續(xù)加入總質(zhì)量6%乙酸酐和總質(zhì)量0.8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%硫酸溶液，降溫至28°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1h，反應(yīng)后加入總質(zhì)量5%去離子水，攪拌3h后將反應(yīng)物倒出，并用去離子水洗滌、抽濾6次，得濾渣放入烘箱中，在70°C烘箱中干燥6h;稱取1g上述干燥物放入100mL的三口燒瓶中，向燒瓶中加入50mL二甲基亞砜溶劑、10g聚乳酸和0.8g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，放入油浴鍋中，在90 V溫度攪拌反應(yīng)40min，反應(yīng)后向燒瓶中通入氮?dú)猓⒅鸩缴郎氐?60 V，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后得反應(yīng)產(chǎn)物，并用無水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水沖洗4次后放入烘箱中，在80°C溫度干燥5h，即可得到生物塑料。
[0016]本發(fā)明制備得到的生物塑料斷裂伸長率為600%，拉伸強(qiáng)度為58.2MPa，沖擊強(qiáng)度為500J/m，彎曲強(qiáng)度為80.5MPa，放入土壤中，在微生物的作用下可在5個(gè)月降解92%，1個(gè)月可以100%降解。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雞毛角蛋白基生物塑料的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: 稱取100?120g雞毛，將雞毛絞碎后放入反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中按固液比1:10加水混合，并向混合物中加入100?200g亞硫酸氫鈉、6?1g十二燒基硫酸鈉和60?70g尿素，攪拌混合15?25min后向反應(yīng)釜中通入氮?dú)馀懦隹諝?，?0?70°C溫度攪拌反應(yīng)3?5h，反應(yīng)后冷卻至室溫抽濾，得濾渣，將濾渣用去離子水洗滌2?3次，分別收集洗滌物和洗滌液，并將洗滌液冷凍干燥得粉末，備用； 將上述洗滌物按固液比I: 20與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%氫氧化鈉溶液混合，混合后浸泡3?5h后過濾得濾渣，并用水沖洗3?4次，向沖洗后濾渣中加入濾渣質(zhì)量0.2?0.5%復(fù)合蛋白酶，設(shè)置pH為9?10和40?50 °C溫度條件下酶解5?7h，酶解后在100?105 °C下滅酶處理5?1min，滅酶后再加入總質(zhì)量I?2%角蛋白酶，在30?35 °C酶解2?3h，酶解后離心得沉淀物，將沉淀物放入烘箱中，在50?60°C溫度真空干燥5?6h; 將上述干燥得到的固體和步驟(I)備用的粉末混合，即為角蛋白粉末，并放入不銹鋼反應(yīng)釜中，按固液比1:5向反應(yīng)釜中加入冰醋酸，設(shè)置溫度為45?500C，機(jī)械攪拌I?2h后繼續(xù)加入總質(zhì)量4?6%乙酸酐和總質(zhì)量0.5?0.8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%硫酸溶液，降溫至25?28°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)8?10h，反應(yīng)后加入總質(zhì)量3?5%去離子水，攪拌2?3h后將反應(yīng)物倒出，并用去離子水洗滌、抽濾5?6次，得濾渣放入烘箱中，在60?70 0C烘箱中干燥4?6h; 稱取8?1g上述干燥物放入100mL的三口燒瓶中，向燒瓶中加入25?50mL二甲基亞砜溶劑、50?10g聚乳酸和0.5?0.8g2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，放入油浴鍋中，在80?90°C溫度攪拌反應(yīng)30?40min，反應(yīng)后向燒瓶中通入氮?dú)?，并逐步升溫?50?160°C，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2?3h，反應(yīng)結(jié)束后得反應(yīng)產(chǎn)物，并用無水甲醇沉淀，得沉淀物，用清水沖洗3?4次后放入烘箱中，在70?80°C溫度干燥3?5h，即可得到生物塑料。
【文檔編號(hào)】C08L67/04GK105924985SQ201610469798
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月26日
【發(fā)明人】郭舒洋, 王統(tǒng)軍
【申請人】郭舒洋