羽毛角蛋白可降解功能膜材料及性能研究

本课题以大量废弃的羽毛等为原料，水解制备可溶性羽毛角蛋白，再经化学改性、交联、热压、浇铸制备质子导电性羽毛角蛋白功能膜和羽毛角蛋白包膜尿素缓释材料。系统考察羽毛角蛋白的氧化条件和模压工艺对功能膜材料的电导率、膜力学性能、甲醇透过系数、氢气透过率、含水率和膜密度等影响；并探讨氧化角蛋白功能膜材料在土壤中生物降解性能和对土壤内生物活性、pH、土壤呼吸和离子交换量的影响；研究羽毛蛋白包膜尿素缓释材料中肥料的淋溶速率与缓释材料制备的模压压强、模压温度、角蛋白氧化时间、尿素含量和尿素粒度等关系。采用多种结构测试和表征方法，系统研究羽毛角蛋白膜材料结构、成膜机理、工艺条件与各项性能之间的内在关系。本课题不仅对完善毛羽角蛋白改性、可降解性膜材料和包膜肥料缓释材料等领域的基础理论，丰富其研究方法具有重要意义，对充分利用废弃资源、变废为宝、优化人类生存环境及保证生态可持续发展具有十分的现实意义。

本课题以废弃鸡羽毛等为原料，采用NaOH碱法水解、磺化和季铵化改性制备可溶性改性羽毛蛋白。改性羽毛蛋白经热压成膜制备出热压型羽毛角蛋白膜材料，或者与聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素钠（CMC）和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560) 、丙烯酸（盐）、烯丙基结构长链季铵盐 (RADM)等单体交联、浇铸成型制备出羽毛角蛋白复合膜材料。系统考察羽毛粉的水解条件和羽毛蛋白成模工艺参数及交联剂、增塑剂对羽毛蛋白膜结构和力学性能、电导率、透光率、水分透过率和膜密度等影响；为提高复合膜的抗菌性和使用寿命，在复合体系中引入长链季铵盐控制膜的抗菌性能和降解速度。. 研究表明，羽毛蛋白粉在碱性条件下能较好地水解成分子量14000－30000的水溶性蛋白质，收率达50％～60％。热压羽毛蛋白膜材料最佳条件是甘油含量为30%、模压15Mp、温度130℃、热压时间6min，所得蛋白膜材料抗拉强度10Mp，断裂伸长率56%，透光率82.4％，蛋白膜在50℃水中浸泡24h后，仍然保持完整。羽毛蛋白复合膜的力学和透过性能比热压膜优越，FK/PVA复合膜最佳条件是甘油量2.0%、戊二醛量2.0%、W(PVA) : W(FK)＝7:3、干燥温度60℃、干燥时间4h，制得FK/PVA复合膜性能较好，断裂伸长率238%，抗拉强度23.1Mpa，导电率1.8×10-4 s/cm，透光率89.4%，水蒸气透过率为9.98×10-10g/(m•s•Pa)。可见，羽毛蛋白复合膜的力学和透过性能比热压膜优越。. 研究发现，在复合膜中引入1.5%－2.5%烯丙基结构长链季铵盐 (RADM)，复合膜材料的抗菌性提高75%以上，使用寿命明显提高。. 羽毛蛋白复合膜具有良好的力学性能、热稳定性、可降解性和生物相容性，在生物医用材料、食品包装材料以及药物缓释材料等有较好应用前景，这对完善毛羽角蛋白改性和可降解性膜材料等领域的基础理论和利用废弃资源、实现生态可持续发展具有现实意义。