【摘 要】
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角蛋白是一种可再生、可生物降解、价格低廉,而且容易获得的非食物性蛋白质。废弃的羽毛、羊毛、头发、指甲及动物角蹄中均富含角蛋白,但大多被焚烧或掩埋等方法处理,这不仅
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角蛋白是一种可再生、可生物降解、价格低廉,而且容易获得的非食物性蛋白质。废弃的羽毛、羊毛、头发、指甲及动物角蹄中均富含角蛋白,但大多被焚烧或掩埋等方法处理,这不仅使角蛋白资源得不到充分利用,而且对自然环境造成严重污染。若对角蛋白资源进行再生利用,必将产生极大的经济效益和社会效益。以氧化法提取的羽毛角蛋白(feratin keratin,FK)、聚乙烯醇(poly(vinylalcohol),PVA)及聚氧化乙烯(poly(ethylene oxide),PEO)为原料,采用静电纺丝技术制备了FK/PVA/PEO纳米纤维膜。研究了纺丝液的配比、质量分数以及静电纺过程参数对FK/PVA/PEO纳米纤维膜微观结构的影响。研究表明,纺丝工艺为:纺丝液质量分数为12%,PVA和PEO质量比为70/30,PVA和PEO质量之和与FK的质量比为80/20,静电纺丝外加电压为18 kV,接收距离为12 cm,流速为0.05 mm/min。在确定纺丝参数的基础上,研究FK含量的变化对FK/PVA/PEO纳米纤维膜微观形貌、化学结构、热稳定性以及力学性能的影响。TEM、FTIR和XRD结果显示,FK、PVA和PEO共混后相容性良好。虽然没有发生明显化学变化,但是形成了分子间氢键,氢键的形成大大增强了FK、PVA和PEO相容性,从而提高了FK的可纺性。随着FK含量的增加,共混膜的热稳定性逐渐增强。但由于FK是硬性蛋白,脆性较强,使膜的力学性能逐渐减小。基于所制备的FK/PVA/PEO纳米纤维膜易在水中溶失、力学性能不佳等不足,采用戊二醛对其进行交联改性。研究发现,戊二醛中的醛基与FK的伯氨基以及PVA中的羟基发生交联反应,使分子链增大,导致纤维平均直径的增大,纤维间空隙率逐渐降低。随着戊二醛含量的增加,膜的结晶度逐渐增强,热稳定性、抗水性和力学性能均有所提升。当戊二醛含量为15%时,接触角由21.53°增至86.26°。抗拉强度由2.62±0.51 MPa增至7.28±0.33MPa。采用液相化学还原法结合原位表面修饰法制备纳米银(AgNPs),通过AgNPs改性FK/PVA/PEO纳米纤维膜,从而赋予FK/PVA/PEO纳米纤维膜抑菌性能。研究发现,AgNPs呈均匀球形,平均粒径为13.67±2.95 nm。随着AgNPs含量的增加,纤维平均直径从249.76±38.02 nm(0%)降至160.30±25.53 nm(3%)。热稳定性有所增加,力学性能呈先增后减趋势,在AgNPs含量为1.2%时,抗拉强度和断裂伸长量达到最大,分别是5.52±0.71 MPa和51.50±9.19%。抑菌性能测试结果表明,被AgNPs改性后的FK/PVA/PEO纳米纤维膜具有良好的抑菌性能,而且对大肠杆菌的抑制能力要高于金黄色葡萄球菌。所制备的FK/PVA/PEO纳米纤维膜,经过交联改性和纳米改性后,力学性能、热学性能、抗水性及抑菌性能良好。在生物医用材料、食品包装膜等领域具有很好的应用前景。
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