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羽毛具有质轻、蓬松和保暖性等优点,但是由于抱合力差,可纺性不佳,限制了其在纺织领域中的作用。我国羽毛、羽绒的年产量高达70万吨,占世界产量的60%以上,但是除少量作为保暖材料外,绝大部分被废弃而污染环境。羽毛中的蛋白质含量达80%以上,充分利用这一蛋白质资源,对于保护环境和开发利用新的资源具有重要的意义。
目前对羽毛的溶解方法主要是碱法,碱能在短时间内溶解羽毛,但对肽链的破坏严重,只能得到低相对分子质量的多肽。本课题通过对羽毛纤维的组成和结构的分析,采用还原法从羽毛中提取角蛋白,探讨了还原剂NaHSO3、尿素、SDS的浓度、反应温度及时间等因素对产物的产率和相对粘度的影响。实验发现,NaHSO3的浓度和反应温度是影响产率的最重要因素;SDS和温度对粘度的影响最为显著。在本实验条件下,还原法制备羽毛角蛋白的最佳工艺条件为:NaHSO3浓度50gL-1,尿素浓度480gL-1,SDS浓度30gL-1,温度80℃,反应时间5小时;可以得到产率63%,相对粘度1.29的角蛋白溶液,蛋白质含量为60.7%,相对分子质量集中在66KD的角蛋白溶液。FTIR和X射线衍射测试表明,还原法制备工艺破坏了二硫键,但有效保留了羽毛角蛋白的化学营养成分。
利用羽毛角蛋白与聚乙烯醇共混制备纺丝溶液,在溶液中添加三氯化铝作为螯合剂,从而得到稳定、均匀的纺丝溶液。对纺丝溶液的流变性能进行研究,结果表明,各配比的羽毛角蛋/与聚乙烯醇纺丝溶液均属于非牛顿剪切变稀流体,非牛顿指数n随着溶液中角蛋白含量增加和溶液温度的升高而增大;结构粘度指数△η随着溶液中角蛋白含量增加和溶液温度的升高而减小,但随着浓度的增大而增大。这为纺丝工艺参数设定提供了理论基础。
凝固浴浓度和温度对复合纤维的性能有较大影响,随着凝固浴温度、浓度的升高,初生纤维的断裂强度和初始模量都呈现先增大后减小的趋势;通过改变凝固浴的温度和浓度条件,可得到表面光滑的纤维;复合纤维的力学性能测试表明:当复合纤维中羽毛角蛋白/PVA的质量比由1:9提高到3:7时,其强度由2.78cN/dtex下降到1.48cN/dtex;缩醛化结果表明:当在温度为65℃、缩醛化时间为20min、硫酸浓度为175gL-1的条件下,复合纤维的蛋白质存留率为84.6%,其水中软化点温度为101.6℃;纤维的红外、热性能和WAXD分析结果表明:羽毛角蛋白和PVA之间发生了相互作用,具有一定的相容性,复合纤维具有较好的热性能。