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羊毛角朊是一种生物蛋白,由20多种α氨基酸组成,以皮层细胞形式存在于基质和微原纤中,占羊毛总成分的95%。羊毛角朊蛋白包括中长蛋白、高或超高硫蛋白、高—氨基乙酸—酪氨酸蛋白三类。羊毛角朊中二硫键交联形成的网状结构给其再利用带来一定难度。
本课题的目的是得到一种高性能的角朊蛋白膜,无毒、无污染、高纯度,具有一般的机械性能和较好柔软性。分为几个部分:将羊毛中的角朊成分提取出来,主要问题是将二硫键打破同时又不破坏大分子主链;得到具有一定性能的羊毛角朊膜,并探讨成膜工艺与膜的各种性能之间的关系;采用各种方法对角朊膜进行表征,了解角朊膜的结构;进行多孔膜制备的探讨。
本论文阐述了以下几项研究工作:
①进行溶解方法的筛选,在简单的实验研究的基础上,采用无机盐Na2S2O5以及其他试剂混合与羊毛作用,选用主溶剂浓度、助剂浓度以及溶解温度作为主要因子,以溶解率和分子量分布作为目标因子,进行正交实验,采用直观方法,ANOVA过程以及平衡理论进行分析得到最优的溶解工艺。
②采用延流法成膜,研究不同成膜工艺参数(增塑剂含量以及成膜温度)和最终得到的角朊致密膜机械性能(包括延伸性能、弯曲性能、压缩性能)之间的关系,分析得到最优的成膜方案。同时给出角朊致密膜的基本性能指标。
③运用紫外光谱以及傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术对羊毛、角朊蛋白溶液以及角朊蛋白膜进行分析。对角朊蛋白溶液的分析得到其浓度的标定曲线,对角朊致密膜的透光度以及紫外吸收情况分析得出其为透明膜并且透明度随成膜工艺会有所变化,角朊膜同时也具有吸收紫外线功能。比较羊毛与角朊膜的红外光谱图以及不同还原剂处理得到的角朊蛋白膜的红外光谱图,得到它们间的结构异同。
④使用DSC、DMA、X—RAY以及SEM表征羊毛角朊蛋白膜的内在结构以及外观结构。纯羊毛角朊膜的玻璃化转变峰值在90.2℃,但含有甘油的羊毛角朊膜的玻璃化温度在72℃到79℃之间,玻璃化转变区非常宽。DMA结果表明其玻璃化温度在108℃左右。增塑膜的熔融温度在200℃附近。广角X-射线衍射的结果表明在4.2100(A),9.9278(A),14.1463(A)三处具有明显的衍射峰。采用拟合分峰的方法计算不同甘油含量的角朊膜的结晶度在29%~40%之间。甘油会使角朊膜的结晶度降低。
角朊膜有相对均匀光滑的正表面,在背面存在蛋白质碎片。横截面的SEM照片表明,致密角朊多孔膜具有许多纳米孔隙。
⑤采用冷冻干燥法得到羊毛角朊多孔膜,并且探讨孔径大小以及孔隙率与冷冻温度以及溶液浓度之间的关系。