[发明专利]一种高柔韧性的废弃羊毛基生物塑料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高柔韧性的废弃羊毛基生物塑料及其制备方法，属于生物塑料技术领域。本发明采用快速冷冻干燥的方法尽可能地保留羊毛纤维中的空隙，为下一步羊毛粉末与增塑剂的融合提供了良好的环境，使得乙二醇能够更多的进入羊毛纤维内部，提高羊毛角蛋白中二硫键断裂率。液氮冷冻干燥处理有效提高了羊毛基生物塑料的柔韧性，羊毛基生物塑料具有更好的延伸性，杨氏模量较小。本发明得到的羊毛基生物塑料不仅可降解，而且隔热、隔音、电绝缘性能好，可应用于对电绝缘、隔热、隔音要求高的建筑、室内装饰等领域。同时，角朊生物塑料生物相容性好，可生物降解，还具有生物医用的潜力。

技术领域

本发明涉及一种高柔韧性的废弃羊毛基生物塑料及其制备方法，属于生物塑料技术领域。

背景技术

随着社会的不断发展与进步，人们的环保意识也不断增强，由石油基塑料带来的环境污染、可持续发展等问题受到了越来越多人的关注。近年来，以可再生的天然高分子材料为原料，制备可降解、可再生生物塑料的研究受到了研究者们的广泛关注。羊毛作为天然生物蛋白质材料的代表，全球每年的产量都十分巨大，伴随着的因工艺要求，设备水平、羊的种类等问题产生的废弃羊毛也越来越多，比起将这些资源废弃填埋，造成环境污染和资源浪费，将他们制作成可降解的生物塑料，资源化利用，不但可以节约资源同时还可以减少污染保护人类的身体健康。

目前，废弃羊毛在一些领域已经有所应用，比如：(1)将长度小于13mm的羊毛短纤维采用缝制和胶粘的方法制作成非织造织物网；(2)对废弃羊毛进行高温高压处理，再辅以酸或碱溶液使其轻微酸解或碱解，得到的角蛋白粉可用于动物饲料添加剂；(3)从废弃羊毛中提取氨基酸可在医药、食品、工业、农业等领域应用；(4)从牛乳、羊毛、鸡毛等物质中提取蛋白质，复合制成蛋白质纤维；(5)制备天然高分子生物膜。

羊毛在变成粉末状后，物理及化学形态较羊毛纤维都有很大的不同，经研究表明，羊毛粉末对水分的保持率较羊毛纤维有很大的提高，但吸湿性能下降。羊毛粉末的吸附性和除臭性能也很优良。

人们对羊毛粉末的制备研究主要分为两种方法，机械法和化学—机械联合法。机械法又包括低温机械法、真空机械法，化学—机械联合法主要包括酶处理法、溶解—析出法、氧化-还原法、无机金属盐处理法等。通过不同方法处理得到的羊毛粉其结构有很大不同，机械法处理的羊毛粉末中二硫键基本上不会被破坏，而经过化学试剂处理的羊毛粉末二硫键部分受到破坏或全部破坏，羊毛粉末中无定形结构增加。

已有报道采用热水处理与机械粉碎相结合的方法将废弃角朊制备成粉末，然后添加安全、无毒的增塑剂经热压制备成生物塑料；具体是通过高温热水处理、热风干燥、粉碎、与增塑剂混合、二次烘干、热压成型、冷却的方法来制备。其力学性能和柔韧性方面还有待加强。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种柔韧性提高的废弃羊毛基生物塑料及其制备方法。本发明首先将羊毛纤维剪断为3-5mm，然后对羊毛纤维进行热水预处理，使纤维鳞片充分张开，分子间的二硫键断裂，使羊毛纤维可以吸收足够多的水份，吸水率达到300～500％，然后采用-200℃左右的液氮迅速冷却，使含有水份的羊毛角朊纤维快速冷却，然后采用冷冻干燥的方法干燥羊毛纤维。在快速冷却过程中，羊毛纤维空隙中的水份迅速结冰、膨胀，形成较大的冰晶并可改变纤维的紧密结构。在冻干过程中，由于冰晶的汽化，羊毛纤维中形成很多较大的空隙，纤维脆性增大。在粉碎过程中，羊毛纤维不仅在长度方向断裂，也能在直径方向断裂，易于粉碎成细度范围可达到0.5-2μm的超细粉末。超细粉末可以与增塑剂充分均匀混合，有利于增塑剂分子进入角朊大分子之间，打开大分子之间的二硫键交联，最后热压成更加柔韧、透明的角朊生物塑料。

本发明的柔韧性提高的废弃羊毛基生物塑料，制备方法包括：(1)热水预处理：将经过剪短、除杂、洗净的废弃羊毛纤维加入水溶液中，于120～135℃处理30～100min；(2)冷冻干燥：倒入液氮，让吸饱水的羊毛纤维迅速冷冻，然后于冷冻干燥机中干燥15～24h；(3)磨碎；(4)与增塑剂搅拌混合，然后放置8～12h；(5)二次干燥；(6)热压成型；(7)冷却。