殼聚糖改性聚氨酯和角蛋白的制備及其對羊毛防氈縮的應用研究.pdf

1、羊毛是一種具有鱗片層結構的天然蛋白質纖維，它富有彈性，具有良好的吸濕性和保暖性。但是羊毛本身特有的鱗片層會產生定向摩擦效應，易產生氈縮，極大影響其服用性能。傳統(tǒng)的羊毛防氈縮整理中常使用氯氣或釋氯劑，處理過程中產生的AOX(absorbable organic halogen)會對環(huán)境造成嚴重污染。水性聚氨酯(PU)是無氯防氈縮常用整理劑，但要獲得良好的防氈縮效果使用量很大，整理后織物變硬，羊毛手感變差。采用生物質材料殼聚糖來增強水性聚氨

2、酯，可以較大幅度降低羊毛防氈縮劑的使用量，使得PU在羊毛纖維表面形成的膜變薄，這不僅可改善整理后羊毛的手感，大量節(jié)約整理劑原料;而且可提高毛織物的生物可降解性。另外，我國作為羊毛制品生產大國，每年產生大量的廢棄羊毛，從廢棄羊毛中提取羊毛角蛋白，將其應用在羊毛織物的防氈縮整理中，可使廢棄羊毛這一寶貴的蛋白資源得到合理有效的利用。
　　因此，本文研究殼聚糖改性聚氨酯的制備及其羊毛防氈縮整理工藝、以及廢棄羊毛中提取角蛋白用于羊毛防氈縮工

3、藝。同時，對殼聚糖改性聚氨酯復配液所成的膜及角蛋白與殼聚糖復合生物膜的相關性能進行探索，為今后新工藝的產業(yè)化提供理論支撐。
　　第一部分，本文研究殼聚糖改性聚氨酯的制備及其在羊毛防氈縮整理應用工藝。研究發(fā)現，殼聚糖分子量的大小對增強效果有較大影響，這在文獻中鮮有報道。本文篩選和制備一種合適分子量范圍的殼聚糖，在實際應用中可與聚氨酯以任意比例混合，可以現配現用，為工業(yè)化應用奠定基礎。
　　首先，本文采用H2O2-微波酸性復合降

4、解工藝對高分子量的殼聚糖進行降解，得到11種不同分子量范圍的殼聚糖，探討了過氧化氫用量和微波處理時間對降解產物粘均分子量、產率、穩(wěn)定性等的影響，并通過紅外測試對降解產物進行結構分析。隨著微波時間和過氧化氫用量的增加，殼聚糖分子量逐漸降低，顏色逐漸加深，產率也逐漸下降。
　　其次，將所得11種不同分子量的殼聚糖與聚氨酯以一定比例復配，然后進行羊毛防氈縮整理，重點研究了殼聚糖的分子量、聚氨酯用量、殼聚糖與聚氨酯的質量百分比等對復配液的

5、穩(wěn)定性、均勻性及防氈縮效果的影響。通過對羊毛織物的氈縮率、力學性能等的測試，確定羊毛防氈縮整理的最佳工藝條件。結果表明，粘均分子量為3×104D的降解殼聚糖與60g/L的聚氨酯復配成質量百分比為4％的復配液，其防氈縮效果最理想，面積氈縮率達0.1％，達到ISO6330、IWSTMNO.31防氈縮技術標準和市場的要求。少量粘均分子量為3×104D的殼聚糖通過復配的形式與聚氨酯進行共混，大大提高了復配液的均勻性及穩(wěn)定性，并且可以現配現用，適

6、用于工廠大規(guī)模生產。與不加殼聚糖的聚氨酯整理羊毛織物的工藝相比，殼聚糖的加入使聚氨酯的用量降低了45％，同時改善了織物手感、增強了織物的強力。
　　第二部分:較系統(tǒng)研究殼聚糖/聚氨酯復合膜的性能。利用粘均分子量為3×104D的改性殼聚糖與60g/L的聚氨酯形成的復配液進行成膜性實驗。動態(tài)熱機械分析儀(DMA)測試結果表明，殼聚糖的加入使復合膜的拉伸強力提高40％、儲存模量提高6％，這說明殼聚糖的加入對聚氨酯的增強效果明顯。此外，殼

7、聚糖的加入使得復合膜的玻璃化轉變溫度從-52℃升高到-45℃，這主要是殼聚糖與聚氨酯的軟段發(fā)生相互作用，從而破壞聚氨酯軟段與硬段之間的相互作用，導致微相分離程度有所加劇所致。熱力學測試表明，殼聚糖的加入使得聚氨酯的熱穩(wěn)定性有所改善。紅外光譜(FTIR)的測試結果說明殼聚糖與聚氨酯之間存在一定的化學交聯。另外，通過生物降解性測試結果發(fā)現殼聚糖的加入可以有效改善聚氨酯的生物降解性，使其強力在水降解條件下降低65.7％，酶降解條件下降低70.

8、7％，改性聚氨酯膜表面出現凹槽和裂痕。
　　本文第三部分，研究羊毛角蛋白的羊毛防氈縮工藝。首先系統(tǒng)地研究了生物酶溶解羊毛提取角蛋白技術，通過考察處理溫度、處理時間、處理浴pH值和酶用量等條件對羊毛溶解率的影響，篩選出提取羊毛角蛋白的最佳工藝條件。借助SDS-凝膠電泳、傅里葉變換衰減全反射紅外光譜、廣角X射線衍射和熱重分析等測試手段分析了酶法提取角蛋白的結構與性能，并與熔融尿素法和傳統(tǒng)還原法所得角蛋白進行對比，同時對羊毛溶解機理進行

9、了初步探討。研究結果表明，采用蛋白酶法的羊毛溶解率和角蛋白產率分別高達90.1％和87.6％，角蛋白分子結構中二硫鍵部分斷裂，其分子量＜2kD，呈多肽形式，結晶度為45.2％，其熱穩(wěn)定性遜于熔融尿素法和氧化-還原法產品。
　　其次還對羊毛角蛋白溶液用于羊毛織物的防氈縮整理亦進行了探討。研究了不同工藝提取的角蛋白分子對羊毛防氈縮效果的影響，分子量較大對羊毛防氈縮效果稍好。并首次對比純角蛋白、粗角蛋白、純還原劑、角蛋白/還原劑、預處理

10、-角蛋白/還原劑等不同工藝對織物防氈縮效果及物理機械性能的影響，優(yōu)化羊毛織物防氈縮整理工藝。結果顯示，純角蛋白對羊毛防氈縮性影響不大，需要與還原劑協同作用才有效果;追加還原劑和親水化預處理均能促進角蛋白對織物的防氈縮性，追加還原劑可以還原羊毛織物中的二硫鍵，產生較多的巰基-SH，可以與角蛋白中的巰基-SH進行反應生成新的二硫鍵，增強角蛋白與羊毛之間的結合，增強其耐洗性，親水化預處理可以增加羊毛的親水性，使角蛋白與羊毛更容易接觸;優(yōu)化工藝

11、條件整理后羊毛織物的氈縮率由11.1％降至1.2％，達到國際羊毛局機可洗標準，且織物強力損失小，手感柔軟，無泛黃現象。
　　本文第四部分，研究角蛋白—殼聚糖復合膜的制備及其力學性能、熱穩(wěn)定性、親水性、抗菌性等。角蛋白具有很好的親水性，所成膜較脆，影響其應用性能。這也是其在羊毛防氈縮中效果不佳的原因。本研究通過將殼聚糖與角蛋白在活化劑兼交聯劑EDC(碳二亞胺)的作用下進行反應制備具有一定機械強度的復合生物膜。
　　通過傅立葉紅