阅读说明：本技术 一种羽毛蛋白复合材料的制备方法 (Preparation method of feather protein composite material ) 是由 郭清兵 尹国强 何明 于 2019-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种羽毛蛋白复合材料的制备方法。该复合材料包括羽毛蛋白(FK)5%~30%,热固性树脂80%~90%,固化剂10%-20%。首先利用化学法从废弃的动物羽毛中提取角蛋白,以角蛋白为原料,通过与热固性树脂复合,再加入适量固化剂,制备一种天然-合成高分子复合材料。这种复合材料通过角蛋白分子和高分子基体之间的化学反应建立界面之间,因而具有较强的相互作用力,能实现角蛋白分子和环氧分子之间分子水平的复合。通过构建角蛋白分子的网络结构和热固性树脂的网络结构,可以形成一种具有互穿互接网络的复合材料,充分实现界面增容。利用角蛋白的α螺旋结构弹性和β折叠结构的刚性,增韧和增强热固性树脂。本发明制备性能优良的天然—合成高分子复合材料,开发废弃羽毛高效再利用的途径。(The invention relates to a preparation method of a feather protein composite material, which comprises 5-30% of feather protein (FK), 80-90% of thermosetting resin and 10-20% of curing agent, wherein keratin is extracted from waste animal feathers by a chemical method, the keratin is used as a raw material and compounded with the thermosetting resin, and a proper amount of curing agent is added to prepare a natural-synthetic polymer composite material.)

一种羽毛蛋白复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种羽毛蛋白复合材料的制备方法。

背景技术

家禽羽毛既是宝贵的资源，又是严重污染源，若不经妥善处理进入环境，将会造成环境污染和生态恶化。目前，这部分资源破坏和浪费的情况十分严重，只有小部分得到有效利用。如何充分有效地利用家禽羽毛，不仅对合理利用农业生产与生活资源、减少环境污染、改善农村生态环境具有十分重要的意义，而且在世界能源日益枯竭的情况下，家禽羽毛作为一种资源，它的综合利用及其资源化方面的研究也将对人类的生存产生重大影响。因此，家禽羽毛的综合回收利用问题，成为当今农业与农村可持续发展中的一个重要课题。家禽羽毛的主要成分是角蛋白，其含量达90%以上。羽毛就有强、韧、轻的特点。在一级结构层面，角蛋白由半胱氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸等18种氨基酸通过共聚形成。在二级结构层面，角蛋白有α螺旋和β折叠两种结构，α螺旋结构伸缩性好，β折叠抗张强度高。羽毛角角蛋白中含有α螺旋结构和β折叠结构，因此羽毛角蛋白兼具很强的韧性和机械强度。热固性树脂一般具有高强度、高模量、优良的尺寸稳定性及耐腐蚀性等优点，但其韧性不足，也限制了其应用范围。本发明选择热固性树脂作为基体，与羽毛角蛋白复合制备天然—合成高分子复合材料。通过构建羽毛蛋白分子的网络结构和热固性树脂的网络结构，形成一种具有互穿互接网络的复合材料，充分实现界面增容。利用角蛋白的α螺旋结构弹性和β折叠结构的刚性，增韧和增强热固性树脂。本发明制备性能优良的天然—合成高分子复合材料，开发废弃羽毛高效再利用的途径。

发明内容

本发明的目标，通过利用废弃的羽毛蛋白，使羽毛蛋白变废为宝。同时利用角蛋白的α螺旋结构弹性和β折叠结构的刚性，增韧和增强热固性树脂。得到一种性能优良的天然—合成高分子复合材料。本发明的目的可以通过下列措施实现：

1.一种羽毛蛋白复合材料，其特征在于按重量百分比由以下组分组成：羽毛蛋白10%~30%，热固性树脂80%~90%，固化剂10%-20%；

2.根据权利要求１所述的羽毛蛋白复合材料，其特征在于所述羽毛蛋白是从废弃天然羽毛中提取，具体包括鸡毛、鸭毛、鹅毛及其混合物；

3.根据权利要求１所述的羽毛蛋白复合材料，其特征在于所用的热固性树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂等；

4. 根据权利要求１所述的羽毛蛋白复合材料，其特征在于所用固化剂包括胺类、醇类、羧酸类、酸酐类、苯乙烯等；

5. 权利要求１所述的羽毛蛋白复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）羽毛蛋白的预处理：市场买回的羽毛用水洗净，放入40℃恒温通风烘箱中烘干后粉碎。用石油醚沸腾一段时间（沸程45-50℃）去除油脂，干燥后得到脱脂羽毛；

（2）羽毛蛋白的提取：取一定量的脱脂羽毛浸泡在含有尿素、SDS、巯基乙醇和三（羟甲基）氨基甲烷的水溶液中，调节pH值为8-10，50~60^oC加热反应数小时，然后将溶液稀释，稀释液离心处理，取上清液。用盐酸调节pH值为3~5，溶液变浑浊之后，再次离心，收集沉淀物，冷冻干燥，即得羽毛蛋白；

（3）复合材料的制备：取一定量羽毛蛋白、热固性树脂，真空搅拌下混合均匀，加入固化剂再混匀后迅速转移至硅胶模具内，一定条件下固化即得羽毛蛋白复合材料；

6. 根据权利要求5所述的羽毛蛋白复合材料，其特征在于羽毛蛋白是通过巯基还原法提取的；

7. 根据权利要求5所述的羽毛蛋白复合材料，其特征在于其中羽毛蛋白/热固性树脂的比例为10%~30%。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但不受限于这些实施例：

实施例1

称取40g的脱脂羽毛浸泡在400ml含有189g尿素、30gSDS、46mL巯基乙醇和三（羟甲基）氨基甲烷的水溶液中，调节pH值为9，50^oC加热反应12h，然后将溶液稀释2倍，稀释液离心处理，取上层清液。用盐酸调节pH值为4，溶液变浑浊之后，再次离心，收集沉淀物，冷冻干燥，即得羽毛蛋白，收率为85%。取20g干燥好的羽毛蛋白、100g环氧树脂，13.6g四乙烯五胺，真空搅拌下混合均匀，加入固化剂再混匀后迅速转移至硅胶模具内，室温固化至变硬后80^oC热处理1h，即得羽毛蛋白复合材料，与纯环氧树脂相比，复合材料的拉伸强度提高6%，冲击强度提高12.5%；

实施例2

称取40g的脱脂羽毛浸泡在400ml含有189g尿素、30gSDS、46mL巯基乙醇和三（羟甲基）氨基甲烷的水溶液中，调节pH值为9，50^oC加热反应12h，再加入50gNa₂S，继续反应1h，将溶液稀释2倍，稀释液离心处理，取上层清液。用盐酸调节pH值为4，溶液变浑浊之后，再次离心，收集沉淀物，冷冻干燥，即得羽毛蛋白，收率为90%。取5g干燥好的羽毛蛋白、100g环氧树脂，13.6g四乙烯五胺，真空搅拌下混合均匀，加入固化剂再混匀后迅速转移至硅胶模具内，室温固化至变硬后80^oC热处理1h，即得羽毛蛋白复合材料，与纯环氧树脂相比，复合材料的拉伸强度提高3%，冲击强度提高9%；

实施例3

称取40g的脱脂羽毛浸泡在400ml含有189g尿素、30gSDS、46mL巯基乙醇和三（羟甲基）氨基甲烷的水溶液中，调节pH值为9，50^oC加热反应12h，再加入50gNa₂S，继续反应1h，将溶液稀释2倍，稀释液离心处理，取上层清液。用盐酸调节pH值为4，溶液变浑浊之后，再次离心，收集沉淀物，冷冻干燥，即得羽毛蛋白，收率为90%。取20g干燥好的羽毛蛋白、100g环氧树脂，13.6g四乙烯五胺，真空搅拌下混合均匀，加入固化剂再混匀后迅速转移至硅胶模具内，室温固化至变硬后80^oC热处理1h，即得羽毛蛋白复合材料，与纯环氧树脂相比，复合材料的拉伸强度提高3%，冲击强度提高15.5%，

实施例4

称取40g的脱脂羽毛浸泡在400ml含有189g尿素、30gSDS、46mL巯基乙醇和三（羟甲基）氨基甲烷的水溶液中，调节pH值为9，50^oC加热反应12h，然后将溶液稀释2倍，稀释液离心处理，取上层清液。用盐酸调节pH值为4，溶液变浑浊之后，再次离心，收集沉淀物，冷冻干燥，即得羽毛蛋白，收率为85%。取5g干燥好的羽毛蛋白、100g环氧树脂，13.6g四乙烯五胺，真空搅拌下混合均匀，加入固化剂再混匀后迅速转移至硅胶模具内，室温固化至变硬后80^oC热处理1h，即得羽毛蛋白复合材料，与纯环氧树脂相比，复合材料的拉伸强度提高6%，冲击强度提高10%。