羊毛溶解可行性及其溶液的制取
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2006 年第 10 期
— 5 —
羊毛溶解可行性及其溶液的制取Leabharlann Baidu
陈莉萍1 ,于伟东2
(11 兰州理工大学机电学院 ,甘肃 兰州 730050 ; 21 东华大学纺织学院 ,上海 200050)
摘 要 :文章介绍了羊毛角朊的溶解性质及其理想溶解方法 。通过分析溶剂的选择 ,详细描述了羊毛角朊 溶解助剂 、工艺过程及制备步骤 。对溶解液进行了粘度测量 ,并采用傅立叶变换红外光谱 ( FTIR) 技术对羊毛和 角朊溶液膜作了对比测试和分析 。实验得出 ,羊毛溶解后得到的角朊膜在分子结构上变化不大 ,但其无序结构 明显 ,大分子构象形式发生了变化 。
羊毛大分子的低破坏 、中性液溶解研究对纺 织和医用卫生等方面有着深远的意义 。溶解是该 研究的关键 。
收稿日期 :2006 - 03 - 02 作者简介 :陈莉萍 (1968 - ) ,女 ,讲师 ,兰州理工大学机电 学院 ,主要从事纺织材料与纺织品开发研究工作 。
1 羊毛纤维的结构组成 111 化学组成
2006 年第 10 期
羊毛纤维和角朊膜红外特征峰变化较大的是 二者的酰胺 Ⅱ带吸收峰位置 , 羊毛在1 551 cm- 1 处 ,而角朊蛋白膜在1 541 cm- 1 处 ,这是因为角朊 膜是羊毛纤维经过有机溶液溶解处理后得到的 , 羊毛大分子链间化学键的变化和氢键的断裂 ,造 成了N —H弯曲振动特征峰向低波数偏移 。因为 羊毛的3 306 cm- 1 处谱带是N —H伸缩与酰胺 Ⅱ第 一倍频共振产生的吸收谱带 ,受酰胺 Ⅱ带位置的 变化 ,特别是分子链间氢键断裂的影响 ,其特征吸 收谱带位置也从3 306 cm- 1 处偏移到角朊蛋白膜 谱图中3 292 cm- 1 处 。此外 ,N —H的氢键变化是 分子间的氢键变化 ,不属于分子内的氢键变化[6] 。
过去一般用强碱或强酸溶解粗短羊毛或废弃 羊毛 ,使得角朊大分子基本上被破坏 ,溶液中只有 一些低分子或分子链段 。如能少量或无破坏的溶 解羊毛 ,再通过纺丝技术纺成细毛或超细毛 ,就能 从根本上解决羊毛细化问题 ,才是真正意义上的 人造“羊毛”,前景将相当可观 。
由于角朊蛋白富含氨基酸 ,与人体皮肤同属 一类蛋白质 ,在医用卫生方面可用作创伤面的保 护层 ,也可用于人体软组织的填充材料 ,或是其它 细胞或组织的培养载体以及化妆品中 。此外 ,提 取的角朊蛋白也可用作动物饲料的添加剂 。
羊毛纤维存在一定的结晶形式 ,主要是α螺
2006 年第 10 期
旋型大分子有序排列形成的结晶 ,角朊大分子间 有以下几种交联方式[2] : ①二硫键 (胱氨酸键) ,是 由半胱氨酸侧基间的共价键交联而成 ,可使分子 间形成相当稳定的交联网络 ,是分子间的主要作 用形式 ; ②盐式键 ,主要是酸性和碱性氨基酸侧基 间离子键的交联形式 ; ③氢键 , 主要是 —NH和 —CO基团之间的作用 。 2 羊毛角朊的溶解 211 羊毛纤维的理想溶解
羊毛纤维是一类复杂的蛋白质化合物 ,在化 学成分上相当于角 、蹄和指甲一类 。这类蛋白质 化合物一般不易溶解 ,通称为角蛋白或角朊 。
角蛋白 (角朊) 属于高分子化合物 。各种蛋白 质中都含有碳 、氢 、氧 、氮 4 种元素 ,而这种角朊和 其它朊类的主要区别在于角朊含有较多的硫 。羊 毛中的硫 ,是其它纺织纤维所缺乏的 。硫在羊毛 中主要存在于胱氨酸和氮氨酸中 ,所以角朊主要 特点是胱氨酸含量很高 。
角朊蛋白膜谱图在1 061 cm- 1 附近出现了羊 毛谱图中所没有的 2 个连续特征峰 ,这是制备角 朊膜所用溶剂基团的红外吸收峰 。
溶解助剂 : 碳酰二胺水溶液 ,2 - 巯基乙醇 , 12 - 烷基硫酸钠等 。
工艺流程 :羊毛洗净 →溶解 →过滤 →透析 → 浓缩 →过滤 。
制备步骤 : ①将羊毛洗净 ; ②用中性溶液将羊 毛溶解 ; ③在羊毛溶解过程中 ,反应液的 pH 值保 持在 6 ～ 7 之 间 , 溶 解 时 间 4 ～ 10 h , 溶 解 温 度
羊毛纤维和角朊膜红外特征峰变化较大的另 外 2 处是羊毛纤维中2 963 cm- 1 处和2 870 cm- 1 处 和 对 应 于 角 朊 膜 红 外 谱 图 中 2 922 cm- 1 和 2 850 cm- 1的吸收峰 。这个变化是因为蛋白质中 的二硫键 ( —CH2 —S —S —CH2 —) 在羊 毛 纤 维 溶 解过程中发生断裂 ,C —H的极性增大 ,使 C —H 的 伸展振动谱带向低波数移动 ,从2 963 cm- 1 处移动 到了2 922 cm- 1 处 ;同时 ,角朊膜的 CH3 (CH2 ) 对称 伸缩吸收峰在2 850 cm- 1 处被加强 。
成溶液 。角朊蛋白溶解过程中 ,只能拆开肽链的
而保持角朊大分子主链的完整 。应以非晶区和晶
侧向作用 ,而不能破坏肽链本身 ,并要保持各种氨
区的溶胀为主 ,打破大分子的有序排列和分子间
基酸的含量 。因此 ,溶胀是溶解的关键 ,是溶剂选
的交联 ,使角朊大分子链能够松动 、滑移 、分离而
择的依据 。
2006 年第 10 期
采用美国 Nicolet 公司的 Continuμm 红外显微 镜 ,红外光源为 Nexus - 670 红外光谱仪 。测量采 用透射模式 ,扫描次数 200 次 ,分辨率 8 cm- 1 。为 减少仪器和试样形态不同对测量精度的影响 ,光 圈尺寸采用 20μm ×60μm[4] 。 31212 毛和角朊蛋白膜的红外图谱比较
角朊蛋白的大分子形状呈纤维状 ,长的多缩 氨基酸链是其结构的基础 。角朊具有良好的弹性 和挠性 ,其特点是 :在正常的 、不拉长的情况下 ,其 多缩氨基酸链处于非常弯曲的 、回线形的螺旋构 象 ,即α型角朊 ; 在拉伸情况下 ,它们能由α型角 朊转变为伸直的状态 ,即β型角朊 ,如果将拉伸力 除去 ,则伸长的多缩氨基酸又力求恢复到原来的 正常弯曲状态 。
粘度 ηsp ,即
ηsp
=
η - η0 η0
= ηr -
1
相对粘度 ηr 反映溶液的粘度行为 ,而增比粘
度ηsp 则意味着已扣除了溶剂分子间的内摩擦效
应 ,仅反映高聚物分子与溶剂分子间和高聚物分
子间增比内摩擦效应 。
— 8 — 以羊毛角朊溶解液为试样 ,蒸馏水为溶剂 ,测
试及计算出溶解溶液的各粘度为 :相对粘度 ηr = 2163 ,增比粘度 ηsp = 1163 。 312 红外图谱分析 31211 测量仪器及谱图
球等 。
31112 相对粘度和增比粘度
液体粘度反映液体分子间内摩擦力的大小 ,
分子间的相互作用力愈大 ,液体流动时表现出的
粘度也愈大 。
高分子溶液的粘度是一个非常有实用意义的
参数 。通过粘度 ,不仅可知道高聚物的分子量 ,而
且可了解分子链在溶液中的形态以及支化程度等
重要情况 。
高分子溶液与低分子溶液相比 ,最大区别在
一般条件下 ,酸对羊毛角朊不会有很大的影 响 ,只在高温 、高浓度下才对羊毛有一定的破坏作 用 。酸对角朊的作用主要是酸基作用在盐式键的 氨基上 (角朊的碱性基团) ,破坏盐式键 ,对羊毛角 朊结构影响不大 。
碱对角朊的作用 ,除了破坏盐式键 (特别是和 羟基起化合作用) 之外 ,主要还对胱氨酸起分解作 用 ,最初分解成亚磺酸 ,由于亚磺酸的化学性质极 不稳定 ,继续分解产生硫化氢而溶于溶液中 ,对羊 毛角朊起彻底分解的作用 。
羊毛纤维中 ,角朊大分子相互之间依靠胱氨 酸的键 、氢键和氨基酸的侧链端而形成的盐式键 联系着 ,形成一个紧密稳定的网状结构 ,使得羊毛 纤维不易被水 、盐 、稀酸 、稀碱溶液溶解 ,其结构示 意图如图 1 所示 。
图 1 角朊大分子平行链之间联系键的示意图
羊毛的理想溶解应该是仅打开分子间的作用
222 N C C N C C 2222
(2)
H R1 O
H
— 6 —
由 (2) 式可以看出 ,它是每种α- 氨基酸缩掉 一分子水后所形成的链状大分子 。式中 ,R1 、R2 、 R3 …Rn 分别表示不同氨基酸的基 。羊毛角朊中 含有 19 种氨基酸[1] 。 112 羊毛角朊分子结构
当角朊水解时 ,生成氨基酸 。角朊是由许多 种α- 氨基酸缩合而成的链状大分子 ,其基本通 式如下 :
H
H HN C CO OH
(1)
R
n
式中 ,R 为一组原子团 ,不同的α- 氨基酸的 R 基
具有不同的分子结构 。
α- 氨基酸缩合后的主链大分子的基本形式
如下 :
H
H R2 O
溶解实现的难点在于 : ①对羊毛的溶解是从 非晶区到晶区的溶胀 ,由于纤维结构的不一致 ,其 溶胀程度及完整性难以控制与实现 ; ②羊毛纤维 特有的二硫键 ( —S —S —) 是角朊蛋白不溶于水的 本质原因 ,它使分子间相互交联 ,构成稳定的网状 结构 ,因此相当稳定 ,不易破坏 ; ③寻找安全 、选择 性强 、可工业化应用的二硫键开链试剂较难 ,尤其 是仅破坏交联又有助于溶胀 ,而不损伤主链的选 择性溶剂 ,较难获得 。 212 溶剂的选择
于粘度特别大 ,这是由大分子链的缠结作用所致 。
高分子溶液中大分子链是一个无规线团 ,分子量
越大时 ,大分子链彼此间发生缠结后 ,流动单元变
大 ,链的长度增加 ,则缠结点增多 ,流动时阻力增
大 ,因而粘度会增加 。
溶解液粘度与溶剂 (水) 粘度的比称为相对粘
度 ηr ,即 :
ηr = ηΠη0
溶解液比溶剂 (水) 粘度增加的分数称为增比
中性金属盐如食盐 、芒硝 、氯化钾 、硫酸镁等 对羊毛不起什么作用 ,就是在煮沸溶液中也不容 易吸收 。重金属的盐类 ,尤其是含铅 、铝 、铁 、铬 、 铜及锡等金属盐溶液对羊毛影响极大 ,其中有些 金属会引起蛋白质变性 ,形成络合物 。
经过综合分析对比 ,本文选用无机助剂 。所 述的助剂由溶剂 、开键还原剂 、表面活性剂 、交联 剂和水组成 。在整个溶解过程中 ,pH 值一直保持 在 6～7 之间 ,为中性溶液 ,且不含有任何金属元 素 。既避免了碱性溶液对氨基酸的分解 ,又不含 金属元素 ,不会形成络合物 ,且对氨基酸有一定的 保护作用 。 213 羊毛角朊溶液的制备
图 2 是羊毛纤维和角朊膜的显微红外吸收光 谱图 ,由图 2 可知 ,角朊蛋白膜和羊毛纤维的红外 光谱图都属于典型的蛋白质类红外光谱图 ,即都 具有明显的酰胺 Ⅰ带 、酰胺 Ⅱ带和酰胺 Ⅲ带的 特征 。
图 2 羊毛纤维和角朊膜的显微红外吸收光谱
从图 2 中可以观察出 ,羊毛纤维和角朊膜的 酰胺 Ⅰ带吸收峰和酰胺 Ⅲ带特征峰的位置变化不 大 ,说明这 2 处的羊毛纤维和角朊膜的分子基团 及其 振 动 种 类 未 发 生 变 化 , 而 其 构 象 发 生 了 变化[5] 。
制品 。
3 羊毛角朊溶解性质的评价与讨论
用羊毛角朊溶解液制备角朊薄膜[3] ,以此与
羊毛纤维对比 ,分析羊毛角朊的溶解性质 。
311 溶解液的粘度测量
31111 测量仪器
恒温槽 ,乌氏粘度计 (直径 015～016 mm ,粘
度 常 数 01013 70 mm2Πs2 ) , 秒 表 , 移 液 管 , 洗 耳
— 7 —
50～80 ℃; ④将溶解后的反应液逐层过滤 ,得到
无残渣的溶液 ; ⑤将溶液装入透析袋 ,用去离子水
透析 ,自然或加压透析 ,透析时间 015～24 h 。开
始每隔 4 h 换一次水 ,随后时间间隔可逐渐延长 ,
直至透析袋中的溶液无色无味 ,得到角朊溶液 ;
⑥浓缩纯角朊蛋白溶液 ; ⑦用于制备角朊蛋白
关键词 :羊毛 ;角朊 ;溶解 ;溶剂 ;红外光谱 (FTIR) 中图分类号 :TS102131 文献标识码 :A 文章编号 :100321456 (2006) 1020005205
我国羊毛资源丰富 ,又是毛纺业生产大国 ,由 于羊毛品质 、饲养管理和纺织技术的限制 ,每年都 有大量的短纤维 、粗纤维被废弃 ,这不仅造成了角 朊蛋白资源的浪费 ,而且污染环境 。因此研究废 弃羊毛纤维的再生利用及其方法 ,对有效利用和 保护自然资源有着十分重要的意义 。
— 5 —
羊毛溶解可行性及其溶液的制取Leabharlann Baidu
陈莉萍1 ,于伟东2
(11 兰州理工大学机电学院 ,甘肃 兰州 730050 ; 21 东华大学纺织学院 ,上海 200050)
摘 要 :文章介绍了羊毛角朊的溶解性质及其理想溶解方法 。通过分析溶剂的选择 ,详细描述了羊毛角朊 溶解助剂 、工艺过程及制备步骤 。对溶解液进行了粘度测量 ,并采用傅立叶变换红外光谱 ( FTIR) 技术对羊毛和 角朊溶液膜作了对比测试和分析 。实验得出 ,羊毛溶解后得到的角朊膜在分子结构上变化不大 ,但其无序结构 明显 ,大分子构象形式发生了变化 。
羊毛大分子的低破坏 、中性液溶解研究对纺 织和医用卫生等方面有着深远的意义 。溶解是该 研究的关键 。
收稿日期 :2006 - 03 - 02 作者简介 :陈莉萍 (1968 - ) ,女 ,讲师 ,兰州理工大学机电 学院 ,主要从事纺织材料与纺织品开发研究工作 。
1 羊毛纤维的结构组成 111 化学组成
2006 年第 10 期
羊毛纤维和角朊膜红外特征峰变化较大的是 二者的酰胺 Ⅱ带吸收峰位置 , 羊毛在1 551 cm- 1 处 ,而角朊蛋白膜在1 541 cm- 1 处 ,这是因为角朊 膜是羊毛纤维经过有机溶液溶解处理后得到的 , 羊毛大分子链间化学键的变化和氢键的断裂 ,造 成了N —H弯曲振动特征峰向低波数偏移 。因为 羊毛的3 306 cm- 1 处谱带是N —H伸缩与酰胺 Ⅱ第 一倍频共振产生的吸收谱带 ,受酰胺 Ⅱ带位置的 变化 ,特别是分子链间氢键断裂的影响 ,其特征吸 收谱带位置也从3 306 cm- 1 处偏移到角朊蛋白膜 谱图中3 292 cm- 1 处 。此外 ,N —H的氢键变化是 分子间的氢键变化 ,不属于分子内的氢键变化[6] 。
过去一般用强碱或强酸溶解粗短羊毛或废弃 羊毛 ,使得角朊大分子基本上被破坏 ,溶液中只有 一些低分子或分子链段 。如能少量或无破坏的溶 解羊毛 ,再通过纺丝技术纺成细毛或超细毛 ,就能 从根本上解决羊毛细化问题 ,才是真正意义上的 人造“羊毛”,前景将相当可观 。
由于角朊蛋白富含氨基酸 ,与人体皮肤同属 一类蛋白质 ,在医用卫生方面可用作创伤面的保 护层 ,也可用于人体软组织的填充材料 ,或是其它 细胞或组织的培养载体以及化妆品中 。此外 ,提 取的角朊蛋白也可用作动物饲料的添加剂 。
羊毛纤维存在一定的结晶形式 ,主要是α螺
2006 年第 10 期
旋型大分子有序排列形成的结晶 ,角朊大分子间 有以下几种交联方式[2] : ①二硫键 (胱氨酸键) ,是 由半胱氨酸侧基间的共价键交联而成 ,可使分子 间形成相当稳定的交联网络 ,是分子间的主要作 用形式 ; ②盐式键 ,主要是酸性和碱性氨基酸侧基 间离子键的交联形式 ; ③氢键 , 主要是 —NH和 —CO基团之间的作用 。 2 羊毛角朊的溶解 211 羊毛纤维的理想溶解
羊毛纤维是一类复杂的蛋白质化合物 ,在化 学成分上相当于角 、蹄和指甲一类 。这类蛋白质 化合物一般不易溶解 ,通称为角蛋白或角朊 。
角蛋白 (角朊) 属于高分子化合物 。各种蛋白 质中都含有碳 、氢 、氧 、氮 4 种元素 ,而这种角朊和 其它朊类的主要区别在于角朊含有较多的硫 。羊 毛中的硫 ,是其它纺织纤维所缺乏的 。硫在羊毛 中主要存在于胱氨酸和氮氨酸中 ,所以角朊主要 特点是胱氨酸含量很高 。
角朊蛋白膜谱图在1 061 cm- 1 附近出现了羊 毛谱图中所没有的 2 个连续特征峰 ,这是制备角 朊膜所用溶剂基团的红外吸收峰 。
溶解助剂 : 碳酰二胺水溶液 ,2 - 巯基乙醇 , 12 - 烷基硫酸钠等 。
工艺流程 :羊毛洗净 →溶解 →过滤 →透析 → 浓缩 →过滤 。
制备步骤 : ①将羊毛洗净 ; ②用中性溶液将羊 毛溶解 ; ③在羊毛溶解过程中 ,反应液的 pH 值保 持在 6 ～ 7 之 间 , 溶 解 时 间 4 ～ 10 h , 溶 解 温 度
羊毛纤维和角朊膜红外特征峰变化较大的另 外 2 处是羊毛纤维中2 963 cm- 1 处和2 870 cm- 1 处 和 对 应 于 角 朊 膜 红 外 谱 图 中 2 922 cm- 1 和 2 850 cm- 1的吸收峰 。这个变化是因为蛋白质中 的二硫键 ( —CH2 —S —S —CH2 —) 在羊 毛 纤 维 溶 解过程中发生断裂 ,C —H的极性增大 ,使 C —H 的 伸展振动谱带向低波数移动 ,从2 963 cm- 1 处移动 到了2 922 cm- 1 处 ;同时 ,角朊膜的 CH3 (CH2 ) 对称 伸缩吸收峰在2 850 cm- 1 处被加强 。
成溶液 。角朊蛋白溶解过程中 ,只能拆开肽链的
而保持角朊大分子主链的完整 。应以非晶区和晶
侧向作用 ,而不能破坏肽链本身 ,并要保持各种氨
区的溶胀为主 ,打破大分子的有序排列和分子间
基酸的含量 。因此 ,溶胀是溶解的关键 ,是溶剂选
的交联 ,使角朊大分子链能够松动 、滑移 、分离而
择的依据 。
2006 年第 10 期
采用美国 Nicolet 公司的 Continuμm 红外显微 镜 ,红外光源为 Nexus - 670 红外光谱仪 。测量采 用透射模式 ,扫描次数 200 次 ,分辨率 8 cm- 1 。为 减少仪器和试样形态不同对测量精度的影响 ,光 圈尺寸采用 20μm ×60μm[4] 。 31212 毛和角朊蛋白膜的红外图谱比较
角朊蛋白的大分子形状呈纤维状 ,长的多缩 氨基酸链是其结构的基础 。角朊具有良好的弹性 和挠性 ,其特点是 :在正常的 、不拉长的情况下 ,其 多缩氨基酸链处于非常弯曲的 、回线形的螺旋构 象 ,即α型角朊 ; 在拉伸情况下 ,它们能由α型角 朊转变为伸直的状态 ,即β型角朊 ,如果将拉伸力 除去 ,则伸长的多缩氨基酸又力求恢复到原来的 正常弯曲状态 。
粘度 ηsp ,即
ηsp
=
η - η0 η0
= ηr -
1
相对粘度 ηr 反映溶液的粘度行为 ,而增比粘
度ηsp 则意味着已扣除了溶剂分子间的内摩擦效
应 ,仅反映高聚物分子与溶剂分子间和高聚物分
子间增比内摩擦效应 。
— 8 — 以羊毛角朊溶解液为试样 ,蒸馏水为溶剂 ,测
试及计算出溶解溶液的各粘度为 :相对粘度 ηr = 2163 ,增比粘度 ηsp = 1163 。 312 红外图谱分析 31211 测量仪器及谱图
球等 。
31112 相对粘度和增比粘度
液体粘度反映液体分子间内摩擦力的大小 ,
分子间的相互作用力愈大 ,液体流动时表现出的
粘度也愈大 。
高分子溶液的粘度是一个非常有实用意义的
参数 。通过粘度 ,不仅可知道高聚物的分子量 ,而
且可了解分子链在溶液中的形态以及支化程度等
重要情况 。
高分子溶液与低分子溶液相比 ,最大区别在
一般条件下 ,酸对羊毛角朊不会有很大的影 响 ,只在高温 、高浓度下才对羊毛有一定的破坏作 用 。酸对角朊的作用主要是酸基作用在盐式键的 氨基上 (角朊的碱性基团) ,破坏盐式键 ,对羊毛角 朊结构影响不大 。
碱对角朊的作用 ,除了破坏盐式键 (特别是和 羟基起化合作用) 之外 ,主要还对胱氨酸起分解作 用 ,最初分解成亚磺酸 ,由于亚磺酸的化学性质极 不稳定 ,继续分解产生硫化氢而溶于溶液中 ,对羊 毛角朊起彻底分解的作用 。
羊毛纤维中 ,角朊大分子相互之间依靠胱氨 酸的键 、氢键和氨基酸的侧链端而形成的盐式键 联系着 ,形成一个紧密稳定的网状结构 ,使得羊毛 纤维不易被水 、盐 、稀酸 、稀碱溶液溶解 ,其结构示 意图如图 1 所示 。
图 1 角朊大分子平行链之间联系键的示意图
羊毛的理想溶解应该是仅打开分子间的作用
222 N C C N C C 2222
(2)
H R1 O
H
— 6 —
由 (2) 式可以看出 ,它是每种α- 氨基酸缩掉 一分子水后所形成的链状大分子 。式中 ,R1 、R2 、 R3 …Rn 分别表示不同氨基酸的基 。羊毛角朊中 含有 19 种氨基酸[1] 。 112 羊毛角朊分子结构
当角朊水解时 ,生成氨基酸 。角朊是由许多 种α- 氨基酸缩合而成的链状大分子 ,其基本通 式如下 :
H
H HN C CO OH
(1)
R
n
式中 ,R 为一组原子团 ,不同的α- 氨基酸的 R 基
具有不同的分子结构 。
α- 氨基酸缩合后的主链大分子的基本形式
如下 :
H
H R2 O
溶解实现的难点在于 : ①对羊毛的溶解是从 非晶区到晶区的溶胀 ,由于纤维结构的不一致 ,其 溶胀程度及完整性难以控制与实现 ; ②羊毛纤维 特有的二硫键 ( —S —S —) 是角朊蛋白不溶于水的 本质原因 ,它使分子间相互交联 ,构成稳定的网状 结构 ,因此相当稳定 ,不易破坏 ; ③寻找安全 、选择 性强 、可工业化应用的二硫键开链试剂较难 ,尤其 是仅破坏交联又有助于溶胀 ,而不损伤主链的选 择性溶剂 ,较难获得 。 212 溶剂的选择
于粘度特别大 ,这是由大分子链的缠结作用所致 。
高分子溶液中大分子链是一个无规线团 ,分子量
越大时 ,大分子链彼此间发生缠结后 ,流动单元变
大 ,链的长度增加 ,则缠结点增多 ,流动时阻力增
大 ,因而粘度会增加 。
溶解液粘度与溶剂 (水) 粘度的比称为相对粘
度 ηr ,即 :
ηr = ηΠη0
溶解液比溶剂 (水) 粘度增加的分数称为增比
中性金属盐如食盐 、芒硝 、氯化钾 、硫酸镁等 对羊毛不起什么作用 ,就是在煮沸溶液中也不容 易吸收 。重金属的盐类 ,尤其是含铅 、铝 、铁 、铬 、 铜及锡等金属盐溶液对羊毛影响极大 ,其中有些 金属会引起蛋白质变性 ,形成络合物 。
经过综合分析对比 ,本文选用无机助剂 。所 述的助剂由溶剂 、开键还原剂 、表面活性剂 、交联 剂和水组成 。在整个溶解过程中 ,pH 值一直保持 在 6～7 之间 ,为中性溶液 ,且不含有任何金属元 素 。既避免了碱性溶液对氨基酸的分解 ,又不含 金属元素 ,不会形成络合物 ,且对氨基酸有一定的 保护作用 。 213 羊毛角朊溶液的制备
图 2 是羊毛纤维和角朊膜的显微红外吸收光 谱图 ,由图 2 可知 ,角朊蛋白膜和羊毛纤维的红外 光谱图都属于典型的蛋白质类红外光谱图 ,即都 具有明显的酰胺 Ⅰ带 、酰胺 Ⅱ带和酰胺 Ⅲ带的 特征 。
图 2 羊毛纤维和角朊膜的显微红外吸收光谱
从图 2 中可以观察出 ,羊毛纤维和角朊膜的 酰胺 Ⅰ带吸收峰和酰胺 Ⅲ带特征峰的位置变化不 大 ,说明这 2 处的羊毛纤维和角朊膜的分子基团 及其 振 动 种 类 未 发 生 变 化 , 而 其 构 象 发 生 了 变化[5] 。
制品 。
3 羊毛角朊溶解性质的评价与讨论
用羊毛角朊溶解液制备角朊薄膜[3] ,以此与
羊毛纤维对比 ,分析羊毛角朊的溶解性质 。
311 溶解液的粘度测量
31111 测量仪器
恒温槽 ,乌氏粘度计 (直径 015～016 mm ,粘
度 常 数 01013 70 mm2Πs2 ) , 秒 表 , 移 液 管 , 洗 耳
— 7 —
50～80 ℃; ④将溶解后的反应液逐层过滤 ,得到
无残渣的溶液 ; ⑤将溶液装入透析袋 ,用去离子水
透析 ,自然或加压透析 ,透析时间 015～24 h 。开
始每隔 4 h 换一次水 ,随后时间间隔可逐渐延长 ,
直至透析袋中的溶液无色无味 ,得到角朊溶液 ;
⑥浓缩纯角朊蛋白溶液 ; ⑦用于制备角朊蛋白
关键词 :羊毛 ;角朊 ;溶解 ;溶剂 ;红外光谱 (FTIR) 中图分类号 :TS102131 文献标识码 :A 文章编号 :100321456 (2006) 1020005205
我国羊毛资源丰富 ,又是毛纺业生产大国 ,由 于羊毛品质 、饲养管理和纺织技术的限制 ,每年都 有大量的短纤维 、粗纤维被废弃 ,这不仅造成了角 朊蛋白资源的浪费 ,而且污染环境 。因此研究废 弃羊毛纤维的再生利用及其方法 ,对有效利用和 保护自然资源有着十分重要的意义 。