导　　师： 赵耀明

学科专业： H0503

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 羽毛绒轻盈、柔软，保暖性能优异，粗蛋白含量超过80％，是一种绿色天然角蛋白质材料。我国羽绒、羽毛资源非常丰富，但对羽毛、绒及其制品的研究利用还停留在原材料粗加工水平。羽绒作为保暖填充材料已经得到非常广泛的应用，而大量的羽毛其利用率却很低，80％以上被当作废弃物处理。这不仅浪费丰富的角蛋白资源，而且给环境保护带来很大压力。因此，开展对羽毛角蛋白纤维的结构性能及其资源利用的研究，对我国经济“可持续发展”和“绿色消费”具有重大意义。 本研究利用偏光显微镜(pom)和扫描电镜(sem)对鹅和鸭的羽绒、羽毛进行观察，研究其形态特征及区别。结果发现：羽毛纤维具有完全不同于哺乳动物毛纤维的表面形态，没有明显的鳞片层，只有高低起伏的纵向排列纹理。鸭、鹅毛的羽枝截面呈皮芯结构，皮质层厚度很不均匀，芯层泡状髓质较发达。 利用近代测试技术研究了羽毛纤维的化学结构。傅立叶变换红外(ftir)谱图中，500—1000 cm<'-1>区域的u(c—s)及u(s—s)吸收峰表明羽毛角蛋白中含胱氨酸；差示扫描量热(dsc)曲线上，温度为232℃，258℃，289℃，323℃处出现的4个吸热峰，分别对应羽毛角蛋白中结晶区熔融，氢键和盐式键的断裂，肽链降解和β--折叠结构熔融；x射线分析表明，在2 θ=8.9°，19.7°，25.7°出现的三个特征衍射峰反映羽毛纤维具有β--折叠为主的二级结构。采用重量损失率和断裂强度、断裂伸长率等指标，客观评定了常温下羽毛纤维的耐化学试剂性能。研究表明，羽毛纤维耐酸性较强，耐碱性差；其对氧化剂非常敏感，而还原剂则不会对其造成明显损伤。 参照羊毛、兔毛物性测试的国家标准，结合羽毛纤维的结构特点改进部分测试方法，较系统地研究了羽毛纤维常规的物理机械性能。结果表明，羽毛纤维吸湿性强，密度小，导热系数低，是性能优异的保暖材料；但其抱合力差，不易卷曲，比电阻较高，不利于纺织加工。为此，对羽毛纤维采取助剂处理、卷曲加工，并共混适量其它纺织纤维等方法以提高其可纺性，成功制备了羽毛保暖絮片、羽毛纱线及羽毛复合布。 使用单宁酸(ta)对羽毛纤维进行化学改性，研究了改性前后羽毛对溶液中cu<'2+>，zn<'2+>的吸附及解吸性能，探讨了羽毛上ta负载量、浸泡时间、温度及ph值等因素对羽毛吸附性能的影响。研究发现，羽毛对金属离子的吸附量随羽毛上ta负载量的增加而增大，当ta负载量为8.3％，ph=11时，得到改性羽毛对金属离子的最大吸附量为：cu<'2+>，0.77 mmol/g;zn<'2+>，0.95 mmol/g。盐酸盐中羽毛对cu<'2+>的吸附量和吸附速率均高于相应的硝酸盐溶液。ta改性羽毛的金属复合物在解吸附考察中表现出较高的稳定性。利用废弃羽毛资源，分别采用金属盐法和还原法制备羽毛角蛋白溶液。经正交实验及优化确定金属盐法的最佳工艺条件为：羽毛与巯基乙酸的质量比为1：1，温度100℃，zncl<,2>浓度500g/l，时间90 min，浴比1：1；在此条件下羽毛角蛋白溶液的产率为96.3％。还原法的最佳工艺条件是：nahso<,3>浓度50 g/l，尿素浓度480g/l，sds(十二烷基硫酸钠)浓度30 g/l，温度80℃，反应时间5小时；此条件下羽毛角蛋白溶液的产率为82.2％。 对还原法制得的羽毛角蛋白溶液及其冻干粉进行表征：由凯式定氮法测得溶液中的蛋白质含量为60.7％；由sds--聚丙烯酰胺凝胶电泳(page)测得羽毛角蛋白溶液的分子量为66 kd。ftir和x射线衍射测试表明，还原法制备工艺有效保留了羽毛角蛋白的化学营养成分。 本研究为羽毛纤维的鉴别，羽毛纺织新材料的加工，羽毛纱线及其纺织品的制备和标准化提供基础数据；为羽毛资源的深加工及综合利用提供了理论依据和技术支持。

关 键 词： 羽毛纤维 羽毛角蛋白 化学结构 化学改性 资源利用

分 类 号： [TS102.319 Q512.6]

领　　域： [轻工技术与工程] [轻工技术与工程] [生物学]