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一种PLA/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料制备及自然土埋降解方法

花匠小妙招
2024-10-28 16:17

本发明属于可降解生物材料制备领域，具体涉及一种pla/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料制备及自然土埋降解方法。

背景技术：

1、羽毛是鸟类和禽类表皮细胞角质化的衍生物，其中角蛋白质量分数高达90％，是一类不溶于水的纤维硬蛋白。角蛋白与胶原蛋白一样，是动物体最重要的生物大分子之一，在地球上，角蛋白废弃物是仅次于纤维素、壳聚糖的第三大天然高分子原料，是人类最宝贵的天然可再生资源。天然角蛋白的分子量超高，氨基酸含量在70％以上，其中半胱氨酸残基约占7-20％，它们在角蛋白结构中会形成大量的分子间与分子内的氢键、盐键和二硫键及其交联，这赋予了角蛋白材料优异的稳定性、较好的力学性能、较高的机械性能、良好的生物相容性、细胞亲和性和生物可降解性。因此，废弃角蛋白材料的开发，既可以减少这类废弃物对环境的污染，也可缓解蛋白资源短缺的压力，减少粮食资源在相关领域的消耗，而且在绿色环境和生物医学等领域也显示出越来越大的潜力。

2、聚乳酸(pla)是一种新兴的可由再生资源乳酸聚合的高分子聚酯，具有优良的机械性能、生物相容性以及生物降解性能，对人体和环境无毒害作用，被认为是一种最具有潜力的绿色生物塑料。然而，pla存在生产成本高，导致市场价格为普通石油基塑料的2倍多，除此以外，许多研究者指出聚乳酸在自然土埋过程中降解缓慢(“土埋法对platps生物复合材料降解性能的影响”，杨美娟等，《2010年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集》，第258-261页)；(“聚乳酸自然降解性能”，郑霞等，《功能材料》，第14期(45)卷，1001-9731(2014)14-14099-04)，由文献可以看出，土埋纯的pla超过3-5个月，材料仅表现为透明度有所下降，表面有一点粗糙，并没有明显的降解现象，这些因素都极大地阻碍了聚乳酸在可生物降解复合材料领域的应用。而关于pla/羽毛粉/海藻复合材料的生物降解性能研究尚未有报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种环保的、可降解的pla/废弃角蛋白/海藻复合材料及其制备方法，并考察其在自然土埋的降解行为。该材料可广泛应用于作物、蔬菜、花卉和林木育苗移栽的育苗钵，该材料可在育苗后不需脱壳在土壤内可自然分解，对土壤不仅无污染，而且还可以起来增肥作用。

2、本发明的第一个目的是提供一种pla/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料，其包括pla、废弃角蛋白和海藻，pla、废弃角蛋白和海藻的质量比为1:(0.25～1):(0～0.4)。

3、优选地，所述所述pla、废弃角蛋白和海藻的质量比为1:(0.6～1):(0～0.4)

4、优选地，所述pla、废弃角蛋白和海藻的质量比为1:1:0或1:0.6:0.4。

5、优选地，所述废弃角蛋白包含水溶性再生角蛋白、非水溶性膨化羽毛粉中的至少一种，所述的水溶性再生角蛋白来源于鸡或鸭，分子量≤2000，所述的非水溶性膨化羽毛粉为鸡毛粉或鸭毛粉。

6、优选地，所述海藻为鼠尾藻，所述的pla为粉状或颗粒状。

7、本发明的第二个目的是提供一种pla/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料的制备方法，为将pla、废弃角蛋白和海藻共混熔融，塑形，得到可降解复合材料，pla、废弃角蛋白和海藻的质量比为1:(0.25～1):(0～0.4)。

8、优选地，所述的共混熔融的温度为160～190℃，转速为30～50r/min，时间为6～10min；所述塑形温度为160～180℃。

9、本发明的第三个目的是提供一种pla/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料的自然土埋降解方法，为将上述的可降解复合材料进行土埋，土埋深度为5-15cm，土埋时间为1-30天。

10、优选地，可降解复合材料尺寸为80mm×80mm，土埋前60℃干燥，土埋深度为10cm，土埋时间为20-30天。

11、本发明采用自然土埋降解方式，将样品埋入广州市暨南大学化学与材料学院楼下花园土壤中。

12、本发明的第四个目的是提供上述的可降解复合材料在制备植物育苗容器中的应用

13、优选地，所述育苗容器在植物移栽时直接土埋，不需脱壳。

14、本发明的优点：

15、本发明提供了一种可降解pla-羽毛粉/海藻复合材料的制备方法，使用的原料鸡毛粉和海藻粉均为天然生物质，无毒且可降解，其资源丰富，为废弃资源重复利用，既降低了成本又保护了生态环境。另一种原料pla作为一种新兴的生物降解材料，能够通过微生物和光等降解为co2和h2o。其降解产物无毒无害，不会对环境造成污染，生产聚乳酸的原料具有可再生性。

16、膨化羽毛粉是通过羽毛膨化机经过高温高压剪切而成，粉质干燥细腻，与pla共混熔融注塑成型成后表面平整、无明显颗粒感。这个过程不需要添加任何化学试剂，安全环保。

17、进一步地，通过限定pla/羽毛粉/海藻粉质量比，从而得到具有不到机械性能的复合材料，塑型后进行土埋实验，降解效果明显。

18、本发明的方法经济效益高，所使用的鸡毛粉为天然废弃物的回收再利用，不仅与pla塑型后可制备一系列的可降解产品，且土埋降解后的产物中含有大量有机小分子、可溶性再生蛋白和氨基酸等有效物质，可作为土壤中的有机肥等的添加剂，做到了资源的循环利用，带来可观的经济效益。所使用的海藻是天然的土壤调节剂，它的添加不仅能螯合土壤中的重金属离子、减少污染，还能促进土壤团粒结构的形成、直接或间接增加土壤有机质。

19、本发明通过pla与海藻粉和鸭毛角蛋白或膨化鸭毛粉共混熔融制备或降解复合材料，在保证一定机械性能的基础上，还能降低原材料成本，并极大的提升复合材料的降解性能。采用自然土埋法研究pla/鸭毛角蛋白/膨化鸭毛粉/海藻粉复合材料的降解行为，可将该材料可广泛应用于作物、蔬菜、花卉和林木育苗移栽的育苗钵，该材料可在育苗后不需脱壳在土壤内可自然分解，对土壤不仅无污染，而且还可以起来增肥作用。

技术特征：

1.一种pla/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料，其特征在于，包括pla、废弃角蛋白和海藻，pla、废弃角蛋白和海藻的质量比为1:(0.25～1):(0～0.4)。

2.根据权利要求1所述的可降解复合材料，其特征在于，所述pla、废弃角蛋白和海藻的质量比为1:(0.6～1):(0～0.4)。

3.根据权利要求1或2所述的可降解复合材料，其特征在于，所述废弃角蛋白包含水溶性再生角蛋白、非水溶性膨化羽毛粉中的至少一种，所述的水溶性再生角蛋白来源于鸡或鸭，分子量≤2000，所述的非水溶性膨化羽毛粉为鸡毛粉或鸭毛粉。

4.根据权利要求1或2所述的可降解复合材料，其特征在于，所述的海藻为鼠尾藻，所述的pla为粉状或颗粒状。

5.一种pla/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料的制备方法，其特征在于，将pla、废弃角蛋白和海藻共混熔融，塑形，得到可降解复合材料，pla、废弃角蛋白和海藻的质量比为1:(0.25～1):(0～0.4)。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的共混熔融的温度为160～190℃，转速为30～50r/min，时间为6～10min；所述塑形温度为160～180℃。

7.一种pla/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料的自然土埋降解方法，其特征在于，将权利要求1-4任一所述的可降解复合材料进行土埋，土埋深度为5-15cm，土埋时间为1-30天。

8.根据权利要求7所述的降解方法，其特征在于，可降解复合材料尺寸为80mm×80mm，土埋前60℃干燥，土埋深度为10cm，土埋时间为20-30天。

9.权利要求1-4任一所述的可降解复合材料在制备植物育苗容器中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述育苗容器在植物移栽时直接土埋，不需脱壳。

技术总结
本发明公开了一种PLA/废弃角蛋白/海藻可降解复合材料制备及自然土埋降解方法。PLA、废弃角蛋白和海藻的质量比为1:(0.25～1):(0～0.4)，通过共混熔融，塑形，得到可降解复合材料，该复合材料经自然土埋后，材料表面变加粗糙、有霉斑、出现明显裂痕或断裂。通过增大废弃角蛋白和海藻的含量，可提升材料的生物降解性能。本发明使用废弃鸡毛粉和海藻粉均为天然生物质，无毒且可降解，其资源丰富，为废弃资源重复利用，既降低了成本又保护了生态环境。该材料可广泛应用于作物、蔬菜、花卉和林木育苗移栽的育苗钵，该材料可在育苗后不需脱壳在土壤内可自然分解，不仅对土壤无污染，而且还起增肥作用。

技术研发人员：王春凤,李清心,吴金川
受保护的技术使用者：广东省科学院生物与医学工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6