廢棄雞毛化學(xué)降解、改性：制粘膠劑的研究

韓春鵬　賀娟

【摘 要】本文以環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑[1]，采用堿解、共聚交聯(lián)的方法，對(duì)廢棄雞毛進(jìn)行降解、共聚交聯(lián)，制備一種在常溫下為液態(tài)的新型膠粘劑.考察不同因素對(duì)產(chǎn)物性能的影響，得到膠粘劑合成的最佳工藝條件：堿解溫度為55℃，降解時(shí)間為1小時(shí)，共聚交聯(lián)溫度為60℃，交聯(lián)時(shí)間為1.5小時(shí)，環(huán)氧氯丙烷用量為雞毛量的10%，接枝共聚時(shí)間為2小時(shí)，所得產(chǎn)物凝固點(diǎn)達(dá)到-5℃。

【關(guān)鍵詞】環(huán)氧氯丙烷；廢棄雞毛；膠粘劑；凝固點(diǎn)

0 前言

膠粘劑在人類歷史上很早就出現(xiàn)了，隨著時(shí)間的推移和科技的發(fā)展，膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，主要用于工業(yè)、建筑行業(yè)、膠合板和木工業(yè)、鞋業(yè)和皮革業(yè)、包裝和商標(biāo)用膠等方面[2-4]。

我國是世界上畜牧業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，豬、牛、羊等牲畜的毛以及雞、鴨、鵝等禽類的羽毛產(chǎn)量每年都在百萬噸以上。我國是畜牧業(yè)大國，也是畜牧業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家，但動(dòng)物有機(jī)廢棄物大部分沒有得到充分利用，由動(dòng)物有機(jī)廢棄物制備氨基酸螯合物不僅可以降低氨基酸螯合物的生產(chǎn)成本，還可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的最大資源化，減輕環(huán)境污染[5]。本文以環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑，采用堿解、接枝共聚的方法，對(duì)廢棄雞毛進(jìn)行降解、改性、共聚制備一種新型的膠粘劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 化學(xué)藥品、儀器

藥品：氫氧化鈉（分析純）、脫鹽劑（化學(xué)純）、稀硫酸（化學(xué)純），環(huán)氧氯丙烷（分析純），雞毛。

儀器：NDJ-4旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（北京科偉永興儀器有限公司），三口燒瓶，冷凝器，電加熱爐（北京科偉永興儀器有限公司），機(jī)械攪拌（金壇市環(huán)保儀器廠），電子天平（湘儀電子儀器廠），溫度計(jì)，錐形瓶、燒杯等。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 雞毛降解溫度嚴(yán)格控制在60℃左右，并加入6mol·L-1的NaOH溶液堿解，降解時(shí)間為1h左右，攪拌速度要均勻，其中雞毛的質(zhì)量為10g，氯化鈉質(zhì)量為1g；環(huán)氧氯丙烷若干，交聯(lián)時(shí)間為1～2.5小時(shí)，得到黃褐色粘稠狀液體產(chǎn)品。

1.2.2 將粗產(chǎn)品用用稀硫酸中和，以除去沒反應(yīng)完的無機(jī)堿，抽濾，放在冰柜中冷凍放置數(shù)天，即得產(chǎn)品。

1.2.3 在制備好的產(chǎn)物中添加香料或松節(jié)油，測定粘度、適用期、凝固點(diǎn)。

1.3 測試方法

（1）表觀粘度的測試[6]，采用NDJ-4旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，在（25±0.5）℃下測量得改性前后雞毛粘膠劑的表觀粘度值。（2）適用期的測定，膠粘劑的適用期（使用壽命）是使用中檢驗(yàn)?zāi)z液質(zhì)量的重要工藝指標(biāo)。適用期是指膠粘劑從各組分混合均勻開始，到能維持其可用性能的時(shí)間，如膠液粘度增大到不宜涂敷到被粘物表面（不宜施工）時(shí)為止的時(shí)間。（3）凝固點(diǎn)測試，將制備好的粘膠劑配成一定濃度的溶液盛于磨口瓶中，然后將此溶液放人冰箱，觀測溶液的凝固點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 反應(yīng)原理

雞毛經(jīng)簡單的堿解而得到的蛋白質(zhì)衍生物，大多數(shù)的蛋白質(zhì)衍生物分子由一端為氨基，另一端為羧基的簡單多肽鏈組成，由于-NH2和一COOH為活性基團(tuán)，在水溶液中相互締合，構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)狀的不溶性固體點(diǎn)陣形成凝膠，要打破其在常溫下的凝膠狀態(tài)，就要破壞分子鏈間的締合[7]。將雞毛在堿性條件下分解，通過斷開肽鍵，釋放出適當(dāng)大小的蛋白質(zhì)衍生物分子，再與環(huán)氧氯丙烷接枝共聚，使環(huán)氧氯丙烷接枝到蛋白質(zhì)衍生物分子上，形成線性結(jié)構(gòu)，一方面，使蛋白質(zhì)衍生物分子鏈增長，粘接性增強(qiáng)；另一方面，使蛋白質(zhì)衍生物溶液中活性基團(tuán)減少，降低了蛋白質(zhì)衍生物分子鏈間相互締合而形成凝膠的趨勢(shì).

2.2 各種因素對(duì)表觀粘度的影響

2.2.1 溫度對(duì)表觀粘度的影響

堿解溫度若低于50℃，雞毛的堿解進(jìn)行不完全，產(chǎn)物易于形成凝膠。堿解溫度高于55℃時(shí)，隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)衍生物分子堿解反應(yīng)加劇，分子鏈斷裂后形成的分子越來越小，產(chǎn)物表觀粘度隨之逐漸降低，蛋白質(zhì)衍生物分子的初粘性逐漸變差.堿解溫度高于70℃時(shí)，蛋白質(zhì)衍生物分子變質(zhì).實(shí)驗(yàn)表明，堿解溫度以55℃為佳，粘度隨接枝共聚溫度的升高而減低，接枝共聚溫度在60℃時(shí)，膠粘劑表觀粘度最大。

這是由于在低于55℃時(shí)，接枝共聚的鏈增長是主體反應(yīng)，溫度過低，聚合反應(yīng)無法完成，環(huán)氧氯丙烷無法接枝到骨膠分子上，達(dá)不到改性的效果；而升高溫度，共聚物的分子質(zhì)量增大，粘度增加.當(dāng)聚合溫度超過55℃時(shí)，未反應(yīng)的氫氧化鈉繼續(xù)降解骨膠分子，此時(shí)解聚反應(yīng)加劇，其速率比鏈增長速率增加更快，解聚反應(yīng)起主導(dǎo)作用。隨溫度升高，共聚物分子量減小，粘度進(jìn)一步下降。

2.2.2 環(huán)氧氯丙烷用量對(duì)表觀粘度的影響

實(shí)驗(yàn)表明，膠粘劑表觀粘度隨著環(huán)氧氯丙烷用量的增加而增加，到達(dá)某個(gè)量時(shí)又急劇下降.當(dāng)環(huán)氧氯丙烷的加入量為3.0g時(shí)，反應(yīng)體系凝膠.究其原因是當(dāng)環(huán)氧氯丙烷加入量過小時(shí)，被堿解的蛋白質(zhì)小分子依然較多，接枝共聚反應(yīng)無法完成，所以粘度較低。

而當(dāng)環(huán)氧氯丙烷加入量過大時(shí)，接枝共聚反應(yīng)過于劇烈，并產(chǎn)生暴聚，體系形成凝膠。實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)氧氯丙烷為1g，雞毛的10g時(shí)為最佳。在此用量下，堿解的蛋白質(zhì)衍生物分子與環(huán)氧氯丙烷接枝共聚反應(yīng)較完全，產(chǎn)品有最大表觀粘度，共聚反應(yīng)也能溫和進(jìn)行，不至于形成凝膠。

2.2.3 接枝共聚時(shí)間對(duì)表觀粘度的影響

實(shí)驗(yàn)表明，接枝共聚時(shí)間對(duì)膠粘劑表觀粘度的影響，膠粘劑表觀粘度隨接枝共聚時(shí)間的增加而增加，50min之前變化幅度較小，50min到100min之間粘度急劇上升，但粘度不是隨接枝共聚時(shí)間的延長而無限增大，當(dāng)接枝共聚150min時(shí)，反應(yīng)凝膠，究其原因?yàn)榻又簿蹠r(shí)間較短時(shí)，環(huán)氧氯丙烷接枝到蛋白質(zhì)衍生物分子上的數(shù)量較少，還不能形成線型的大分子，因此粘度也較低；隨著接枝共聚時(shí)間的延長，接枝到骨膠分子上的支鏈不斷延長，導(dǎo)致表觀粘度不斷增加；若接枝共聚時(shí)間過長，接枝到骨膠分子上的柔性的線型大分子鏈互相纏結(jié)甚至發(fā)生鏈間的交聯(lián)，最終導(dǎo)致凝膠，所以綜合考慮產(chǎn)品性能與效率，接枝共聚時(shí)間采用120min為最佳。

2.3 添加香精或松節(jié)油對(duì)產(chǎn)品的影響

由于用無機(jī)酸或有機(jī)酸水解雞毛制成的膠粘劑均有一難聞的氣味，所以要進(jìn)行脫臭處理。在制備好的膠粘劑中添加香料或松節(jié)油除去臭味，經(jīng)過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，這樣處理不影響產(chǎn)品的表觀粘度。

2.4 雞毛粘膠劑達(dá)到的指標(biāo)

外觀為褐色半透明粘稠液體，表觀粘度為1200mPa·S，適用期為55d，凝固點(diǎn)為-5℃。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

3.1 雞毛粘膠劑的最佳合成條件

堿解溫度為55℃，降解時(shí)間為1小時(shí)，共聚交聯(lián)溫度為60℃，交聯(lián)時(shí)間為1.5小時(shí)，環(huán)氧氯丙烷用量為雞毛量的10%，接枝共聚時(shí)間為2小時(shí)，所得產(chǎn)物凝固點(diǎn)達(dá)到-5℃。

3.2 經(jīng)過試驗(yàn)測定，雞毛粘膠劑達(dá)到以下指標(biāo)

外觀為褐色半透明粘稠液體，表觀粘度為1200mPa·S，適用期為55d，凝固點(diǎn)為-5℃。

3.3 用雞毛生產(chǎn)粘膠劑是一種變廢為寶，資源充分利用且環(huán)境友好型生產(chǎn)工藝，發(fā)展前景看好

【參考文獻(xiàn)】

[1]蘇秀霞，景潔，李仲瑾，李銘杰.混合酸水解法合成新型改性骨膠及性能研究[J].中國粘膠劑，2011，20（4）：5-9.

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[3]楊連利，李仲謹(jǐn).馬鈴薯淀粉粘合劑穩(wěn)定性的探討[J].包裝工程，2004，25（2）：15-17.

[4]李仲瑾，李華鋒.環(huán)氧氯丙烷改性骨膠粘合劑的研究[J].中國粘膠劑，2006，16（4）：21-27.

[5]穆杰，徐陽春，沈其榮.廢棄雞毛化學(xué)降解工藝研究[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2005，21（2）：77-80.

[責(zé)任編輯：曹明明]