废弃鸡毛化学降解、改性:制粘胶剂的研究

【摘 要】本文以环氧氯丙烷为交联剂[1]，采用碱解、共聚交联的方法，对废弃鸡毛进行降解、共聚交联，制备一种在常温下为液态的新型胶粘剂.考察不同因素对产物性能的影响，得到胶粘剂合成的最佳工艺条件：碱解温度为55℃，降解时间为1小时，共聚交联温度为60℃，交联时间为1.5小时，环氧氯丙烷用量为鸡毛量的10%，接枝共聚时间为2小时，所得产物凝固点达到-5℃。

【关键词】环氧氯丙烷；废弃鸡毛；胶粘剂；凝固点

0 前言

胶粘剂在人类历史上很早就出现了，随着时间的推移和科技的发展，胶粘剂的应用领域也越来越广泛，主要用于工业、建筑行业、胶合板和木工业、鞋业和皮革业、包装和商标用胶等方面[2-4]。

我国是世界上畜牧业最发达的国家，猪、牛、羊等牲畜的毛以及鸡、鸭、鹅等禽类的羽毛产量每年都在百万吨以上。我国是畜牧业大国，也是畜牧业废弃物产出量最大的国家，但动物有机废弃物大部分没有得到充分利用，由动物有机废弃物制备氨基酸螯合物不仅可以降低氨基酸螯合物的生产成本，还可以实现废弃物的最大资源化，减轻环境污染[5]。本文以环氧氯丙烷为交联剂，采用碱解、接枝共聚的方法，对废弃鸡毛进行降解、改性、共聚制备一种新型的胶粘剂。

1 实验部分

1.1 化学药品、仪器

药品：氢氧化钠（分析纯）、脱盐剂（化学纯）、稀硫酸（化学纯），环氧氯丙烷（分析纯），鸡毛。

仪器：NDJ-4旋转粘度计（北京科伟永兴仪器有限公司），三口烧瓶，冷凝器，电加热炉（北京科伟永兴仪器有限公司），机械搅拌（金坛市环保仪器厂），电子天平（湘仪电子仪器厂），温度计，锥形瓶、烧杯等。

1.2 实验步骤

1.2.1 鸡毛降解温度严格控制在60℃左右，并加入6mol・L-1的NaOH溶液碱解，降解时间为1h左右，搅拌速度要均匀，其中鸡毛的质量为10g，氯化钠质量为1g；环氧氯丙烷若干，交联时间为1～2.5小时，得到黄褐色粘稠状液体产品。

1.2.2 将粗产品用用稀硫酸中和，以除去没反应完的无机碱，抽滤，放在冰柜中冷冻放置数天，即得产品。

1.2.3 在制备好的产物中添加香料或松节油，测定粘度、适用期、凝固点。

1.3 测试方法

（1）表观粘度的测试[6]，采用NDJ-4旋转粘度计，在（25±0.5）℃下测量得改性前后鸡毛粘胶剂的表观粘度值。（2）适用期的测定，胶粘剂的适用期（使用寿命）是使用中检验胶液质量的重要工艺指标。适用期是指胶粘剂从各组分混合均匀开始，到能维持其可用性能的时间，如胶液粘度增大到不宜涂敷到被粘物表面（不宜施工）时为止的时间。（3）凝固点测试，将制备好的粘胶剂配成一定浓度的溶液盛于磨口瓶中，然后将此溶液放人冰箱，观测溶液的凝固点。

2 实验分析

2.1 反应原理

鸡毛经简单的碱解而得到的蛋白质衍生物，大多数的蛋白质衍生物分子由一端为氨基，另一端为羧基的简单多肽链组成，由于-NH2和一COOH为活性基团，在水溶液中相互缔合，构成一个网状的不溶性固体点阵形成凝胶，要打破其在常温下的凝胶状态，就要破坏分子链间的缔合[7]。将鸡毛在碱性条件下分解，通过断开肽键，释放出适当大小的蛋白质衍生物分子，再与环氧氯丙烷接枝共聚，使环氧氯丙烷接枝到蛋白质衍生物分子上，形成线性结构，一方面，使蛋白质衍生物分子链增长，粘接性增强；另一方面，使蛋白质衍生物溶液中活性基团减少，降低了蛋白质衍生物分子链间相互缔合而形成凝胶的趋势.

2.2 各种因素对表观粘度的影响

2.2.1 温度对表观粘度的影响

碱解温度若低于50℃，鸡毛的碱解进行不完全，产物易于形成凝胶。碱解温度高于55℃时，随着温度的升高，蛋白质衍生物分子碱解反应加剧，分子链断裂后形成的分子越来越小，产物表观粘度随之逐渐降低，蛋白质衍生物分子的初粘性逐渐变差.碱解温度高于70℃时，蛋白质衍生物分子变质.实验表明，碱解温度以55℃为佳，粘度随接枝共聚温度的升高而减低，接枝共聚温度在60℃时，胶粘剂表观粘度最大。

这是由于在低于55℃时，接枝共聚的链增长是主体反应，温度过低，聚合反应无法完成，环氧氯丙烷无法接枝到骨胶分子上，达不到改性的效果；而升高温度，共聚物的分子质量增大，粘度增加.当聚合温度超过55℃时，未反应的氢氧化钠继续降解骨胶分子，此时解聚反应加剧，其速率比链增长速率增加更快，解聚反应起主导作用。随温度升高，共聚物分子量减小，粘度进一步下降。

2.2.2 环氧氯丙烷用量对表观粘度的影响

实验表明，胶粘剂表观粘度随着环氧氯丙烷用量的增加而增加，到达某个量时又急剧下降.当环氧氯丙烷的加入量为3.0g时，反应体系凝胶.究其原因是当环氧氯丙烷加入量过小时，被碱解的蛋白质小分子依然较多，接枝共聚反应无法完成，所以粘度较低。

而当环氧氯丙烷加入量过大时，接枝共聚反应过于剧烈，并产生暴聚，体系形成凝胶。实验表明，环氧氯丙烷为1g，鸡毛的10g时为最佳。在此用量下，碱解的蛋白质衍生物分子与环氧氯丙烷接枝共聚反应较完全，产品有最大表观粘度，共聚反应也能温和进行，不至于形成凝胶。

2.2.3 接枝共聚时间对表观粘度的影响

实验表明，接枝共聚时间对胶粘剂表观粘度的影响，胶粘剂表观粘度随接枝共聚时间的增加而增加，50min之前变化幅度较小，50min到100min之间粘度急剧上升，但粘度不是随接枝共聚时间的延长而无限增大，当接枝共聚150min时，反应凝胶，究其原因为接枝共聚时间较短时，环氧氯丙烷接枝到蛋白质衍生物分子上的数量较少，还不能形成线型的大分子，因此粘度也较低；随着接枝共聚时间的延长，接枝到骨胶分子上的支链不断延长，导致表观粘度不断增加；若接枝共聚时间过长，接枝到骨胶分子上的柔性的线型大分子链互相缠结甚至发生链间的交联，最终导致凝胶，所以综合考虑产品性能与效率，接枝共聚时间采用120min为最佳。

2.3 添加香精或松节油对产品的影响

由于用无机酸或有机酸水解鸡毛制成的胶粘剂均有一难闻的气味，所以要进行脱臭处理。在制备好的胶粘剂中添加香料或松节油除去臭味，经过对比实验证明，这样处理不影响产品的表观粘度。

2.4 鸡毛粘胶剂达到的指标

外观为褐色半透明粘稠液体，表观粘度为1200mPa・S，适用期为55d，凝固点为-5℃。

3 实验结论

3.1 鸡毛粘胶剂的最佳合成条件

碱解温度为55℃，降解时间为1小时，共聚交联温度为60℃，交联时间为1.5小时，环氧氯丙烷用量为鸡毛量的10%，接枝共聚时间为2小时，所得产物凝固点达到-5℃。

3.2 经过试验测定，鸡毛粘胶剂达到以下指标

外观为褐色半透明粘稠液体，表观粘度为1200mPa・S，适用期为55d，凝固点为-5℃。

3.3 用鸡毛生产粘胶剂是一种变废为宝，资源充分利用且环境友好型生产工艺，发展前景看好

【参考文献】

[1]苏秀霞，景洁，李仲瑾，李铭杰.混合酸水解法合成新型改性骨胶及性能研究[J].中国粘胶剂，2011，20（4）：5-9.

[2]徐润，梁庆华.明胶的生产及应用技术[M].北京：中国食品出版社，1988.

[3]杨连利，李仲谨.马铃薯淀粉粘合剂稳定性的探讨[J].包装工程，2004，25（2）：15-17.

[4]李仲瑾，李华锋.环氧氯丙烷改性骨胶粘合剂的研究[J].中国粘胶剂，2006，16（4）：21-27.

[5]穆杰，徐阳春，沈其荣.废弃鸡毛化学降解工艺研究[J].农村生态环境，2005，21（2）：77-80.