廢棄雞毛化學降解、改性：制粘膠劑的研究

2014-04-29 00:44:03韓春鵬賀娟

山東工業技術 2014年5期

韓春鵬　賀娟

【摘要】本文以環氧氯丙烷為交聯劑[1]，采用堿解、共聚交聯的方法，對廢棄雞毛進行降解、共聚交聯，制備一種在常溫下為液態的新型膠粘劑.考察不同因素對產物性能的影響，得到膠粘劑合成的最佳工藝條件：堿解溫度為55℃，降解時間為1小時，共聚交聯溫度為60℃，交聯時間為1.5小時，環氧氯丙烷用量為雞毛量的10%，接枝共聚時間為2小時，所得產物凝固點達到-5℃。

【關鍵詞】環氧氯丙烷；廢棄雞毛；膠粘劑；凝固點

0 前言

膠粘劑在人類歷史上很早就出現了，隨著時間的推移和科技的發展，膠粘劑的應用領域也越來越廣泛，主要用于工業、建筑行業、膠合板和木工業、鞋業和皮革業、包裝和商標用膠等方面[2-4]。

我國是世界上畜牧業最發達的國家，豬、牛、羊等牲畜的毛以及雞、鴨、鵝等禽類的羽毛產量每年都在百萬噸以上。我國是畜牧業大國，也是畜牧業廢棄物產出量最大的國家，但動物有機廢棄物大部分沒有得到充分利用，由動物有機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成本，還可以實現廢棄物的最大資源化，減輕環境污染[5]。本文以環氧氯丙烷為交聯劑，采用堿解、接枝共聚的方法，對廢棄雞毛進行降解、改性、共聚制備一種新型的膠粘劑。

1 實驗部分

1.1 化學藥品、儀器

藥品：氫氧化鈉（分析純）、脫鹽劑（化學純）、稀硫酸（化學純），環氧氯丙烷（分析純），雞毛。

儀器：NDJ-4旋轉粘度計（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），機械攪拌（金壇市環保儀器廠），電子天平（湘儀電子儀器廠），溫度計，錐形瓶、燒杯等。

1.2 實驗步驟

1.2.1 雞毛降解溫度嚴格控制在60℃左右，并加入6mol·L-1的NaOH溶液堿解，降解時間為1h左右，攪拌速度要均勻，其中雞毛的質量為10g，氯化鈉質量為1g；環氧氯丙烷若干，交聯時間為1～2.5小時，得到黃褐色粘稠狀液體產品。

1.2.2 將粗產品用用稀硫酸中和，以除去沒反應完的無機堿，抽濾，放在冰柜中冷凍放置數天，即得產品。

1.2.3 在制備好的產物中添加香料或松節油，測定粘度、適用期、凝固點。

1.3 測試方法

（1）表觀粘度的測試[6]，采用NDJ-4旋轉粘度計，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）是使用中檢驗膠液質量的重要工藝指標。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間，如膠液粘度增大到不宜涂敷到被粘物表面（不宜施工）時為止的時間。（3）凝固點測試，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。

2 實驗分析

2.1 反應原理

雞毛經簡單的堿解而得到的蛋白質衍生物，大多數的蛋白質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，在水溶液中相互締合，構成一個網狀的不溶性固體點陣形成凝膠，要打破其在常溫下的凝膠狀態，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，釋放出適當大小的蛋白質衍生物分子，再與環氧氯丙烷接枝共聚，使環氧氯丙烷接枝到蛋白質衍生物分子上，形成線性結構，一方面，使蛋白質衍生物分子鏈增長，粘接性增強；另一方面，使蛋白質衍生物溶液中活性基團減少，降低了蛋白質衍生物分子鏈間相互締合而形成凝膠的趨勢.

2.2 各種因素對表觀粘度的影響

2.2.1 溫度對表觀粘度的影響

堿解溫度若低于50℃，雞毛的堿解進行不完全，產物易于形成凝膠。堿解溫度高于55℃時，隨著溫度的升高，蛋白質衍生物分子堿解反應加劇，分子鏈斷裂后形成的分子越來越小，產物表觀粘度隨之逐漸降低，蛋白質衍生物分子的初粘性逐漸變差.堿解溫度高于70℃時，蛋白質衍生物分子變質.實驗表明，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，膠粘劑表觀粘度最大。

這是由于在低于55℃時，接枝共聚的鏈增長是主體反應，溫度過低，聚合反應無法完成，環氧氯丙烷無法接枝到骨膠分子上，達不到改性的效果；而升高溫度，共聚物的分子質量增大，粘度增加.當聚合溫度超過55℃時，未反應的氫氧化鈉繼續降解骨膠分子，此時解聚反應加劇，其速率比鏈增長速率增加更快，解聚反應起主導作用。隨溫度升高，共聚物分子量減小，粘度進一步下降。

2.2.2 環氧氯丙烷用量對表觀粘度的影響

實驗表明，膠粘劑表觀粘度隨著環氧氯丙烷用量的增加而增加，到達某個量時又急劇下降.當環氧氯丙烷的加入量為3.0g時，反應體系凝膠.究其原因是當環氧氯丙烷加入量過小時，被堿解的蛋白質小分子依然較多，接枝共聚反應無法完成，所以粘度較低。

而當環氧氯丙烷加入量過大時，接枝共聚反應過于劇烈，并產生暴聚，體系形成凝膠。實驗表明，環氧氯丙烷為1g，雞毛的10g時為最佳。在此用量下，堿解的蛋白質衍生物分子與環氧氯丙烷接枝共聚反應較完全，產品有最大表觀粘度，共聚反應也能溫和進行，不至于形成凝膠。

2.2.3 接枝共聚時間對表觀粘度的影響

實驗表明，接枝共聚時間對膠粘劑表觀粘度的影響，膠粘劑表觀粘度隨接枝共聚時間的增加而增加，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間的延長而無限增大，當接枝共聚150min時，反應凝膠，究其原因為接枝共聚時間較短時，環氧氯丙烷接枝到蛋白質衍生物分子上的數量較少，還不能形成線型的大分子，因此粘度也較低；隨著接枝共聚時間的延長，接枝到骨膠分子上的支鏈不斷延長，導致表觀粘度不斷增加；若接枝共聚時間過長，接枝到骨膠分子上的柔性的線型大分子鏈互相纏結甚至發生鏈間的交聯，最終導致凝膠，所以綜合考慮產品性能與效率，接枝共聚時間采用120min為最佳。

2.3 添加香精或松節油對產品的影響

由于用無機酸或有機酸水解雞毛制成的膠粘劑均有一難聞的氣味，所以要進行脫臭處理。在制備好的膠粘劑中添加香料或松節油除去臭味，經過對比實驗證明，這樣處理不影響產品的表觀粘度。

2.4 雞毛粘膠劑達到的指標

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

3 實驗結論

3.1 雞毛粘膠劑的最佳合成條件

堿解溫度為55℃，降解時間為1小時，共聚交聯溫度為60℃，交聯時間為1.5小時，環氧氯丙烷用量為雞毛量的10%，接枝共聚時間為2小時，所得產物凝固點達到-5℃。

3.2 經過試驗測定，雞毛粘膠劑達到以下指標

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

3.3 用雞毛生產粘膠劑是一種變廢為寶，資源充分利用且環境友好型生產工藝，發展前景看好

【參考文獻】

[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.