隨著不可生物降解高分子材料的廣泛使用，陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)中的塑料污染引起了人們的廣泛關(guān)注，成為人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)之一。羊毛和纖維素等天然高分子由于成本低，儲量豐富，可生物降解等優(yōu)勢，是理想的環(huán)保型材料來源。羊毛在紡織行業(yè)存在嚴(yán)重的不合理利用，大量廢棄紡織產(chǎn)品被丟棄或焚燒處理，目前的處理方法造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，故將其制備高附加值產(chǎn)品具備重要的經(jīng)濟(jì)價值和環(huán)境效益。
由于羊毛等天然高分子材料存在多種化學(xué)鍵，復(fù)雜的分子間和分子內(nèi)作用力以及三維結(jié)構(gòu)，難以被傳統(tǒng)有機(jī)溶劑所溶解。目前已開發(fā)的角蛋白提取方法有還原法、氧化法和酸解法，由于溶解條件苛刻，角蛋白存在嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損傷和過度降解問題，產(chǎn)率和分子量低，并且產(chǎn)生大量廢物溶劑。基于此，探索羊毛可持續(xù)溶解處理方法對羊毛紡織工業(yè)有很大的需求。謝海波團(tuán)隊利用生物基平臺化合物乙酰丙酸(Lev)為原料，和超強(qiáng)有機(jī)堿（DBN）簡單混合制備生物基質(zhì)子型離子液體（[DBNH][lev]）應(yīng)用于羊毛和纖維素的溶解，改進(jìn)了傳統(tǒng)離子液體有毒性、成本高等缺點(diǎn)的同時，取得了令人滿意的溶解效果。由于酮基和乙酰丙鹽陰離子中酮基的烯醇互變異構(gòu)，它與纖維素和羊毛角蛋白具有特殊的氫鍵形成能力。基于新的纖維素/羊毛角蛋白[DBNH][lev]均相溶液，制備了一系列羊毛角蛋白/纖維素復(fù)合膜、復(fù)合纖維材料等再生材料，并對其材料性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究（圖1）。
圖1：纖維素/羊毛角蛋白[DBNH][Lev]溶液制備纖維素/羊毛角蛋白復(fù)合膜流程圖
對羊毛角蛋白在[DBNH][Lev]中的溶液流變性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究（圖2），表明纖維素/羊毛角蛋白的表觀粘度與纖維素和羊毛角蛋白的質(zhì)量比以及溫度高度相關(guān)。溶液在高剪切速率下呈現(xiàn)典型的剪切變稀行為。
圖2: (a):不同質(zhì)量比的纖維素/角蛋白共混溶液的穩(wěn)態(tài)流變曲線；(b):C20W80在不同溫度下的穩(wěn)態(tài)流變曲線；(c):不同質(zhì)量比的纖維素/角蛋白共混溶液的儲能模量、損耗模量與角頻率的關(guān)系；(d):C20W80溶液在不同溫度下的儲能模量、損耗模量與角頻率的關(guān)系
采用溶膠-凝膠法制備了一系列纖維素/羊毛角蛋白復(fù)合膜，所制備的復(fù)合膜的纖維素和角蛋白透光率、機(jī)械性能和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與膜中羊毛角蛋白的比例密切相關(guān)。此外，所有膜都具有優(yōu)異的阻氧性能，這意味著它們在要求高阻氧性能的包裝領(lǐng)域具有潛力。
圖3: 不同共混比例膜的AFM和SEM圖(a), (e): C100W0 (b), (f): C80W20; (c), (g): C50W50; (d), (h): C20W80
研究證明了一個綠色的生物基IL溶劑平臺，用于纖維素和羊毛角蛋白的同時溶解處理，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的膜制備，可以擴(kuò)展到其他角蛋白來源的使用。本研究第一作者為材料與冶金學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)2019級碩士研究生鄧璐璐，謝海波教授，陳鵬研究員，鄒光龍副教授為通訊作者，相關(guān)成果被發(fā)表國際知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上（ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2022, DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c07662）
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c07662
圖1：纖維素/羊毛角蛋白[DBNH][Lev]溶液制備纖維素/羊毛角蛋白復(fù)合膜流程圖
對羊毛角蛋白在[DBNH][Lev]中的溶液流變性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究（圖2），
表明纖維素/羊毛角蛋白的表觀粘度與纖維素和羊毛角蛋白的質(zhì)量比以及溫度高度相關(guān)。溶液在高剪切速率下呈現(xiàn)典型的剪切變稀行為。
圖2:
(a):不同質(zhì)量比的纖維素/角蛋白共混溶液的穩(wěn)態(tài)流變曲線；(b):C20W80在不同溫度下的穩(wěn)態(tài)流變曲線；(c):不同質(zhì)量比的纖維素/角蛋白共混溶液的儲能模量、損耗模量與角頻率的關(guān)系；(d):C20W80溶液在不同溫度下的儲能模量、損耗模量與角頻率的關(guān)系
采用溶膠-凝膠法制備了一系列纖維素/羊毛角蛋白復(fù)合膜，所制備的復(fù)合膜的纖維素和角蛋白透光率、機(jī)械性能和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與膜中羊毛角蛋白的比例密切相關(guān)。此外，所有膜都具有優(yōu)異的阻氧性能，這意味著它們在要求高阻氧性能的包裝領(lǐng)域具有潛力。
圖3: 不同共混比例膜的AFM和SEM圖(a), (e): C100W0
(b), (f): C80W20; (c), (g): C50W50; (d), (h): C20W80
研究證明了一個綠色的生物基IL溶劑平臺，用于纖維素和羊毛角蛋白的同時溶解處理，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的膜制備，可以擴(kuò)展到其他角蛋白來源的使用。本研究第一作者為材料與冶金學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)2019級碩士研究生鄧璐璐，謝海波教授為通訊作者，相關(guān)成果被發(fā)表國際知名期刊ACS
Sustainable Chemistry & Engineering上（ACS Sustainable Chemistry
& Engineering, 2022, DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c07662）
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c07662