环保型蚕丝脱胶剂对丝素纤维性能的影响及其废液中丝胶回收

摘要

蚕丝主要由丝素和丝胶二种蛋白组成。在传统的丝绸纺织业中，蚕茧经过缫丝制成的生丝加工成坯料后，重要工艺便是脱胶/精炼，因为丝胶的存在会影响丝织品光泽、手感以及后期印染加工等工艺；在现代蚕丝被的加工过程中，机拉的生丝绵片也要经过脱胶/精炼这个关键工艺，才能加工成柔软、舒适、保温的丝绵被；在丝蛋白医用生物材料的加工过程中，蚕丝的脱胶对丝素纤维的结构与性能以及后续加工形成的丝蛋白新产品的性能产生重要的影响。然而，在上述蚕丝的加工过程中，都会产生巨量的含碱性丝胶蛋白的加工废液，不仅对环境会产生严重的污染，还会因丝胶蛋白无法低成本回收而产生严重的浪费。现有的蚕丝脱胶/精炼剂，无论在蚕丝加工企业还是在实验室，都离不开使用碱性物质水溶液或加入多种功能的添加剂如漂白、柔软、膨松等性能的物质，由此产生的蚕丝脱胶废液很难进行低成本的丝胶回收和碱性污染废液的绿色处理。所以，开发新颖的绿色环保的蚕丝脱胶/精炼剂一直是蚕丝业研发人员的追求目标。
　　本文致力于研究和开发一类新颖的绿色环保的蚕丝脱胶/精炼剂，目的是既要低成本，又要脱除丝胶蛋白而不影响丝素纤维的机械性能；产生的巨量脱胶废液既要低污染或零污染，又能低成本回收丝胶蛋白。本文将一种由葡萄糖和长链脂肪醇合成的绿色非离子型表面活性剂—烷基多糖苷(APG)，和另一种在食品加工和医用材料方面常用的氢氧化钙水(Ca(OH)2)溶液（俗称熟石灰水）首次用作蚕丝脱胶/精炼剂，对蚕丝脱胶和丝素纤维结构与性能的影响以及丝胶蛋白的回收与利用作了系统地研究和分析，这为蚕丝脱胶/精炼的绿色加工提供了新的途径，为蚕丝业可持续的发展提供了重要的理论依据。
　　APG是一种绿色环保的表面活性剂，在环境中易被微生物分解和利用，在农业病虫害防治、日用化工洗涤等领域有广泛地应用。作者系统地研究了APG脱胶方法对蚕丝丝素纤维的机械性能和脱胶效率作了系统地研究和分析，并与传统的脱胶方法如碳酸钠和中性皂的水溶液进行了比较分析。实验结果表明，在浓度为0.25％(w/v)的APG水溶液中重复煮沸茧壳或蚕丝纤维3次，每次30min，使用浴比为1:90～120(g/mL)，可基本除去蚕丝纤维外面的丝胶蛋白。SDS-PAGE研究显示APG脱胶法对丝素蛋白的肽链无明显的破坏，还能观察到丝素轻链和P25蛋白的电泳带。脱胶的丝素纤维的物理性能包括拉伸性能、热性能、X-射线衍射和扫描电子显微镜（SEM）的分析和观察，都显示APG的脱胶效果类似于中性皂脱胶剂，而远远优于碳酸钠(Na2CO3)水溶液脱胶剂。因此，APG可作为一种潜在的新型蚕丝脱胶剂，可应用于丝绸纺织业和丝棉被制造业的绿色环保的脱胶与精制。
　　Ca(OH)2像氢氧化钠(NaOH)一样是一种强碱，但不同的是它微溶于水，它的水溶液俗称熟石灰水。Ca(OH)2在污水处理、制糖工业、涂料、冶金行业、耐火材料、医用材料和食品加工方面有广泛的应用[1,2,3]，由于Ca(OH)2活性强，结构疏松，故广泛用作食品添加剂。在蚕业上最早而且现在还大都使用这种石灰水用于蚕具、蚕室等消毒，以防止各种蚕病的发生、病菌的污染。
　　作者利用低浓度的Ca(OH)2水溶液作为蚕丝脱胶剂，对蚕丝的脱胶效率和对丝素纤维机械性能的影响作了系统地研究和分析，并与传统的脱胶方法如Na2CO3和中性皂水溶液作比较研究。实验结果发现，使用浓度为0.025%(w/v)的Ca(OH)2水溶液以1:90-120(g/mL)浴比，煮沸脱胶30min再换新鲜液重复脱胶1次，可将蚕丝纤维外面丝胶蛋白完全除去。SDS-PAGE分析显示Ca(OH)2脱胶法对丝素纤维蛋白的肽链损伤不严重。对脱胶的丝素纤维物理性能分析的结果表明，Ca(OH)2水溶液亦可作为一种新型的环保型蚕丝脱胶剂，用于丝绸纺织加工、丝绵被加工或实验室蚕丝新材料加工中。更重要的是，大量的蚕丝脱胶废液中，通过滴加硫酸或者磷酸与Ca(OH)2中和反应，即可形成硫酸钙或者磷酸钙沉淀而析出，分离后硫酸/磷酸钙可作为植物的无机肥或者建筑填料，丝胶蛋白可进一步纯化降解后用于化妆品、细胞培养基的添加剂或健康食品中氨基酸添加等领域。
　　本文把绿色的非离子型表面活性剂—烷基多糖苷(APG)和Ca(OH)2水溶液作为二种绿色环保的蚕丝精练/脱胶剂，应用于一系列蚕丝脱胶或精练的加工工艺如蚕茧和蚕丝脱胶、生丝和丝绵片精练、绢纺精练、真丝绸坯料精练等工艺。尤其是利用Ca(OH)2水溶液作为蚕丝脱胶/精炼剂，其产生大量的含丝胶碱性废液通过加入硫酸或磷酸与Ca(OH)2中和反应而使钙盐沉淀，达到丝胶蛋白和钙盐全回收目的，从而避免了传统碱性脱胶废液对环境产生严重污染的问题，为蚕丝业特别是蚕丝脱胶与精炼加工提供了新的方法，为蚕业的可持续发展提供新的希望。

目录

声明

第一章 文献综述

1．蚕丝的组成

2. 蚕丝的脱胶方法

3. 再生丝素蛋白溶液的制备方法

4. 丝胶的回收

5. 丝胶的生物活性及药理作用

参考文献

第二章 APG作为蚕丝脱胶剂的效果及其对丝素性能的影响

1. 前言

2. 实验材料与方法

3. 实验结果与讨论

4. 结论

参考文献

第三章 氢氧化钙作为蚕丝脱胶剂的效果及其对丝素性能的影响

1. 前言

2. 实验材料与方法

3. 实验结果与讨论

4. 结论

参考文献

缩写索引

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