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    研究進展

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    張錦院士-邵元龍團隊AFM:二硫醇擴鏈增強再生羊毛纖維

    日期:2023-02-06 17:02:20    作者:院辦公室    瀏覽量:4260 次

    項目背景介紹


    羊毛因其堅固的力學性能、優異的透濕性和保溫能力,被廣泛應用于紡織工業。中國是羊毛的生產大國,也是目前全球最大的羊毛加工國和消費國。據統計,全球羊毛年產量超過176萬噸,我國羊毛年產量35.5萬噸(折合洗凈毛15萬噸),難以滿足消費需求,每年需要進口40萬噸左右洗凈毛,占年產量近3倍。與此同時,全球每年從屠宰場、紡織邊角料、丟棄的低檔粗羊毛或快時尚行業產生大量的廢棄羊毛。然而,基于目前的羊毛廢料處理業,高角蛋白含量(≈90%)的生物材料主要被用于低價值的飼料添加劑、化妝品成分、廢水處理劑,甚至直接被填埋或焚燒。近年來,由羊毛角蛋白生產的再生羊毛角蛋白纖維(Regenerated wool keratin fibers, RWKFs)因其環境友好、資源豐富、具有生物相容性等優點而受到廣泛關注,為羊毛廢料提供了一種巧妙的高附加值策略。


    研發最新進展


    再生羊毛纖維具有巨大市場,然而,角蛋白纖維組裝過程不可控,機械強度不足,極大地阻礙了其規?;a和商業可行性。利用羊毛角蛋白制備堅韌的再生纖維,以滿足其紗線織造和進一步應用的力學要求,仍然是一個挑戰?;诖?,北京石墨烯研究院纖維技術研究部張錦院士-邵元龍團隊提出了一種連續濕紡策略,以廢棄的粗羊毛為原料,提取角蛋白,濕法紡制再生羊毛角蛋白纖維。


    此工作的核心創新點是:

    1. 證實了利用二硫蘇糖醇(DTT)重構二硫鍵、延長角蛋白鏈段,是增強再生羊毛角蛋白纖維的有效策略。團隊首次提出DTT的添加可以有效地調節角蛋白紡絲液的流變特性并產生粘彈性流體。獨特的二硫醇結構使DTT能夠在氧化過程重構角蛋白多肽鏈上的二硫鍵,充當連接裂解角蛋白鏈上游離巰基的“橋梁”。

    2. 連續濕法紡絲過程中DTT擴鏈和牽伸作用促進了高度有序的層次結構的形成。由此制備的再生羊毛角蛋白纖維的拉伸斷裂強度為186.1±7.0 MPa,楊氏模量為7.4±0.2 GPa,超過了天然羊毛和先前報道的以角蛋白為主的再生纖維。

    3. 實現了千米級再生羊毛角蛋白纖維的連續量化制備。RWKFs具有強度高、韌性好、重量輕等特點,后續的上油干燥后處理和良好的染色、編織性能以及接近天然羊毛的熱穩定性也顯示了其在紡織工業中的潛力。


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    圖1 再生羊毛角蛋白纖維的制備、力學性能及紡織應用


    該工作以“Reinforced Wool Keratin Fibers via Dithiol Chain Re-bonding”為題發表在Advanced Functional Materials上。北京石墨烯研究院/北京大學張錦院士、邵元龍特聘研究員、北京石墨烯研究院蹇木強研究員為共同通訊作者,北京石墨烯研究院研發工程師朱錦為論文第一作者。

    原文鏈接:

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213644


    產業推進情況


    石墨烯再生羊毛復合纖維項目整體上是立足于廢舊羊毛回收產業的重大需求。研發團隊自項目伊始便堅持與企業聯動,從企業找問題,持續聚焦。2021年12月北京石墨烯研究院有限公司與張家港揚子染整有限公司簽約石墨烯再生羊毛復合纖維研發項目,研發團隊以揚子公司的廢舊羊毛作為角蛋白提取原料,著力探索再生羊毛纖維的公斤級制備技術。


    從溶解廢棄羊毛高效提取角蛋白,到濕法紡絲線的搭建,再到再生羊毛纖維的制備,石墨烯再生羊毛復合纖維項目研發團隊通過不懈努力,于2022年上半年完成再生羊毛纖維單絲連續制備工藝的研發,并著力探索再生羊毛角蛋白纖維及石墨烯再生羊毛復合纖維復絲制備工藝。目前,項目已取得初步進展,實現了兩類纖維的復絲連續制備。


    來源:石墨烯纖維技術研究部供稿


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