隨著不可生物降解高分子材料的廣泛使用，陸地和水生生態系統中的塑料污染引起了人們的廣泛關注，成為人類社會可持續發展面臨的挑戰之一。羊毛和纖維素等天然高分子由于成本低，儲量豐富，可生物降解等優勢，是理想的環保型材料來源。羊毛在紡織行業存在嚴重的不合理利用，大量廢棄紡織產品被丟棄或焚燒處理，目前的處理方法造成嚴重的資源浪費，故將其制備高附加值產品具備重要的經濟價值和環境效益。
由于羊毛等天然高分子材料存在多種化學鍵，復雜的分子間和分子內作用力以及三維結構，難以被傳統有機溶劑所溶解。目前已開發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，角蛋白存在嚴重的結構損傷和過度降解問題，產率和分子量低，并且產生大量廢物溶劑。基于此，探索羊毛可持續溶解處理方法對羊毛紡織工業有很大的需求。謝海波團隊利用生物基平臺化合物乙酰丙酸(Lev)為原料，和超強有機堿（DBN）簡單混合制備生物基質子型離子液體（[DBNH][lev]）應用于羊毛和纖維素的溶解，改進了傳統離子液體有毒性、成本高等缺點的同時，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，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/纖維素復合膜、復合纖維材料等再生材料，并對其材料性質進行了系統研究（圖1）。
圖1：纖維素/羊毛角蛋白[DBNH][Lev]溶液制備纖維素/羊毛角蛋白復合膜流程圖
對羊毛角蛋白在[DBNH][Lev]中的溶液流變性質進行了系統的研究（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量比以及溫度高度相關。溶液在高剪切速率下呈現典型的剪切變稀行為。
圖2: (a):不同質量比的纖維素/角蛋白共混溶液的穩態流變曲線；(b):C20W80在不同溫度下的穩態流變曲線；(c):不同質量比的纖維素/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系
采用溶膠-凝膠法制備了一系列纖維素/羊毛角蛋白復合膜，所制備的復合膜的纖維素和角蛋白透光率、機械性能和玻璃化轉變溫度與膜中羊毛角蛋白的比例密切相關。此外，所有膜都具有優異的阻氧性能，這意味著它們在要求高阻氧性能的包裝領域具有潛力。
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，以實現可持續的膜制備，可以擴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院高分子材料與工程專業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，相關成果被發表國際知名期刊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/羊毛角蛋白復合膜流程圖
對羊毛角蛋白在[DBNH][Lev]中的溶液流變性質進行了系統的研究（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量比以及溫度高度相關。溶液在高剪切速率下呈現典型的剪切變稀行為。
圖2:
(a):不同質量比的纖維素/角蛋白共混溶液的穩態流變曲線；(b):C20W80在不同溫度下的穩態流變曲線；(c):不同質量比的纖維素/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系
采用溶膠-凝膠法制備了一系列纖維素/羊毛角蛋白復合膜，所制備的復合膜的纖維素和角蛋白透光率、機械性能和玻璃化轉變溫度與膜中羊毛角蛋白的比例密切相關。此外，所有膜都具有優異的阻氧性能，這意味著它們在要求高阻氧性能的包裝領域具有潛力。
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，以實現可持續的膜制備，可以擴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院高分子材料與工程專業2019級碩士研究生鄧璐璐，謝海波教授為通訊作者，相關成果被發表國際知名期刊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