随着不可生物降解高分子材料的广泛使用，陆地和水生生态系统中的塑料污染引起了人们的广泛关注，成为人类社会可持续发展面临的挑战之一。羊毛和纤维素等天然高分子由于成本低，储量丰富，可生物降解等优势，是理想的环保型材料来源。羊毛在纺织行业存在严重的不合理利用，大量废弃纺织产品被丢弃或焚烧处理，目前的处理方法造成严重的资源浪费，故将其制备高附加值产品具备重要的经济价值和环境效益。

由于羊毛等天然高分子材料存在多种化学键，复杂的分子间和分子内作用力以及三维结构，难以被传统有机溶剂所溶解。目前已开发的角蛋白提取方法有还原法、氧化法和酸解法，由于溶解条件苛刻，角蛋白存在严重的结构损伤和过度降解问题，产率和分子量低，并且产生大量废物溶剂。基于此，探索羊毛可持续溶解处理方法对羊毛纺织工业有很大的需求。谢海波团队利用生物基平台化合物乙酰丙酸(Lev)为原料，和超强有机碱（DBN）简单混合制备生物基质子型离子液体（[DBNH][lev]）应用于羊毛和纤维素的溶解，改进了传统离子液体有毒性、成本高等缺点的同时，取得了令人满意的溶解效果。由于酮基和乙酰丙盐阴离子中酮基的烯醇互变异构，它与纤维素和羊毛角蛋白具有特殊的氢键形成能力。基于新的纤维素/羊毛角蛋白[DBNH][lev]均相溶液，制备了一系列羊毛角蛋白/纤维素复合膜、复合纤维材料等再生材料，并对其材料性质进行了系统研究（图1）。

图1：纤维素/羊毛角蛋白[DBNH][Lev]溶液制备纤维素/羊毛角蛋白复合膜流程图

对羊毛角蛋白在[DBNH][Lev]中的溶液流变性质进行了系统的研究（图2），表明纤维素/羊毛角蛋白的表观粘度与纤维素和羊毛角蛋白的质量比以及温度高度相关。溶液在高剪切速率下呈现典型的剪切变稀行为。

图2: (a):不同质量比的纤维素/角蛋白共混溶液的稳态流变曲线；(b):C20W80在不同温度下的稳态流变曲线；(c):不同质量比的纤维素/角蛋白共混溶液的储能模量、损耗模量与角频率的关系；(d):C20W80溶液在不同温度下的储能模量、损耗模量与角频率的关系

采用溶胶-凝胶法制备了一系列纤维素/羊毛角蛋白复合膜，所制备的复合膜的纤维素和角蛋白透光率、机械性能和玻璃化转变温度与膜中羊毛角蛋白的比例密切相关。此外，所有膜都具有优异的阻氧性能，这意味着它们在要求高阻氧性能的包装领域具有潜力。

图3:不同共混比例膜的AFM和SEM图(a), (e): C100W0 (b), (f): C80W20; (c), (g): C50W50; (d), (h): C20W80

研究证明了一个绿色的生物基IL溶剂平台，用于纤维素和羊毛角蛋白的同时溶解处理，以实现可持续的膜制备，可以扩展到其他角蛋白来源的使用。本研究第一作者为材料与冶金学院高分子材料与工程专业2019级硕士研究生邓璐璐，谢海波教授，陈鹏研究员，邹光龙副教授为通讯作者，相关成果被发表国际知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上（ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2022, DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c07662）

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c07662