蛋白纤维加工

5.3.1 蚕茧加工

蚕丝素粉是纯蛋白，内含18种氨基酸和多种微量元素，由于它的体态成细杆状，分散性特别均匀，可以作染料、涂料、皮革上光剂的分散剂和纺织品柔软剂，又由于它的结构存在亲水因子，如果将其涂于皮肤上，可随皮肤温度和湿度的变化吸收和释放水份，因此蚕丝素粉还是化妆品的基本原料。但是，现有技术生产蚕丝素粉的方法仍然使用酸、碱等化学制剂先对蚕丝素进行脆化，然后经过多次洗涤去掉化学制剂，再经过干燥，粉碎等工序。这种方法不仅化学制剂消耗量大，用水多，造成环境污染，而且在粉碎过程中产品流失多，还由于工艺复杂，产品收率低，使其制造成本高。

蚕丝素粉的制造方法，其步骤是：（1）将脱过丝胶的蚕丝素通过爆破口装入密闭容器中，用带有爆破膜的爆破口盖封紧爆破口；（2）使扩压箱与密闭容器对接；（3）通过管路向密闭容器内通入2.5～3Mpa的饱和水蒸汽，保持其压力6～15分钟，由于经脱丝胶的蚕丝素纤维是由丝素的结晶区和非结晶区组成，其结晶区的引力是有β－折叠层结构构成，肽链排列整齐，相邻肽链之间的氢键和分子间的引力使其结合的非常紧密，具有较高的结晶度和取向度，而蚕丝素的非结晶区肽链却呈不整齐密集排列，并弯曲和绕结，因此，在高温和高压的饱和水蒸汽作用下可使蚕丝素纤维松解、软化，大分子取向度降低；继之通过链段的热运动使原来的晶区和非晶区部分地发生解取向现象，丝素纤维间胶着点开始脱开，取向度降低，非晶区大分子链排列地规整性变差，分子间地作用力减小；同时在高压条件下的丝素纤维受到强制压缩已积蓄了运抵果农的压缩能量；（4）通过冲击矛头强迫爆破膜破裂，产生汽爆，蚕丝素高速冲入扩压箱，在此过程中，丝素受到强大气流撕裂，剪切和丝素纤维已积蓄的压缩能量的爆释、崩解的综合作用下，再加上丝素纤维在被汽爆之前已经处于松解和弱化状态；因此，丝素被粉碎成丝素粉；（5）将扩压箱与密闭容器分开，从扩压箱中收集丝素粉；（6）将丝素粉脱水。

在向密闭容器中装入脱丝胶的蚕丝素同时，再加入一些尿素，其质量蚕丝素的1～5％，由于尿素在高压水蒸汽作用下可分解成氨和二氧化碳，氨呈碱性，它对丝素分子的结合产生破坏力，这就是更加重在密闭容器中丝素纤维强度的松解程度和弱化状态，蚕丝素在汽爆时更容易被粉碎成丝素粉。试验证明加入尿素的数量在1～5％的蚕丝素重量比较合适。

由于本方法不使用大量的酸、碱等化学制剂对蚕丝素事先进行脆化处理，因此杜绝了对环境的污染，又由于本方法使用了带爆破膜的密闭容器和与之配合适当的扩压箱，在蚕丝素被汽爆时所形成的蚕丝素粉全部进入扩压箱中，几乎没有损失，由所述解决方案还可以看出：本方法工艺简单，所用装置也少，再加上产品的收率高，因此其生产成本是显著降低。

该技术彻底改变了传统的绢纺原料前道处理精练车间的工艺方法，解决了原有生产线造成的污染环境和水资源大量流失等问题。用此工艺生产的丝素已膨化改性。各项物理指标超过老工艺产品，成为新型纤维，纺织成的绢丝完全可以做到“绿色”，达到天然效果。回收提炼的原工业废水中的氨基酸、丝胶蛋白等有价值的附加产品丰富了产品结构，极大地提高了经济效益和环保效益。

5.3.2 废弃皮革加工

近lO年来，中国已发展成为世界皮革的生产、加工和商贸中心。但随着皮革工业的快速发展，也带来了严重的环境污染。制革过程中因削匀、修边等工序产生的含铬胶原(废革屑)是制革生产的主要污染之一。据统计，我国每年产生这类固体废弃物已达3O万吨。含铬废革屑以干基计，含胶原蛋白质约90％ ，含Cr2O3 3％-6％ ，由于这些废弃物很难发生自然降解，造成严重的污染问题。为了给这些废弃物找到合理的利用途径，许多人进行了大量的研究工作，其中最有前景的一条途径是通过脱铬的方法，从含铬革屑中提取胶原蛋白及其降解产物。因此，废铬革屑回收利用的关键是将废铬革屑中的Cr3 脱除。常规的脱铬方法有酸法、碱法、酸碱交替法、酶法、氧化法。氧化法即是用H2O2等氧化剂处理含铬革屑，将革屑中与胶原发生化学结合的Cr3 氧化成溶于水的Cr6 ，使铬革屑脱鞣，再经过漂洗、过滤，将胶原和铬分离。这种处理方法主要是在碱性介质中进行。与其它脱铬方法相比，氧化法具有脱铬速率快，获得的胶原色泽好，胶原结构遭受碎坏程度小的特点，因此可获得应用价值较高的胶原产物。但是，常规的氧化脱铬法存在着脱铬时间较长、脱铬率不高(一般在90％ 以下)等缺点，故限制了这种方法的应用。

蒸汽爆破氧化脱铬则能够很好的解决以上问题。在废皮革中加入重量比为1/5-20的NaOH，并加入适量水，然后在高压汽爆罐中爆破，所采用的条件为：压力1.3-1.5Mpa，维压时间为3-10s。 在爆破后的皮革中添加一定量的H2O2，一般添加量为原料干重的0.6-1.5倍。同时添加草酸、氯化钠等稳定剂，搅拌几分钟后，即可使皮革中的铬脱除，脱除率达到95%以上。脱铬后的皮革可以用于明胶的制备，或可以用作动物蛋白饲料。蒸汽爆破技术能够显著缩短氧化脱铬的时间。

皮革的主要成分为胶原蛋白，铬鞣过程是皮中所含的胶原分子侧链上的羧基与三价铬离子键合的过程，即交联作用。鞣革过程完成后，形成交联的铬络合物具有很高的稳定性，因此，要从鞣革废渣中分离提取蛋白质和三价铬，是有一定困难的。从废皮革中提取和分离蛋白质和三价铬的过程，实质是鞣革反应的逆反应，就是使交联在蛋白质分子上的三价铬脱落下来，同时使蛋白质分子成为游离的肽。在高温和高压的饱和水蒸汽作用下可使皮革中的胶原蛋白的高级结构发生变化，分子间的作用力减小，甚至碎坏。大分子链排列地规整性变差，甚至降解为小分子链，突然释压加速了这一过程，Cr3在CaO、NaOH等碱性物质的作用下，从肽链中脱落下来。