高强蚕丝制备与腈纶织物接枝蚕蛹蛋白改性研究

论文摘要

将五龄家蚕固定,用外力牵引纺丝,能够大幅度提高蚕丝的拉伸性能。但是这种方法无法大规模制备高强度蚕丝。本文研究设计一定的浸渍配方,对工业生产的生丝浸渍处理,使蚕丝具有可拉伸性,通过外力牵引拉伸,提高蚕丝的取向度和结晶度,制备高强度蚕丝。采用正交试验方法,得出了最佳工艺条件,蚕丝的拉伸倍数能够提高到1.7倍。制备高强度蚕丝纤维的最佳工艺条件：硫氰酸钾（KSCN）的浓度0.3%,平平加O浓度0.2%,浸渍温度30℃,浸渍时间40min。高强蚕丝的制备的工艺流程是：浸渍,拉伸-干燥-清洗除杂-干燥。分别收集到1.3倍到1.7倍的拉伸丝。随着拉伸倍数的增加,单丝直径单调下降,断裂强度上升,断裂伸长下降。单丝断裂强度由普通蚕丝的0.45GPa上升到1.7倍拉伸丝的0.78GPa,提高了73.3%。1.7倍除杂拉伸丝的断裂强度达到1.20GPa,提高了166.7%,断裂伸长保持良好。利用红外光谱,X-射线衍射图谱和DSC谱图对拉伸蚕丝的结构进行表征。研究结果表明：在拉伸的过程中,随着拉伸比的增加,蚕丝纤维中更多的无规则结构转化成β-折叠结构,而随之分子的取向度也逐渐增大,对应的分解温度提高。机械拉伸对蚕丝纤维结构有较大影响,大幅度提高了蚕丝的强力。研究结果显示：通过一定的配方溶液对蚕丝进行浸渍,能够大幅度提高蚕丝拉伸倍数,从而制备出高强蚕丝。预期在组织工程,纺织、防护等领域具有良好的应用前景。腈纶织物具有良好的服用性能,作为化学纤维,与人体皮肤的亲和性差。作为缫丝工业的副产物蚕蛹,有丰富的原料来源,并且提取出来的蚕蛹蛋白具有良好的生物相容性。本文用碱液提取法制备蚕蛹蛋白溶液,并合成了具有柔软功能的交联剂一蔗糖脂肪酸酯缩水甘油醚（SFEGE）。用SFEGE将蚕蛹蛋白接枝到碱减量腈纶织物表面,以制备具有良好服用性能和良好生物相容性的改性腈纶面料。采用扫描电镜对接枝前后的织物纤维的表面进行了观察,扫描电镜图片表明接枝蛹蛋白纤维表面覆盖有一层薄膜。而利用红外光谱,X-衍射、DSC对接枝蛹蛋白的腈纶纤维结构进行了表征。红外光谱表征了蚕蛹蛋白质能够接枝到腈纶纤维上;X-衍射图谱分析表明腈纶织物接枝蛹蛋白以后,纤维的结构没有大的变化；DSC图谱分析表明接枝蛹蛋白以后腈纶纤维热稳定性变化不大。对接枝蚕蛹蛋白腈纶织物服用性能测试表明：改性织物的褶皱弹性、柔软度、透湿性保持良好,吸湿性、透气性能得到改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 蚕丝的组成
• 1.2 蚕丝蛋白的结构
• 1.2.1 丝胶蛋白结构
• 1.2.2 丝素蛋白结构
• 1.3 蚕丝纤维的性能
• 1.3.1 丝胶蛋白性能
• 1.3.2 丝素蛋白性能
• 1.4 蚕丝的改性
• 1.4.1 接枝
• 1.4.2 共混
• 1.5 蚕丝的应用
• 1.6 高强纤维的概述
• 1.7 高强蚕丝的研究
• 1.8 聚丙烯腈纤维
• 1.9 蚕蛹蛋白
• 1.10 再生蛋白纤维
• 1.11 蚕蛹蛋白纤维
• 1.12 化纤织物接枝蛋白质改性研究
• 第2章 高强蚕丝制备研究
• 1 实验材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 仪器和设备
• 1.3 制备工艺流程
• 1.4 浸渍溶剂的筛选
• 1.4.1 热水拉伸
• 1.4.2 碳酸氢钠（NaHCO3）溶剂浸渍
• 1.4.3 硫氰酸钾（KSCN）溶剂浸渍
• 1.4.4 三种溶剂拉伸效果对比
• 1.5 表面活性剂的筛选
• 1.5.1 硫氰酸钾（KSCN）溶液中加表面活性剂平平加O的正交实验
• 1.5.2 表面活性剂的对比
• 1.6 拉伸辊转速对拉伸倍数的影响
• 1.7 拉伸蚕丝清洗除杂
• 2 结果与讨论
• 2.1 浸渍溶剂筛选
• 2.1.1 热水拉伸
• 2.1.2 碳酸氢钠（NaHCO3）溶剂浸渍
• 2.1.3 硫氰酸钾（KSCN）溶剂浸渍
• 2.1.4 三种溶剂的拉伸效果对比
• 2.2 表面活性剂的筛选
• 2.2.1 硫氰酸钾（KSCN）溶液中加表面活性剂平平加O的正交实验
• 2.2.2 表面活性剂的对比
• 2.3 拉伸辊转速对拉伸倍数的影响
• 3. 小结
• 第3章 高强蚕丝结构及性能分析
• 1. 实验方法与原理
• 1.1 测试方法
• 1.1.1 样品直径测量和计算方法
• 1.1.2 蚕丝力学性能测试
• 1.1.3 蚕丝红外测试
• 1.1.4 蚕丝XRD测试
• 1.1.5 蚕丝DSC测试
• 2. 结果与讨论
• 2.1 单丝直径
• 2.1.1. 拉伸前后蚕丝直径的变化
• 2.1.2 拉伸倍数与单丝平均直径的关系
• 2.2 蚕丝的力学性能
• 2.2.1 拉伸前后蚕丝的拉伸行为
• 2.2.2 拉伸前后蚕丝的力学性能
• 2.2.3 清洗除杂拉伸丝的力学性能
• 2.3 蚕丝结构表征
• 2.3.1 蚕丝红外光谱
• 2.3.2 蚕丝XRD图谱分析
• 2.3.3 蚕丝DSC谱图分析
• 3. 小结
• 第4章 接枝改性及结构研究
• 1. 实验材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 仪器与设备
• 1.3 腈纶织物碱减量
• 1.4 蚕蛹蛋白溶液的制备
• 1.5 制备蔗糖脂肪酸酯缩水甘油醚（SFEGE）交联剂
• 1.6 蚕蛹蛋白质接枝工艺
• 2 结构表征
• 2.1 电镜测试
• 2.2 腈纶红外测试
• 2.3 X-衍射图谱测试
• 2.4 DSC测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 电镜（SEM）观察
• 3.2 红外光谱测试
• 3.3 X-衍射图谱分析
• 3.4 碱减量腈纶织物接枝蚕蛹蛋白前后的DSC谱图分析
• 4. 小结
• 第5章 服用性能变化
• 1 实验方法
• 1.1 表面硬挺度测试
• 1.2 织物褶皱回复角测试
• 1.3 织物回潮率测试
• 1.4 织物透气量测试
• 1.5 织物透湿性测试
• 2 结果与讨论
• 2.1 蚕蛹蛋白接枝率对织物表面硬挺度的影响
• 2.2 织物蛹蛋白接枝率对织物折皱回复角的影响
• 2.3 织物接枝率对织物吸湿性的影响
• 2.4 织物接枝率对织物透气性的影响
• 2.5 蚕蛹蛋白接枝率对织物透湿性的影响
• 3. 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者在读期间发表的论文