聚丙烯腈纤维的蛋白质表面接枝改性研究

论文摘要

近年来,运用生物技术用天然蛋白对合成纤维进行改性或修饰,开发研制多种差别化新型纤维成为国内外研究热点。聚丙烯腈纤维是合成纤维的一种,外观蓬松、柔软,有良好的弹性与保暖性。但由于它是疏水性纤维,吸湿性差、易起静电,其穿着舒适性远远不及羊毛,从而限制了它的进一步发展。本论文首次提出用蛋白质对聚丙烯腈纤维进行表面接枝改性的机制:聚丙烯腈纤维的蛋白质表面接枝改性由聚丙烯腈纤维的水解、酰氯化及与蛋白质的接枝反应三部分组成。通过水解将聚丙烯腈纤维表面的氰基极性基团（–CN）转化为成羧基基团（–COOH）,从而为酰氯化提供条件。通过羧基与氯化亚砜之间的酰氯化反应,赋予纤维以酰氯强极性基团（–COCl）,这是实现聚丙烯腈纤维与蛋白质接枝的基础。接枝是通过酰氯基团与蛋白质中的氨基（–NH2 ）和羟基（–OH）发生不可逆氮酰化和酯化反应实现的。首次用大豆分离蛋白和豆浆实现了聚丙烯腈纤维的蛋白质表面接枝改性,揭示了各工艺条件对接枝率的影响规律,分析了接枝纤维的结构和形态,并对其回潮率、吸水率、抗静电性、力学性质、热稳定性等性能等进行了研究。以豆粕为原料,通过碱提酸沉法制备大豆分离蛋白的最佳浸提工艺条件为:浸提温度50℃、pH值10.0、固液比1:10,浸提时间50min,在此条件下,大豆分离蛋白的提取率为79.36%。聚丙烯腈纤维的水解过程与水解时间、氢氧化钠浓度和温度都有关系。研究发现当水解条件为:氢氧化钠浓度为14%,水解温度80℃,水解时间为l5 min时接枝效果最好。水解导致纤维表面刻蚀、裂缝和空洞,从而引起纤维断裂强度和断裂伸长的降低。但是接枝大豆分离蛋白可以较好地弥补因纤维水解而产生的表面损伤和力学性能下降等缺陷,使力学性能得到相应修复。当氯化亚砜加入量约占接枝纤维质量的10%,反应温度为110℃,反应时间为30min时,可以获得接枝率较高的蛋白质接枝改性聚丙烯腈纤维。接枝反应研究结果表明:在浓度为10%的氢氧化钠加入量为1.0mL、反应温度80℃、反应时间3min条件下,能够获得较好的接枝效果。对蛋白质接枝改性聚丙烯腈纤维进行了FTIR、XRD和SEM分析,结果表明:接枝改性聚丙烯腈纤维分别在1630cm-1和1530 cm-1处新增蛋白质酰胺I带和酰胺Ⅱ带的特征吸收峰,在3400cm-1左右处新增蛋白质羟基特征吸收峰;同时,原样聚丙烯腈纤维2243 cm-1处氰基特征吸收峰的强度明显降低。蛋白质接枝改性聚丙烯腈纤维分别在2θ=16.8?处有强衍射峰,在2θ=29.5?处有相对较弱的衍射峰,在2θ= 1729?之间发生漫散射,基本保持了原有聚丙烯腈纤维的高序态和低序态共存的聚集态结构特征。接枝改性聚丙烯腈纤维表面覆盖着完整致密的蛋白质表面膜层。聚丙烯腈纤维经蛋白质表面接枝改性后,由于大分子中羧基、羟基、氨基等极性基团的大量存在,纤维的回潮率由接枝前的2%提高到5.2%,吸水率由接枝前的12.5%提高到23.6%,质量比电阻由接枝前的1.91×109?·g/cm2下降到4.63×108?·g/cm2,蛋白质接枝改性聚丙烯腈纤维的吸湿性、吸水性和抗静电性都得到明显提高,大大提高了服用纤维的穿着舒适性。同时,聚丙烯腈纤维经过蛋白质表面接枝改性后,虽然断裂强度、断裂伸长率、起始失重温度和残余质量有微降,但总的来说,纤维固有的强伸性质和热稳定性基本保持不变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 聚丙烯腈纤维改性国内外发展现状
• 1.2.1 世界聚丙烯腈纤维改性发展概况
• 1.2.2 我国聚丙烯腈纤维改性发展现状
• 1.2.3 我国聚丙烯腈纤维改性的发展趋势展望
• 1.3 蛋白质改性合成纤维研发现状
• 1.3.1 天然蛋白质改性合成纤维发展回顾
• 1.3.2 蛋白质改性合成纤维的研究与发展
• 1.4 合成纤维表面改性研究现状
• 1.5 研究内容
• 第2章 聚丙烯腈纤维蛋白质表面接枝改性的基本原理及实验方法
• 2.1 聚丙烯腈纤维表面接枝蛋白质的基本原理
• 2.1.1 聚丙烯腈纤维的水解
• 2.1.2 聚丙烯腈纤维的酰氯化
• 2.1.3 聚丙烯腈纤维的蛋白质接枝
• 2.2 聚丙烯腈纤维表面接枝蛋白质的工艺过程
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 原料与试剂
• 2.3.2 大豆分离蛋白的提取
• 2.3.3 考马斯亮蓝试剂的配置
• 2.3.4 改性过程
• 2.3.5 结构形态测试
• 2.3.6 性能测试
• 第3章 大豆分离蛋白的提取
• 3.1 引言
• 3.2 大豆分离蛋白的结构和提取原理
• 3.3 大豆分离蛋白的提取
• 3.3.1 原料对提取大豆分离蛋白的影响
• 3.3.2 粉碎与脱脂对提取蛋白质的影响
• 3.3.3 浸提工艺对蛋白质提取率的影响
• 3.3.4 粗滤与一次分离对提取蛋白质的影响
• 3.3.5 酸沉对提取蛋白质的影响
• 3.3.6 二次分离与洗涤对提取蛋白质的影响
• 3.4 大豆分离蛋白的红外分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 聚丙烯腈纤维的碱性水解
• 4.1 引言
• 4.2 水解正交实验
• 4.3 水解条件对接枝率的影响
• 4.3.1 氢氧化钠浓度
• 4.3.2 水解温度
• 4.3.3 水解时间
• 4.4 水解聚丙烯腈纤维的结构与形貌
• 4.4.1 红外光谱
• 4.4.2 X 射线衍射分析
• 4.4.3 表面电镜分析
• 4.5 纤维的力学性能分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 水解聚丙烯腈纤维的酰氯化
• 5.1 引言
• 5.2 酰氯化正交实验
• 5.3 酰氯化工艺条件对接枝率的影响
• 5.3.1 氯化亚砜加入量
• 5.3.2 酰氯化温度
• 5.3.3 酰氯化时间
• 5.4 酰氯化聚丙烯腈纤维的结构与形貌
• 5.4.1 红外光谱分析
• 5.4.2 X 射线衍射分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 聚丙烯腈纤维的大豆分离蛋白接枝反应
• 6.1 引言
• 6.2 聚丙烯腈纤维蛋白质接枝正交实验
• 6.3 接枝条件对接枝率的影响
• 6.3.1 接枝温度
• 6.3.2 接枝蛋白质溶液中氢氧化钠用量
• 6.3.3 接枝时间
• 6.4 蛋白质接枝改性聚丙烯腈纤维的结构与形貌
• 6.4.1 红外光谱分析
• 6.4.2 X 射线衍射分析
• 6.4.3 表面电镜分析
• 6.5 蛋白质接枝改性聚丙烯腈纤维的物理机械性能
• 6.5.1 力学性能
• 6.5.2 抗静电性
• 6.5.3 回潮率
• 6.5.4 热性能
• 6.6 考马斯亮蓝染色反应
• 6.7 本章小结
• 第7章 用豆浆对聚丙烯腈纤维进行表面接枝改性
• 7.1 引言
• 7.2 豆浆接枝改性聚丙烯腈纤维的工艺过程
• 7.3 豆浆接枝改性聚丙烯腈纤维的正交实验
• 7.4 接枝工艺条件对接枝率的影响
• 7.4.1 接枝温度
• 7.4.2 接枝时间
• 7.4.3 氢氧化钠加入量
• 7.4.4 纤维与豆浆浴比
• 7.4.5 豆浆浓度
• 7.5 豆浆接枝聚丙烯腈纤维的结构与形貌
• 7.5.1 红外光谱分析
• 7.5.2 X 射线衍射分析
• 7.5.3 表面电镜分析
• 7.6 豆浆接枝聚丙烯腈纤维的物理机械性能
• 7.6.1 回潮率
• 7.6.2 比电阻
• 7.6.3 吸水率
• 7.6.4 力学性能
• 7.6.5 热性能
• 7.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历