蛋白棉纤维（制品）的制备及结构和性能研究

论文摘要

棉纤维的改性研究是目前纺织纤维研究的热点课题,但对于棉纤维的蛋白质改性研究涉及较少,本课题立足于这一目标进行了深入的研究。文中采用选择性氧化技术对棉纤维进行改性,将纤维素链单元的两个相邻仲羟基氧化为醛基。利用醛基的活性可使棉纤维具有与蛋白质直接发生交联的能力,在此基础上将丝胶蛋白和羊毛角蛋白对棉纤维进行改性处理,获得了蛋白棉纤维。在整个工艺过程中,不使用任何交联剂,制备的蛋白棉纤维为纯天然材料,且制备工艺简单易行,符合人们对绿色环保的要求。本论文经过不同工艺制备了两种氧化棉,分别是二醛棉纤维/织物（指直接经高碘酸钠氧化所得,简称DCF）和二醛碱化棉纤维/织物（指先经碱预处理再经高碘酸钠氧化所得,简称DBCF）,通过结构分析和醛基含量测试证明了棉纤维分子中的葡萄糖基环上有效生成了醛基。研究表明:随着氧化程度的加深,棉纤维的热稳定性和结晶度不断下降,深度氧化后棉纤维结晶晶型从纤维素Ⅰ逐渐向无定形转变。氧化程度的提高使棉纱线的强力不断下降,其醛基生成量不断增加,两者呈显著的负线性相关性。为了提高氧化效果,增加选择性氧化后棉纤维的醛基生成量,本研究选用了碱处理技术对棉纤维进行预活化,再采用高碘酸钠对其进行氧化处理。通过对比研究表明:随着NaOH浓度的增加,棉纤维晶型由纤维素Ⅰ逐渐向纤维素Ⅱ转变,其结晶度不断下降,提高了棉纤维的可及性和反应性。在相同的选择性氧化条件下,DBCF的醛基含量明显高于DCF,两者强力基本相近。本文采用NaOH和H2O2溶解羊毛制备了角蛋白溶液,并将角蛋白应用到棉制品的改性中。文中将丝胶蛋白和自制的羊毛角蛋白分别对二醛棉纤维/织物（DCF）、二醛碱化棉纤维/织物（DBCF）和普通棉纤维/织物进行改性处理。研究发现:经丝胶蛋白和羊毛角蛋白处理的氧化棉纤维/织物增重率均高于经蛋白质处理的普通棉纤维/织物。通过结构分析表明,氧化棉纤维中的醛基可以与蛋白质分子中氨基直接发生化学交联反应,形成共价键结合;而蛋白质分子与普通棉纤维之间没有发现化学键结合。碱预处理可进一步提高氧化棉与蛋白质的共价结合量,使纤维表面更加平滑。结合增重率和力学性能指标,丝胶蛋白溶液涂覆处理氧化棉织物的合适工艺为:浓度3-5wt%,pH值为6左右,温度50℃,时间1.5h;羊毛角蛋白溶液涂覆处理氧化棉织物的合适工艺为:浓度为4-5wt%、溶液pH值为6左右、温度50℃、时间2h。经丝胶蛋白和角蛋白处理的氧化棉织物手感光滑而丰满;与原棉织物相比,其抗皱性能、吸水性能及抗紫外线性能均得到有效提高,其中经蛋白质溶液处理的DBCF各种性能更佳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 序言
• 1.1 棉纤维概述
• 1.1.1 棉纤维的微观结构
• 1.1.2 棉纤维的改性研究
• 1.2 氧化纤维素概述
• 1.2.1 氧化纤维素的研究现状
• 1.2.2 纤维素的选择性氧化及其氧化体系
• 1.3 棉纤维的预处理技术
• 1.3.1 物理方法
• 1.3.2 化学方法
• 1.3.3 生物技术
• 1.4 本课题的研究内容
• 1.5 本课题的目的、意义
• 第2章 高碘酸钠对棉纤维（织物）的选择性氧化研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 材料制备
• 2.2.3 结构及性能测试方法
• 2.3 经高碘酸钠氧化的棉纤维结构与性能
• 2.3.1 高碘酸钠处理棉纤维后的醛基含量和失重率
• 2.3.2 氧化棉纱线与相应氧化棉单纤的关系
• 2.3.3 棉纤维氧化工艺的正交优化试验
• 2.3.4 氧化棉纤维的微观形态及聚集态结构
• 2.4 高碘酸钠氧化棉织物的研究
• 2.4.1 不同氧化剂浓度
• 2.4.2 不同氧化温度
• 2.4.3 不同氧化时间
• 2.5 结论
• 第3章 氢氧化钠预处理对棉纤维（织物）选择性氧化的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 样品制备
• 3.2.3 结构及性能测试方法
• 3.3 棉纤维的碱预处理
• 3.3.1 碱预处理棉纤维聚集态结构分析
• 3.3.2 不同浓度碱液处理条件下棉纤维的性能
• 3.3.3 不同碱预处理时间条件下棉纤维的性能
• 3.3.4 碱预处理对棉纤维可及度的影响
• 3.4 碱预处理对棉纤维选择性氧化的影响
• 3.4.1 不同条件下棉纤维的微观形态
• 3.4.2 不同预处理和氧化条件下棉纤维的聚集态结构
• 3.4.3 碱预处理对氧化棉纤维反应性能的影响
• 3.4.4 碱预处理对氧化棉纱线力学性能的影响
• 3.4.5 不同氧化条件下二醛碱化棉纤维DBCF和二醛棉纤维DCF的性能
• 3.5 棉织物的碱预处理
• 3.5.1 不同浓度氢氧化钠条件下
• 3.5.2 不同预处理时间条件下
• 3.6 碱预处理和选择性氧化对棉织物性能的影响
• 3.6.1 不同浓度碱液对氧化棉织物性能的影响
• 3.6.2 不同时间碱预处理对氧化棉织物性能的影响
• 3.6.3 不同氧化剂浓度对二醛碱化棉织物性能的影响
• 3.6.4 二醛碱化棉织物和二醛棉织物性能的比较
• 3.7 结论
• 第4章 丝胶蛋白对氧化棉纤维（织物）的改性研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 丝胶蛋白的涂覆处理
• 4.2.3 结构及性能测试方法
• 4.3 丝胶蛋白棉纤维的制备原理
• 4.4 丝胶蛋白溶液处理棉纤维的结构和性能
• 4.4.1 丝胶蛋白溶液处理氧化棉纤维的工艺探讨
• 4.4.2 碱预处理浓度和氧化剂浓度对丝胶蛋白棉纤维的影响
• 4.4.3 氧化棉纤维的醛基含量与丝胶处理后的增重率关系
• 4.4.4 丝胶处理棉纤维的微观形态分析
• 4.4.5 丝胶处理棉纤维的X 射线衍射分析
• 4.4.6 丝胶处理棉纤维的红外光谱分析
• 4.4.7 丝胶处理棉纤维的热分析
• 4.4.8 丝胶处理棉纤维的XPS 分析
• 4.4.9 丝胶处理棉纤维的荧光性分析
• 4.5 丝胶蛋白溶液处理棉织物的性能
• 4.5.1 丝胶蛋白溶液处理氧化棉织物的工艺探讨
• 4.5.2 不同氧化程度棉织物经丝胶溶液处理后的性能
• 4.5.3 棉织物的抗皱性能测试
• 4.5.4 棉织物的吸水性能测试
• 4.5.5 棉织物的风格测试
• 4.5.6 棉织物的抗紫外线性能测试
• 4.5.7 丝胶蛋白棉织物的耐热水洗涤性测试
• 4.6 结论
• 第5章 羊毛角蛋白的制备及对氧化棉纤维（织物）的改性研究
• 5.1 引言
• 5.1.1 羊毛角蛋白再生利用的研究现状
• 5.1.2 羊毛角蛋白溶液的制备方法
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 羊毛角蛋白的制备
• 5.2.3 羊毛角蛋白的涂覆处理
• 5.2.4 结构及性能测试方法
• 5.3 羊毛角蛋白的制备与表征
• 5.3.1 羊毛角蛋白的制备工艺探讨
• 5.3.2 羊毛提取物的结构表征
• 5.4 角蛋白溶液处理棉纤维的结构和性能
• 5.4.1 角蛋白溶液处理氧化棉纤维的工艺探讨
• 5.4.2 氧化剂浓度对羊毛角蛋白棉纤维的影响
• 5.4.3 碱预处理浓度对羊毛角蛋白棉纤维的影响
• 5.4.4 角蛋白处理前后的棉纤维结构表征
• 5.5 角蛋白溶液处理棉织物的性能
• 5.5.1 角蛋白溶液处理氧化棉织物的工艺探讨
• 5.5.2 不同氧化程度棉织物经角蛋白溶液处理后的增重率
• 5.5.3 棉织物的抗皱性能测试
• 5.5.4 棉织物的吸水性能测试
• 5.5.5 棉织物的风格测试
• 5.5.6 棉织物的抗紫外线性能测试
• 5.5.7 羊毛角蛋白棉织物的耐洗牢度测试
• 5.6 结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢
• 详细摘要