再生絲素蛋白及其與尼龍66共混物溶液紡絲的探索.pdf

1、蠶絲、蜘蛛絲等天然動(dòng)物絲優(yōu)異的綜合力學(xué)幾乎超過(guò)目前所有的人造纖維，而如何在常溫常壓的環(huán)境下能生產(chǎn)出如此優(yōu)異的纖維一直受到人們的關(guān)注，許多科學(xué)家在模擬動(dòng)物紡絲方面做了大量的工作。但從報(bào)道的結(jié)果來(lái)看，所制得的纖維與天然的動(dòng)物絲在綜合力學(xué)性能上還有較大的差距，而且紡絲過(guò)程復(fù)雜，在紡絲過(guò)程中一般都使用到了有機(jī)溶劑或高鹽濃度的紡絲原液。 我們以高濃度且分子量較高的絲素蛋白水溶液為紡絲原液，并以高濃度的無(wú)機(jī)鹽溶液作為凝固浴，采用濕紡的方法，

2、在較低的紡絲速率(約20mm／s)下成功地制備了具有一定強(qiáng)度的再生絲素蛋白纖維。從SEM結(jié)果可以看到，再生絲素蛋白初生纖維成型過(guò)程中，其內(nèi)部有大量微球出現(xiàn)；拉曼光譜研究表明，此時(shí)纖維內(nèi)部的絲素蛋白分子主要以無(wú)規(guī)構(gòu)象和／或螺旋構(gòu)象的形式存在。在對(duì)初生纖維進(jìn)行后拉伸過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的微球在拉伸力的作用下，逐漸轉(zhuǎn)變成為了層狀的結(jié)構(gòu)。NMR結(jié)果表明，隨著拉伸倍數(shù)的增加，纖維內(nèi)部的silkII結(jié)構(gòu)(主要是B一折疊)的含量逐漸增加。后拉伸纖維

3、再經(jīng)過(guò)熱濕處理，其B—sheet的含量將進(jìn)一步提高。x一射線廣角衍射的結(jié)果證實(shí)了在后拉伸過(guò)程中，拉伸誘導(dǎo)絲素蛋白規(guī)整結(jié)構(gòu)(結(jié)晶)的出現(xiàn)，同時(shí)經(jīng)過(guò)熱濕處理后，纖維內(nèi)部的結(jié)構(gòu)規(guī)整性有了相當(dāng)大的變化。對(duì)再生絲素蛋白纖維單絲的力學(xué)性能測(cè)量顯示，經(jīng)過(guò)充分后拉伸處理的纖維已表現(xiàn)出較強(qiáng)的韌性，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線具有非常明顯的屈服點(diǎn)，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別達(dá)到0．2GPa和30％；再在存有少許應(yīng)力的條件下經(jīng)過(guò)熱濕處理，所得纖維的應(yīng)力一應(yīng)變曲線將發(fā)生較大

4、變化，與天然蠶絲和蜘蛛絲的相似，而其斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為0．5GPa和20％，與天然蠶絲的力學(xué)性能相近。顯然，通過(guò)后拉伸和應(yīng)力下的熱濕處理能在很大的程度上提高再生蠶絲的力學(xué)性能，其完全有可能與后處理期間，絲素蛋白分子鏈及其規(guī)整結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步取向和分子鏈間的解纏結(jié)作用密切相關(guān)。 我們通過(guò)絲素蛋白和尼龍66的共混紡絲，希望能夠得到絲素蛋白和尼龍66兩者優(yōu)異力學(xué)性能相結(jié)合的共混纖維。 用98％甲酸作為尼龍66和絲素蛋白的共

5、同溶劑，采用溶液共混的方法，制得絲素蛋白和尼龍66混合紡絲原液，以醇、醚、無(wú)機(jī)鹽溶液等作為凝固浴，采用濕紡的方法進(jìn)行紡絲，得到了纖維樣品。但是，電鏡觀察卻發(fā)現(xiàn)，在所試用的多種凝固浴條件下，纖維的內(nèi)部均有許多空洞，甚至出現(xiàn)了“中空纖維”的現(xiàn)象，這是可能是因?yàn)樗玫哪淘?duì)尼龍66都具有較強(qiáng)的沉淀能力，從而使尼龍66在與溶劑接觸面快速析出并“結(jié)皮”。同時(shí)，測(cè)量表明所制得的共混纖維的力學(xué)性能較差，除了纖維內(nèi)大量存在宏觀空洞外，也有可能是由于用