再生絲素蛋白干法紡纖維的后處理研究.pdf

1、蜘蛛和蠶以水為溶劑，在空氣中通過干法紡絲法制備出綜合力學(xué)性能優(yōu)異的天然動(dòng)物絲。盡管許多研究者嘗試采用濕法紡或靜電紡等工藝仿生制備人造動(dòng)物絲，但總體來說紡絲工藝簡單、仿生程度低，與蜘蛛和蠶的紡絲方法有很大區(qū)別。本課題組前期以再生絲素蛋白(RSF)水溶液為紡絲液，利用干法紡絲工藝成功制備了RSF纖維，但力學(xué)性能與天然蠶絲相比仍有很大差距。為提高干紡絲的力學(xué)性能，制得可媲美天然動(dòng)物絲的高性能蛋白質(zhì)纖維，本論文對(duì)干法紡RSF初生纖維進(jìn)行了后處理

2、研究。優(yōu)選了無毒害、對(duì)環(huán)境友好且能促進(jìn)RSF構(gòu)象轉(zhuǎn)變的80vol％乙醇水溶液作為后處理劑，設(shè)計(jì)開發(fā)了超細(xì)單絲的機(jī)械拉伸裝置，采用偏光顯微鏡、拉曼光譜、紅外光譜、掃描電子顯微鏡等手段，探討了初生纖維的儲(chǔ)存條件，研究了RSF纖維的單級(jí)拉伸及多級(jí)拉伸后處理工藝，闡明了RSF纖維后處理過程中的結(jié)構(gòu)演變，為人工仿生制備高性能動(dòng)物絲提供了參考。
　　 為穩(wěn)定RSF初生纖維的力學(xué)性能，干紡后得到的纖維需存放于相對(duì)濕度為30-35％的密封容器中

3、至少3天。乙醇?xì)夥蘸筇幚肀M管可誘導(dǎo)RSF形成β-折疊構(gòu)象的有序態(tài)結(jié)構(gòu)，但取向結(jié)構(gòu)較差，與RSF初生纖維相比力學(xué)性能反而有所降低。必須形成取向的β-折疊結(jié)構(gòu)，才有望改善纖維的力學(xué)性能。
　　 為了優(yōu)化干法紡RSF纖維的后處理工藝，本論文定量研究了兩種后處理過程中RSF分子的取向結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的演變，即方法A(纖維先在80vol％的乙醇水溶液中浸泡1h，再在熱蒸汽中拉伸2倍)與方法B(纖維先在80vol％的乙醇水溶液中拉伸2倍，再在該溶

4、液中浸泡1h)。探討了纖維結(jié)構(gòu)變化與力學(xué)性能提高的關(guān)系，結(jié)果表明在乙醇水溶液中或在熱蒸汽中拉伸均比僅在乙醇水溶液中浸泡更有利于絲素蛋白的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，也對(duì)提高絲素蛋白分子鏈的取向更為有效。與方法A相比，方法B更能提高纖維的取向程度、β-折疊構(gòu)象含量以及力學(xué)性能。
　　 由于手工拉伸后處理的效果不穩(wěn)定，通過改進(jìn)后處理裝置實(shí)現(xiàn)了機(jī)械拉伸，該裝置具有測(cè)量精確、操作便利等特點(diǎn)。研究了拉伸速率、拉伸倍數(shù)對(duì)后處理纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響，探討了樣品

5、直徑和數(shù)據(jù)處理方法對(duì)后處理結(jié)果的影響，以進(jìn)一步優(yōu)化RSF纖維單級(jí)拉伸的后處理工藝。研究表明，纖維經(jīng)過拉伸后處理后，其力學(xué)性能主要取決于拉伸過程中形成的超分子結(jié)構(gòu)，即纖維的取向態(tài)、結(jié)晶態(tài)及形貌結(jié)構(gòu)。拉伸倍數(shù)比拉伸速率更能改善纖維的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。
　　 單級(jí)拉伸或多級(jí)拉伸后處理工藝均能大幅提高RSF初生纖維的力學(xué)性能，其中單級(jí)拉伸后處理工藝的效果更優(yōu)。RSF初生纖維于80vol％乙醇水溶液中以0.9mm/s拉伸速率均勻拉伸4倍后，