膠原蛋白-聚乙烯醇復合纖維的制備及其結構與性能研究.pdf

1、廢棄物資源化有效利用和環(huán)境保護已成為當今人們關注的兩個重大問題。每年我國制革工業(yè)產生大量的富含膠原蛋白的固體廢棄物，不僅造成嚴重的環(huán)境污染，而且造成了巨大的資源浪費。若能對廢棄物的鉻革屑資源進行開發(fā)和利用，并實現(xiàn)高值轉化，既能保護環(huán)境又可創(chuàng)造經濟效益。本石開究從環(huán)保及廢棄物的高值轉化為出發(fā)點，以鉻革屑中提取的膠原蛋白和聚乙烯醇為原料，開展了關于膠原蛋白與聚乙烯醇復合纖維材料的研究工作。 本文首先利用MgO法從鉻革屑中提取膠原

2、蛋白，并通過SDS-PAGE對其分子量分布范圍進行測定。實驗研究了反應溫度、作用時間及MgO用量等條件對鉻革屑中膠原蛋白的提取率及分子量分布的影響，并對膠原蛋白產品進行了理化分析。結果表明，隨著溫度的升高、時間的延長以及MgO用量的增加，膠原蛋白的提取率呈升高趨勢，但分子量緩慢下降，小分子量組份增加。單因素實驗表明最佳工藝條件如下：作用溫度75℃，作用時間8h，氧化鎂用量6.0％。利用上述提取工藝，膠原蛋白的提取率高達41.2％，灰份及

3、鉻含量也較少，且膠原蛋白的分子量范圍為44.3～97.2KDa左右，分布相對較窄，可用于制作紡織纖維材料。 利用膠原蛋白與聚乙烯醇共混制備紡絲原液，在原液中添加氯化鋁螯合劑，從而制備得到穩(wěn)定、均勻的共混原液，對原液的流變性能進行了研究，結果表明，各配比的膠原蛋白／聚乙烯醇共混紡絲原液均屬非牛頓剪切變稀型流體，非牛頓指數(shù)n隨原液溫度的升高而增大，但隨濃度和交聯(lián)劑用量的增大而減??；結構粘度指數(shù)隨溫度的升高而減小，但隨濃度和交聯(lián)劑用量

4、的增大而有所增大；粘流活化能隨原液中膠原蛋白比例的增加而增大，說明了共混原液的零切粘度對溫度的敏感程度提高，這就要求紡絲過程須注意控制好共混原液的溫度，這為紡絲工藝條件的確定奠定了基礎。 本論文對制備復合纖維的各步工藝條件進行了優(yōu)化，確定最佳工藝條件如下：(1)最佳配方及反應條件：反應溫度為75℃，pH值3.5，膠原蛋白和PVk的物料比為4:6，交聯(lián)劑AlCl，添加量為3.0％，消泡劑磷酸三丁酯添加量1.0％： (2)最

5、佳的凝固浴條件；凝固浴飽和硫酸鈉溶液的溫度為45℃和pH值為5.0； (3)最佳的熱定型條件：干熱拉伸溫度220℃，拉伸倍數(shù)3，熱定型時間2min； (4)最佳的縮醛化條件：溫度65℃，時間20min，硫酸用量175g／1，甲醛用量50g／1。經過以上幾步優(yōu)化所得到的復合纖維中蛋白質的存留率為91％左右，經換算，復合纖維中蛋白質含量約為35％，其水中軟化點達109.5℃。因此，該復合纖維既富含蛋白質又能滿足紡織服用纖維的

6、要求。 最后，本論文對復合纖維的結構與性能進行了表征，熱性能分析及紅外圖譜分析結果均表明了復合纖維中蛋白質與PVA兩組分具有良好的相容性；復合纖維的表面和橫截面形貌觀察結果表明，當?shù)鞍踪|含量低時，纖維的橫截面為腰子形，較高時，則為圓形；纖維的縱向表面有溝槽狀凹凸。纖維的結晶度計算結果表明，復合纖維具有較高的結晶度，其結晶度為89.70％?；爻甭实臏y試結果表明，蛋白質含量較高的復合纖維其回潮率與羊毛相當，制成紡織品和服裝穿著舒適性