胶原蛋白表面化学自组装改性PAN纤维及其性能影响的研究

摘要

聚丙烯腈（英文 Polyaerylonitrile，简称PAN）纤维在生产和使用过程中会产生大量的废弃物，这不仅造成了资源的浪费还严重污染环境。而且PAN纤维虽具有良好的柔软度、优良的机械性能，但较差的吸水性、容易起静电等缺点又限制了其应用。本文旨在通过功能化改性，实现对废弃PAN纤维的资源化再利用，并改善其自身缺陷。
　　本课题利用从皮革废弃物中提取的胶原蛋白对废弃的PAN短纤进行表面化学改性。首先通过碱水解将PAN纤维表面的氰基转化为羧基，进而再通过酰氯化反应将其羧基基团转化为酰氯基团，然后利用胶原蛋白中的氨基和羟基发生缩合反应原理，成功制备了胶原蛋白表面改性PAN纤维，并对纤维的结构和性能进行了表征和分析。
　　首先通过正交实验和纤维白度检测研究了PAN纤维的碱性水解工艺，确定其最优条件为：氢氧化钠浓度12％，水解温度80℃，反应时间10min，其氰基水解率为61.7%。用傅立叶红外光谱（FTIR-ATR）、电子扫描显微镜（SEM）对水解前后的PAN纤维进行了结构表征，分析表明碱性水解过程发生在PAN纤维表面，而纤维内层结构几乎未发生变化。
　　其次选用氯化亚砜作为酰氯化试剂，通过单因素实验讨论了反应时间、氯化亚砜用量、反应温度对水解的PAN纤维酰氯化反应的影响。实验得出较佳的反应工艺条件为：0.5g水解PAN纤维需2.0mL氯化亚砜试剂，反应温度80℃，时间60min，其羧基的酰氯化率可达85.1%
　　将胶原蛋白与酰氯化后的水解PAN纤维进行缩合反应，通过优化实验处理，得到了胶原蛋白含量达到8.45%的改性PAN纤维。通过对其进行氨基酸测试分析得出其氨基酸含量占改性纤维总量的8.07%，小于胶原蛋白含量；并利用FTIR-ATR、SEM和考马斯亮蓝染色对改性纤维的结构和形态进行了表征。分析得出：红外光谱图中出现了酰胺键及羟基的特征吸收峰，表明PAN纤维表面发生了水解、缩合等一系列化学反应，实现了胶原蛋白对PAN纤维的表面化学改性；通过扫描电镜图观测到在PAN纤维表面形成了胶原蛋白表面层；借助于考马斯亮蓝染色实验验证了胶原蛋白是通过化学作用结合在PAN纤维。
　　分析测试了胶原蛋白改性PAN纤维的力学性能、抗静电性、热稳定性、回潮率等。实验结果表明：与PAN纤维相比，胶原蛋白表面改性PAN纤维的拉伸断裂强度提高了43%，但断裂伸长率下降了17.4%，能够满足纺织加工的要求；比电阻和体积比电阻都下降了99.2%，使纤维的抗静电性得到明显改善；耐热性变化不明显；吸水率提高了93.6%，回潮率提高了280.1%，使得纤维吸水性和回潮率大大增强。分别采用酸性染料和活性染料对PAN纤维和胶原蛋白改性PAN纤维进行染色及耐水洗色牢度实验，实验结果发现：改性后的PAN纤维的染色效果均高于PAN纤维，染色所需要的条件都变得温和；其中酸性染料的上染效果高于活性染料，由于染料化学结合方式的差异，酸性染料的耐水洗色牢度要低于活性染料。

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中文摘要

英文摘要

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1 绪论

1.1 引言

1.2 PAN纤维改性国内外发展现状

1.3胶原蛋白概述

1.4化学表面改性

1.5研究目的和意义

1.6研究内容

1.7研究技术路线

2 PAN纤维表面化学预处理

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

3 胶原蛋白表面化学改性PAN纤维

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

4胶原蛋白表面改性PAN纤维性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4小结

5 结论和创新点

5.1 结论

5.2 创新点

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及申请专利

参加的科研项目

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