多种动植物蛋白/涤纶复合面料的制备及性能研究

摘要

涤纶是我国聚酯纤维的商品名称，是指含聚对苯二甲酸乙二酯组分大于85%的合成纤维。聚酯纤维虽然问世较晚，但其拥有一系列优良的力学性能，能够“洗可穿”，具有突出的服用性能。但作为服用纺织品，涤纶纤维亲水性、导湿性差，生物相容性低，与人体皮肤的亲和性差；而大豆蛋白、蚕丝蛋白具有良好的生物相容性和保健功能，亲肤性好，若将具有良好生物相容性的蛋白接枝到涤纶织物上预期能得到亲肤性和力学性能都较好的高功能涤纶面料。但由于涤纶纤维的大分子结构上缺少可反应基团，也使利用交联剂在涤纶表面接枝功能性化合物变得非常困难。因此，本文研究了一种稀硝酸逐渐浓缩对涤纶进行硝化还原改性赋予涤纶纤维可反应氨基的工艺：首先用稀硝酸溶液浸渍涤纶织物，浸渍了稀硝酸的涤纶织物在加热过程中稀硝酸逐渐浓缩，将聚酯大分子硝化引入硝基，然后在硫化钠溶液中还原成氨基赋予涤纶纤维可反应基团。并利用自主合成的交联剂-蔗糖缩水甘油醚，将大豆蛋白接枝到涤纶表面；利用环氧氯丙烷改性蚕蛹蛋白和丝胶蛋白后，将蚕蛹蛋白及丝胶蛋白接枝到涤纶表面，制备出了既具有良好生物相容性又保持突出机械性能的蛋白/涤纶面料。
　　本文研究内容主要包括涤纶织物的硝化还原改性工艺；大豆蛋白、蚕蛹蛋白及丝胶蛋白的提取工艺和整理工艺；蔗糖缩水甘油醚交联剂的合成工艺；接枝大豆蛋白、蚕蛹蛋白及丝胶蛋白的接枝工艺以及对三种蛋白/涤纶复合面料进行结构表征和性能测试。研究结果表明：
　　（1）涤纶织物硝化还原的最佳改性工艺：稀硝酸浓度20 g/L，浸泡时间10 min，浴比1:30，焙烘温度70℃，焙烘时间30 min；硫化钠25 g/L，碳酸钠20 g/L，还原温度98℃，还原时间30 min。在该工艺条件下，硝化还原整理后的涤纶织物水接触角降为0°，且有足够的可反应基团。扫描电镜观察显示处理后的涤纶纤维表面未受明显损伤；反射红外光谱和X-射线光电子能谱分析均表明涤纶大分子链上被赋予了氨基；X-射线衍射分析表明硝化还原涤纶纤维的主体结构几乎没有受到影响；热重分析表明硝化还原涤纶纤维的热稳定性几乎没有变化，保持较好。且硝化还原涤纶织物的折皱弹性、断裂强力和伸长均保持良好。
　　（2）使用自制交联剂-蔗糖缩水甘油醚，在110℃焙烘条件下将大豆蛋白接枝在硝化还原涤纶纤维上，制备出了既具有亲肤性又拥有亲水性的大豆蛋白/涤纶织物。在大豆蛋白接枝率低于3.48%以下时，水滴接触角在10 s内能降到40°以下；大豆蛋白/涤纶织物拥有良好的耐洗性能，洗涤30次后，仍有82.01%的蛋白保留；扫描电镜观察显示接枝大豆蛋白后涤纶纤维表面有覆盖一层较均匀的蛋白物质；反射红外光谱和X-射线光电子能谱分析表明大豆蛋白/涤纶纤维表面含有酰胺和氨基基团；X-射线衍射分析表明接枝大豆蛋白涤纶纤维结晶结构保持良好；热失重分析表明接枝大豆蛋白涤纶织物热稳定性保持良好；接枝大豆蛋白后的涤纶织物抗皱性保持较好，断裂强力有所提高，在大豆蛋白接枝率低于2.44%时，织物手感仍保持较好。
　　（3）在弱碱性条件下，蚕蛹蛋白通过接枝环氧氯丙烷赋予其活性基团，然后将含环氧基的蚕蛹蛋白接枝到硝化还原涤纶织物表面，可制备出具有良好生物相容性的蚕蛹蛋白/涤纶织物。接枝蚕蛹蛋白的涤纶织物耐洗牢度高，经60次洗涤后，仍有79.2%的蚕蛹蛋白保留。蚕蛹蛋白/涤纶织物的亲水性、亲肤性都得到较大改善，同时，其挺括度、透气性都保持较好，断裂强力随着蚕蛹蛋白增重率的增加而增加。通过扫描电镜观察显示接枝蚕蛹蛋白后，涤纶纤维表面有一层物质覆盖，纤维间隙也有部分物质交联；反射红外光谱显示接枝蚕蛹蛋白后的涤纶纤维上出现了酰胺基团，X-射线光电子能谱分析显示蚕蛹蛋白/涤纶纤维表面氮元素有大幅度增加；热重分析表明接枝蚕蛹蛋白后的涤纶织物热稳定性保持良好，但差示扫描量热分析表明接枝蚕蛹蛋白后涤纶织物熔解过程更长，在熔解过程中吸热量减小，表明其结晶度有所降低。细胞增殖测试表明接枝蚕蛹蛋白后涤纶织物上细胞增殖量比纯涤纶的细胞增殖量高139%。
　　（4）在弱碱性条件下，用环氧氯丙烷对丝胶蛋白进行接枝处理，然后在110℃高温焙烘条件下可将含环氧基的丝胶蛋白牢固地接枝到硝化还原涤纶纤维上，洗涤60次后，有77.65%丝胶蛋白保留。通过扫描电镜可以观察到接枝丝胶蛋白后涤纶纤维表面覆盖有一层蛋白物质，纤维部分间隙也有蛋白物质交联；X-射线衍射分析表明丝胶蛋白/涤纶纤维的结晶结构未发生变化；红外光谱曲线上出现了蛋白质的特征吸收峰表明丝胶蛋白已被接枝到了涤纶纤维上；X-射线光电子能谱分析表明接枝丝胶蛋白后涤纶纤维上出现了新的氮元素；差示扫描量热分析和热重分析表明涤纶纤维的热性能保持良好；丝胶蛋白/涤纶复合面料的断裂强度、折皱弹性、硬挺度等机械性能保持良好，且亲水性得到较大幅度的提升。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 涤纶纤维

1.2 涤纶纤维的改性方法

1.3 课题的提出及研究内容

第二章 涤纶面料的硝化还原改性

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 硝化还原涤纶织物接枝大豆蛋白

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 硝化还原涤纶织物接枝蚕蛹蛋白

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 硝化还原涤纶织物接枝丝胶蛋白

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

在学期间发表的论文和专利