Ⅰ型胶原纤维的制备、改性及其性能研究

摘要

胶原蛋白是一种具有优异生物相容性、生物可降解性和低免疫原性的生物高分子材料，但存在力学性能差、耐水溶性差、受热易变性和原料成本高等缺点。本研究探索了再生胶原纤维的干湿法纺丝技术，并通过物理交联和化学交联方法对胶原纤维进行性能改性。以碳纳米管和海藻酸钠为增强相，分别制备了胶原/碳纳米管复合纤维和胶原/海藻酸复合纤维。借助SEM、TEM、DSC、TG、XRD、FTIR、接触角测试和力学性能测试等手段对胶原纤维及其复合纤维进行了结构表征和性能测试，结果表明: 经干湿法纺丝技术制备的胶原纤维断裂强度达到了1.65 cN/dtex，较湿纺纤维提升了120.0％;断裂伸长率达到了17.0％，较湿纺纤维提升了88.9％。干湿纺纤维的结晶性能和热稳定性都显著增强。在DHT交联方法中，施加15×10-2cN/dtex的拉伸应力、110℃下交联24h的纤维断裂强度可达2.07 cN/dtex，较初生纤维提高了25.5％;通过UV交联8h的纤维断裂强度为1.82 cN/dtex，较初生纤维提升10.3％。通过物理交联后的再生胶原纤维的内部结构更加致密，使得其力学性能和热稳定性都显著改善。经原位交联-乙醇浴两步交联的纤维，断裂强度达到2.01 cN/dtex，比初生纤维提升了27.3％，且其刚性增加，吸水率降低到187.0％左右，耐水溶性能大幅度提升。 采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对多壁碳纳米管(MWNT)进行了改性，获得了稳定的酸性MWNT水分散液，通过干湿法纺丝技术制备了胶原/MWNT复合纤维。添加平均长径比(AR)为4000的MWNT的复合纤维断裂强度可达2.60 cN/dtex，较胶原初生纤维提升了57.6％。MWNT的直径和长径比是影响胶原蛋白自组装结构、微纤维排列和复合纤维性能的主要因素。 通过湿法纺丝和两步凝固工艺，成功制备了高胶原含量的胶原/海藻酸复合纤维。胶原分子与海藻酸由于聚电解质作用而紧密结合。胶原与海藻酸钠共混比例为6/4的胶原/海藻酸复合纤维断裂强度比胶原纤维提高了5.9％，且热稳定性明显改善。

目录

声明

摘要

第一章前言

1．1引言

1．2胶原的结构与性能

1．2．1胶原的分布、分类与提取

1．2．2胶原的结构

1．2．3胶原的性质特点

1．2．4Ⅰ型胶原的液晶性与可纺性

1．3胶原的应用

1．3．1胶原在生物医学及临床方面的应用

1．3．2胶原在美容化妆品中的应用

1．3．3胶原在食品工业、包装、饲料、造纸和皮革化学品上的应用

1．3．4胶原基吸波材料的应用

1．4．1再生胶原纤维纺丝技术的研究进展

1．4．2再生胶原纤维交联研究进展

1．4．3胶原／纳米碳材料复合纤维的研究进展

1．4．4胶原／海藻酸复合纤维的研究进展

1．5研究内容与意义

第二章再生胶原纤维的制备与交联

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验原料与仪器

2．2．2干湿法纺丝制备胶原纤维

2．2．3物理交联法改性胶原纤维

2．2．4原位交联法制备胶原纤维

2．2．5结构表征与性能测试

2．3结果与讨论

2．3．1胶原纤维的千湿法纺丝工艺

2．3．2物理交联改性胶原纤维的结构与性能

2．3．3原位交联制备胶原纤维的结构与性能

2．4本章小结

第三章胶原／碳纳米管复合纤维的制备与性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验原料与仪器

3．2．2酸性MWNT水分散液的制备

3．2．3胶原／MWNT复合纤维的制备

3．2．4结构表征与性能测试

3．3结果与讨论

3．3．1酸性MWNT水分散液制备方法的优化

3．3．2形貌分析

3．3．3力学性能

3．3．4结晶性能分析

3．3．5红外光谱分析

3．3．6热稳定性分析

3．4本章小结

第四章胶原／海藻酸复合纤维的制备与性能研究

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1实验原料与仪器

4．2．2胶原蛋白／海藻酸复合纤维的制备

4．2．3结构表征与性能测试

4．3结果与讨论

4．3．1力学性能

4．3．2形貌分析

4．3．3结晶性能分析

4．3．4红外光谱分析

4．3．5热稳定性分析

4．4本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

发表论文情况

致谢