纤维素/角蛋白复合材料的制备及其性能研究

摘要

纤维素和角蛋白是地球上储备量较大的可再生资源,但是利用率都比较低,目前纤维素/角蛋白复合材料的研究和应用还处于初级阶段。这是因为角蛋白中大量二硫键形成特殊三维网络结构,使角蛋白再生利用受到很大的限制;并且由于纤维素膜或纤维的湿态强度较差,严重限制了纤维素的应用。
　　 为了弥补纯纤维素和纯角蛋白材料各自的缺陷,本实验将角蛋白加入到纤维素溶液中,并加入交联剂,通过分子链之间的交联,改善纯纤维素膜和纤维的力学性能,提高纤维素和角蛋白的利用率。采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、万能压力试验机等测试仪器分析复合材料的化学结构、热稳定性、表面形貌、力学性能。本课题主要从以下几个方面展开工作:(1)采用化学还原法从废弃羊毛中提取羊毛角蛋白,并研究在透析液中加入十二烷基磺酸钠(SDS)对角蛋白提取的影响,确定角蛋白提取条件;结果表明:所提取的角蛋白分子量集中在50～70 kD,在二级结构中,角蛋白中α-螺旋结构的比例有所降低,β-折叠结构和无规线团结构的比例有所增加,在透析液中加入少量的SDS,角蛋白的产率从56％增加到78％;(2)制备不同比例的纤维素/角蛋白复合膜,并加入戊二醛或乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)作为交联剂,制备两种不同的交联复合膜,结果表明:用甲醇做凝固浴比水做凝固浴的纯纤维素膜的热稳定性、力学性能要高,戊二醛为交联剂的复合膜热稳定性和力学性能没有明显提高,但以EGDE为交联剂复合膜的热稳定性提高了60℃,拉伸强度提高了近1倍;(3)制备纤维素/角蛋白复合纤维,并对不同比例纺丝液的流变性质和成型工艺参数作了初步探析,结果表明:纺丝液是典型的假塑性流体,角蛋白含量越多,粘度就越大,可纺性越差,复合纤维的拉伸强度比纯纤维素纤维高,但伸长率有所降低。
　　 本实验制备的纤维素/角蛋白复合膜和复合纤维的力学强度都有所改善,实现了设计之初实验的目的,但在交联剂的选择和用量上有待进一步的研究。