蜘蛛与蚕的人工强制纺丝研究进展

为制备高性能人造蜘蛛丝和蚕丝,人们在蜘蛛丝蛋白的基因重组、再生蜘蛛丝蛋白或蚕丝蛋白的仿生纺丝,以及蜘蛛与蚕的人工强制纺丝方面开展了大量工作.研究了人工强制纺丝,比较了蜘蛛牵引丝和蚕丝在不同纺丝条件下的力学性能.结果表明:在一定范围内增加纺丝速率有利于提高蜘蛛丝和蚕丝的力学性能,此外,环境温度、纺丝状态等条件对丝的性能也...     

再生丝素/NMMO·H2O溶液的流变性能

使用N-甲基吗啉-N-氧化物的水合物(NMMO·H2O)作为再生丝素的溶剂.可以得到w=0.10～0.25的再生丝素/NMMO·H2O溶液.研究了再生丝素/NMMO·H2O溶液流变性能,讨论了剪切速率、温度和溶液中的再生丝素的含量对再生丝素/NMMO·H2O溶液流变性能的影响.     

微流体芯片动态调控蛋白水溶液pH或Ca~(2+)浓度

模拟蚕和蜘蛛的纺丝系统,以载玻片(75×25mm)为基片,SU-8为阳模材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为微通道(宽500μm,深100μm)构筑材料,利用光刻及模塑成型等技术设计、制备了微流体芯片,并应用于再生丝素蛋白(RSF)水溶液组成的动态调控。该芯片利用微流体的层流特性使RSF水溶液与pH缓冲液或钙离子缓冲液在微通道内平行流动而不发生混合。在水溶液中RSF质量分数不变的前提下,通过离子扩散实现了流动场下RSF水溶液pH值或钙离子浓度的动态调控。     

凝胶纺丝的发展和我们的任务

1938年,美国杜邦公司发明了第一个合成纤维品种——聚酰胺纤维,使化学纤维这门崭新的学科以及化学纤维工业得到了迅速的发展,实现了一次大的飞跃。六十年代以来,高强高模碳纤维、芳香族聚酰胺纤维的相继问世,使化纤学科和化纤工业进入了新纪元,特种纤维突破了纺织纤维的范畴,以复合材料中重要的组成部分——增强纤维的面貌     

蚕体内不同丝腺部位丝蛋白溶液结构与性质的研究

采用偏光显微镜研究了蚕体内不同丝腺部位(包括前部、中部和后部)中丝蛋白溶液的性质变化,并采用了拉曼光谱和旋转流变仪对中部丝腺(包括前区、中区及后区)的丝蛋白分子结构和流变性能进行了分析。结果发现:蚕体内只有前部丝腺及中部丝腺前区的丝蛋白溶液具有偏光现象;丝蛋白溶液在由中部丝腺后区向前区流动的过程中,粘度及弹性均逐渐变小,其构象则由无规卷曲逐渐向α-螺旋转变,并进一步形成β-折叠构象。由此表明,在蚕体内中部丝腺前区的丝蛋白溶液很可能已经形成了液晶态结构。     

再生丝素蛋白干纺纤维的后处理体系及方法

模仿蚕的干法纺丝工艺,制备了再生丝素蛋白纤维,并通过后处理进一步提高了其力学性能。结果表明:与无机盐水溶液后处理体系相比,醇的水溶液可显著促使蛋白构象从无规卷曲及α-helix转变为β-sheet。同时通过拉伸诱导β-sheet构象取向,干纺纤维的力学强度可大幅提高。在φ=80%的乙醇-水溶液中,将初生丝拉伸2倍后再浸泡1 h,其断裂强度可达200 MPa,断裂伸长率可达48%。     

辐照对竹纤维素聚合度及其结晶结构的影响

采用60Coγ射线对高聚合度的造纸用竹纤维素浆粕进行辐照处理,用铜氨溶液法测定辐照前后竹纤维素浆粕的平均聚合度,并采用红外光谱法及X射线衍射法研究其结晶结构的变化。结果表明:竹纤维素的平均聚合度随辐照剂量的增加而下降,当辐照剂量达到15 kGy时,聚合度的下降趋势变缓;但在研究的辐照剂量范围内,竹纤维素的结晶结构未被破坏。     

蚕腺体内和再生丝素蛋白水溶液的性能研究

用偏光显微镜观察了蚕腺体内和再生丝素蛋白水溶液的流动状态和各向异性现象,用乌氏粘度计测试了其流出时间,并用HAKKE流变仪测试了其粘度。结果发现蚕腺体内和再生丝素蛋白水溶液的性质差别非常大,认为丝素蛋白水溶液在蚕腺体内存在一个逐步熟成的过程。随着丝素蛋白水溶液在腺体内的前移,丝素蛋白分子逐渐沿移动方向取向而呈有序态,最终成为粘度非常大的各向异性的凝胶体,而再生丝素蛋白水溶液是粘度非常低的各向同性溶液。这些差异表明,丝素蛋白水溶液在蚕腺体内的熟成过程是蚕能够吐出优良蚕丝的关键步骤,要想制备出高性能的纤维,在“仿生纺丝”之前,首先要“仿生制备纺丝液”。     

后处理过程中以水为溶剂的干法纺再生丝素纤维的结构演变

以水为溶剂的干法纺再生丝素蛋白纤维可通过后处理提高其力学性能,且后处理方法对纤维性能的提高程度有很大影响。为了优化干法纺再生丝素蛋白纤维的后处理工艺,定量研究了两种后处理方法中再生丝素蛋白分子的取向结构和构象演变,即方法A(纤维先在φ=80%的乙醇水溶液中浸泡1 h,再在热蒸汽中拉伸2倍)与方法B(纤维先在φ=80%的乙醇水溶液中拉伸2倍,再在该溶液中浸泡1 h)。探讨了纤维结构变化与力学性能之间的关系。结果表明:在乙醇水溶液中或在热蒸汽中拉伸均比仅在乙醇水溶液中浸泡更有利于丝素蛋白的构象转变,也对提高丝素蛋白分子链的取向更为有效。与方法A相比,方法B更能提高纤维的取向程度、β-折叠构象的含量以及力学性能。     

再生丝素蛋白水溶液的干法纺丝

以高浓度再生丝素蛋白水溶液为纺丝液,采用自制毛细管纺丝装置制备了再生丝素蛋白纤维.探讨了丝素蛋白分子量、pH、金属离子及纺丝工艺参数对溶液可纺性及纤维力学性能的影响.结果表明:当pH为5.2～6.0时,纺丝液表现出良好的可纺性,尤其以pH=6.0、Ca2+浓度为0.3 mol/L的纺丝液可纺性最佳.在最佳纺丝条件下(纺丝管长径比为133;卷绕速率为30mm/s)制得的纤维力学强度最高约为45.5 MPa.