角蛋白纳米复合功能纤维制备及其应用

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羊毛角蛋白质纤维作为人类利用较早的天然纤维材料之一,具有众多的其他纤维无法比拟优良性能,成为纺织工业发展以来的重要原料。由于羊毛品质和纺织技术的限制,每年都有大量的短纤维、粗纤维被废弃。为了减少羊毛角蛋白资源的浪费和对环境的污染,研究人员广泛的关注和重视羊毛角蛋白质溶液制备方法的研究,但由于角蛋白质其独特的网状结构,使其对溶剂的选择要求较高,目前溶解羊毛角蛋白纤维的方法都存在问题,如工艺复杂、制成率低、溶液浓度低等,限制了其应用领域。本文首先应用改进后的还原C法对羊毛进行处理并提取羊毛角蛋白。其次,将羊毛角蛋白与PEO进行复合纺丝获取纳米纤维膜。再次,采用交联剂EDC/NHS与羊毛角蛋白膜共价交联,以增大纤维膜的耐水性和强力,对交联后的具有强力的纤维膜进行重金属吸附应用实验。最后,对混入了ZnO量子点的羊毛角蛋白与PEO的共溶液进行静电纺,获得功能性复合纤维,并对其生物相容性进行了初步研究。本文研究了还原C法对羊毛纤维的溶解时间,溶解温度和羊毛纤维浓度对羊毛溶解性能的影响,确定了最佳溶解工艺条件:羊毛纤维浓度在还原C溶液中的浓度为3wt.%,溶解温度90°C,溶解时间控制在2小时。通过FT-IR、TGA、XRD和SEM分析手段对还原C溶液溶解羊毛前后进行测试,结果表明改进后的还原C法对羊毛角蛋白纤维有较好的溶解性能,再生过程中羊毛角蛋白构象由α-螺旋结构转变成β-折叠结构,同时溶解过程中因发生氧化反应使部分二硫键被打破,降低了再生膜的热稳定性。其次,对羊毛角蛋白粉末与PEO进行静电纺丝,最佳工艺:距离控制在24-25cm,电压控制在13-15KV,纺丝液浓度3%。采用交联剂EDC/NHS增大纤维膜的耐水性和强力,最佳交联时间:48小时。测试表明,随着交联时间的延长,纤维膜的强力,断裂延伸率,溶胀率,溶出率以及溶失率都在逐渐增大,并且在48小时时各项性能都已经接近于最佳。通过FT-IR、TGA、XRD和SEM分析手段探究了其交联应为化学交联,因此纳米纤维膜的力学和热力学性能提高。随后对交联后的膜进行重金属吸附试验,验证了吸附类型近似于弗来因德利胥型吸附等温曲线。最后,在羊毛角蛋白/PEO甲酸溶液中加入ZnO量子点,通过静电纺丝获得羊毛角蛋白/PEO/ZnO复合功能性纤维膜,通过FT-IR,荧光显微镜测试证明ZnO量子点的存在。混入ZnO量子点的羊毛角蛋白/PEO的复合功能性纤维膜在250-400nm的紫外波长的紫外线透过率比羊毛角蛋白/PEO静电纺纤维膜低很多,说明其具有良好抗紫外性能。另外,实验显示混入ZnO量子点的羊毛角蛋白/PEO的复合功能性纤维膜生物相容性更好。
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