胶原蛋白对超细纤维合成革基布的改性及其表面亲水性研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:donny_zhu
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超细纤维合成革是以超细纤维非织造布为底基,浸渍聚氨酯树脂后,再经过一系列的后处理加工得到的内部微观结构和外观质感、性能都类似于天然皮革的高档合成革。随着环保要求的日益提高,水性聚氨酯等环保材料被越来越多的用于合成革的加工中,因此,超细纤维非织造布的表面惰性就成为制约其发展的关键因素。基于此,在羟基化超细纤维合成革基布(MFSLF-OH)研究的基础上,本课题采用硅烷偶联剂、咪唑类交联剂等对MFSLF-OH进行亲水改性,分别制备了氨基化超细纤维合成革基布(MFSLF-NH2)、巯基化超细纤维合成革基布(MFSLF-SH),然后再与不同胶原蛋白进行复合改性,制得两种胶原蛋白改性超细纤维合成革基布。具体研究内容如下:首先采用硅烷偶联剂(3-氨基丙)三甲氧硅烷(APS)对MFSLF-OH进行接枝改性,制得MFSLF-NH2。单因素和正交试验优化出最佳反应条件,即反应温度为60℃,APS用量为0.7 mL,反应时间为5 h(以2.5±0.2 g MFSLF-OH计算)。然后采用二季戊四醇五丙烯酸酯(5Acl)对MFSLF-NH2进行活化,制得含双键的超细纤维合成革基布(MFSLF-C=C),为后续胶原蛋白的接枝改性奠定基础。单因素和正交试验优化出最佳的活化反应条件,即反应温度为25℃,反应时间为1.5 h,5Acl用量为0.5 mL(以1.3±0.2 g MFSLF-NH2计算),在此条件下接枝率为50.5%,氨基与双键的摩尔比为2:1,推测出MFSLF-C=C的结构为2个氨基上连接1个碳碳双键。最后采用胶原蛋白对MFSLF-C=C进行接枝改性制得第一种胶原蛋白改性的超细纤维合成革基布(MFSLF-NH2-C),单因素实验优化出最佳反应条件,即浸渍时间为3 h,K2S2O8用量为0.054 g,胶原蛋白用量为5%(以1.3±0.2 g MFSLF-C=C计算)。傅里叶红外光谱(FTIR)和X光电子能谱(XPS)对MFSLF-NH2和MFSLF-C=C的分子结构表征结果证明反应按照预期路线进行;扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察结果表明,与未处理的MFSLF相比,MFSLF-NH2、MFSLF-NH2-C的粗糙度分别增加了 138.5%和 151.8%;MFSLF-NH2和 MFSLF-NH2-C 的静态水接触角分别从138.7±1°降低至87.3±1°和68.3±1°,说明改性后基布的表面亲水性明显增强;MFSLF-NH2和MFSLF-NH2-C的拉伸强度分别提高了 81.3%和50.3%,撕裂强度分别从 67.23 MPa 变为 73.65 MPa 和 55.15 MPa。采用N,N’-羰基二咪唑(CDI)活化MFSLF-OH,制得CDI活化超细纤维合成革基布(MFSLF-EIm),单因素和正交试验优化出最佳的活化条件,即活化温度为50℃,CDI用量为0.7 g,活化时间为2 h(以2.5±0.2 g MFSLF-OH计算);在此条件下MFSLF-EIm表面酯基咪唑的接枝率为62.3%。在此基础上,通过接枝DL高半胱氨酸硫代内酯盐酸盐(DLPA)制备了MFSLF-SH,单因素和正交试验优化出最佳反应条件,即DLPA用量为0.9 g,反应时间为1.5 h,反应温度为35℃,三(2-氨基乙基)胺(TAEA)用量为0.5 mL(以1.3±0.2 g MFSLF-EIm计算);在此条件下制得的MFSLF-SH表面巯基含量为0.208 mmol/g,计算可知1个酯基咪唑与50个DLPA发生缩合反应,产生50个巯基。最后利用“巯基-烯”点击化学反应将乙烯基胶原蛋白与MFSLF-SH进行接枝反应制备了第二种胶原蛋白改性的超细纤维合成革基布(MFSLF-SH-CMA)。FTIR 和 XPS 对 MFSLF-EIm 和MFSLF-SH的检测结果表明:各步反应均按预期进行。SEM和AFM的形貌观察结果表明,未处理的MFSLF相比,MFSLF-EIm、MFSLF-SH和MFSLF-SH-CMA的粗糙度增加了 378.8%、225.2%和192.3%;静态水接触角分别从138.7±1°降低为128.3±1°、97.6±1°和74.6±1°;而其拉伸强度分别提高了 29.24%、45.44%和73.8%。说明通过逐步改性后基布的表面亲水性得到了明显提高,而且接枝胶原蛋白后基布的强度也明显增强。对两种胶原蛋白改性产物(MFSLF-NH2-C和MFSLF-SH-CMA)的性能进行了对比,结果表明:MFSLF-SH-CMA的表面更加粗糙;MFSLF-NH2-C的亲水性更强;与未处理MFSLF相比,MFSLF-NH2-C和MFSLF-SH-CMA的透湿率分别提高了 128.4%和119.4%,拉伸强度分别提高了 50.3%和73.8%。对比分析结果说明MFSLF-NH2-C的亲水性和透湿性较好,更适合用作服装革基材;MFSLF-SH-CMA的力学性能提高更为明显,更适用于鞋面革、沙发革等基材。
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