大豆蛋白/聚丙烯腈共混纤维的研制

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大豆蛋白纤维作为一种绿色环保的纤维,引起研究人员的重视。但是目前研究的大豆蛋白纤维生产过程需要使用对环境造成污染的甲醛,而且工艺路线长而复杂。本课题针对以上问题,尝试将大豆蛋白和PAN/NaSCN水溶液共混,通过湿法纺丝制备大豆蛋白/PAN共混纤维。生产工艺简单,既避免了大蛋白改性聚乙烯醇纤维生产中使用甲醛的问题,又比动物蛋白-聚丙烯腈纤维的生产工艺简单,而且产品能基本保持基体纤维的物理机械性能,有利于实现工业化生产。本论文探讨了大豆蛋白的溶解、大豆蛋白与PAN的相容性及大豆蛋白/PAN共混溶液的流变性能;研究了大豆蛋白/PAN共混纤维的制备工艺;探讨了大豆蛋白/PAN共混纤维的结构与性能。获得的主要结果如下:1.研究了大豆蛋白的制备工艺,讨论了大豆蛋白溶解及其粘度的影响因素,并在显微镜下观察了大豆蛋白与PAN/NaSCN水溶液共混后大豆蛋白的分散情况。结果表明,在蛋白中加入硫脲pH=9.0、80℃水浴加热30min,再经添加HEMA于80℃水浴中处理15min后,蛋白的溶解性、稳定性较好。利用红外分析了大豆蛋白的化学组成,结果表明蛋白与HEMA形成了较强的氢键作用。2.利用显微镜、红外光谱(FTIR)、粘度以及扫描电镜(SEM)等方法研究了聚丙烯腈/大豆蛋白共混体的相容性,重点探讨影响两组分相容性的因素以及甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)改进体系相容性的机理。结果表明,加入HEMA后体系达到部分相容。利用红外分析了PAN的腈基、HEMA及大豆蛋白的氨基之间的相互作用。3.测定了大豆蛋白与PAN共混溶液在不同大豆蛋白浓度和温度下的流变性能。结果表明,该溶液的剪切应力随切变速率增加呈非牛顿变化;温度对大豆蛋白/PAN共混溶液的流变性有较大影响;并求出了不同条件下的非牛顿指数n、结构粘度指数Δη,为进一步制备大豆蛋白/聚丙烯腈纤维提供了依据。4.通过大豆蛋白与PAN共混技术,制备了大豆蛋白/PAN共混纤维。研究了大豆蛋白含量对纺丝溶液可纺性及共混纤维力学性能的影响,探索了纤维的化学性能,测定了共混纤维的化学组成与形态结构。随着大豆蛋白含量的增加,共混纺丝溶液的可纺性下降,共混纤维的强度和断裂伸长率下降;大豆蛋白的加入提高了腈纶的抗碱性能。大豆蛋白中酰胺峰与PAN共聚物中C=0峰叠加,形成共混纤维中1663和1536cm-1处的两个特征吸收峰;在共混纤维中,大豆蛋白分散在PAN中。
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