明胶纤维制备及结构性能研究

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论文采用三种方法对明胶原液或明胶纤维进行交联提高其耐水溶性和力学性能。首先通过向明胶纺丝原液中添加谷氨酰胺转移酶(以下称TG酶)的方法制备了明胶初生纤维,并采用适量的TG酶对初生纤维进一步交联,制得了耐水溶性良好的明胶纤维。其次研究了在凝固浴中加入TG酶交联纺丝成形工艺,探索了凝固浴中TG酶的含量对明胶纤维吸水率、溶出率及力学性能的影响;最后探索了采用单宁酸对明胶纤维进行交联处理工艺提高其耐水溶性。采用吸水率分析、溶出率分析、旋转流变仪、FTIR、SEM、TGA、DSC和INSTRON万能电子材料试验机等表征方法对明胶纺丝原液的流变性和纤维的吸水率、溶出率、热稳定性、热性能和力学性能等进行了表征。结果表明:(1)加入TG酶后,明胶纺丝原液的粘度明显增大,在纺丝温度(60℃)时粘度由6 Pa·s增加至25Pa·s;热稳定性有一定提高,残炭量由0增加至5.36%;明胶纤维的力学性能有明显改善,TG酶添加质量分数为0.20%时断裂强度提高了144%;纤维耐水性略有提高,TG酶添加量为0.25%时吸水率降低了35.2%,溶出率降低了33.9%;(2)原液中加入0.20%的TG酶的明胶纤维牵伸3倍后断裂强度提高了118%,进一步于120℃热定型,纤维断裂强度增加到161 MPa,比定型前提高了37.6%;(3)采用TG酶对明胶纤维进一步二次交联,当TG酶浓度为3%交联时间为1h时断裂强度提高了177%,断裂伸长率提高了569%;TG酶浓度为1.5%交联时间大于等于8h时或当TG酶浓度为2%交联时间为6h时,明胶纤维在60℃热水中浸渍1h时溶出率为0,耐水溶性明显提高;(4)凝固浴中添加TG酶交联结果表明,其含量为5%~7%时纤维性能变化较小,在7%时明胶纤维的断裂强度提高了167%,吸水率下降了16.2%,溶出率下降了29.4%,吸水率及溶出率也有所改善;(5)单宁酸交联明胶纤维研究结果显示纤维的吸水率明显下降,单宁酸浓度为3%交联时间为80min.时明胶纤维的吸水率下降了97.1%,溶出率下降了84.1%。
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