本发明专利技术涉及一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，属于纺织材料技术领域。本发明专利技术的一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法是将天然蛋白纤维经过天然蛋白纤维预处理、改性溶液的制备、铵盐分子嵌入天然蛋白纤维、铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维的清洗、微牵伸和热定型得到拉伸力学性能增强的天然蛋白纤维。本发明专利技术实现了天然蛋白纤维断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率的同时增强，通过本发明专利技术制备的天然蛋白纤维断裂强度增加30-80%，断裂伸长率增加60-120%，杨氏模量增加30-70%。本发明专利技术的制备方法工艺设备简单，无需特殊设备，成本较低，对生态环境无污染，可控性高，易于实现工业化生产，具有很大的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法
本专利技术涉及一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，属于纺织材料
技术介绍
天然蛋白纤维主要包括蚕丝、蜘蛛丝、羊毛、羽绒、兔毛和牦牛毛等等。天然蛋白纤维以其优异的性能被广泛应用在纺织领域。其中，蜘蛛丝以其优异的热稳定性、弹性和抗拉等特殊性能，有“生物钢”之称，吸引了众多科研人员的兴趣，具有极高的研究价值和应用价值。但其有难以饲养、产量低和收集困难等问题，导致其无法在纺织工业中进行应用。因此，对蚕丝、羊毛和兔毛等进行增强改性，达到甚至超过蜘蛛丝的拉伸力学性能越来越具有重要的意义。天然蛋白纤维拉伸力学性能增强的现有技术包括如下三个：1.通过物理或化学的手段使天然蛋白质大分子之间产生交联，进而增强天然蛋白纤维；2.通过热处理或化学浸泡的方法，去除杂质和少量非结晶物质，重新调整天然蛋白纤维的取向度和规整度，实现增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的目的；3.在天然蛋白纤维中引入无机分子、纳米粒子或纳米针状材料等，实现天然蛋白纤维拉伸力学性能的增强。上述增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法是从分子间力方面、聚集态方面以及添加增强体方面进行设计和实施的，是将天然蛋白纤维改性成刚性纤维的过程，天然蛋白纤维刚性的增加将会导致其弹性的下降，并造成手感和舒适性下降。因此，上述增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法只能有效地实现其断裂强度和杨氏模量的同时增加，却难以实现天然蛋白纤维在断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率三个力学指标同时增加的目的。针对现有天然蛋白纤维拉伸力学性能增强方法的缺陷，创新性的提出一种同时增强天然蛋白纤维的断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率的方法显得非常有意义，也为增强天然蛋白纤维的拉伸力学性能提供了一条新途径。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案为，一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，所述的方法按以下步骤进行：a天然蛋白纤维的预处理在索氏萃取器中，将天然蛋白纤维采用无水乙醚进行虹吸循环清洗，清洗2-5h后放入温度为80-90℃干燥箱中干燥1-2h直至天然蛋白纤维表面的乙醚去除，得到预处理后的天然蛋白纤维，其中，天然蛋白纤维的虹吸循环清洗次数为20-50次；b改性溶液的制备按如下质量百分比：将铵盐、含酰胺键的极性溶剂、丙酮和低相对分子量阴离子型表面活性剂放入去离子水中得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25～98℃并机械搅拌3-5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为800-3000r/min；c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维将经步骤a得到的预处理后的天然蛋白纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为80-130℃、气压为0.101-0.270Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理1-5h，在高温高压浸泡和溶胀的作用下，改性溶液中的铵盐分子扩散至预处理后的天然蛋白纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维；d铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维的清洗、微牵伸和热定型将步骤c制备的铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维放入温度为18-32℃的去离子水中进行清洗，清洗1-5min后将铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维的长度牵伸伸长5-10％，然后放入温度为65-90℃的鼓风干燥箱中干燥1-2h，得到断裂强度增加30-80％，断裂伸长率增加60-120％，杨氏模量增加30-70％的天然蛋白纤维。所述的天然蛋白纤维是蚕丝纤维或羊毛纤维或羽绒纤维或兔毛纤维或牦牛毛纤维中的一种。所述的去离子水的导电率≤16μS/cm。所述的铵盐是硝酸铵或氯化铵或硫酸铵或硫酸氢铵或碳酸铵或碳酸氢铵或磷酸铵或磷酸氢铵或磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的一种。所述的含酰胺键的极性溶剂是甲酰胺或N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种。所述的低相对分子量阴离子型表面活性剂是硫酸酯盐表面活性剂或磺酸盐表面活性剂或磷酸酯盐表面活性剂中的一种，相对分子量为200-1000。由于采用了以上技术方案，本专利技术的技术特点在于：(1)现有的增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法只能增强天然蛋白纤维的断裂强度和杨氏模量，而本专利技术的技术方案可以实现天然蛋白纤维断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率的同时增强；(2)天然蛋白纤维经过预处理后，放入由去离子水、铵盐、含酰胺键的极性溶剂、丙酮和低相对分子量阴离子型表面活性剂组成的混合溶液中，经过高温高压浸泡和溶胀处理后，铵盐分子嵌入天然蛋白纤维无定形区的大分子之间和孔隙中。当铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维经过微牵伸和热定型后，铵盐分子的铵根离子在天然蛋白纤维的无定形区大分子之间与天然蛋白质大分子中-NH-基团形成了比较稳定的氢键作用力，构成了微交联结构。另外，天然蛋白纤维的无定形区的孔隙中较多的铵盐分子会结晶在一起形成直径为20-180nm的纳米微球，纳米微球上的铵根离子与天然蛋白质大分子中-NH-基团也可以形成氢键，从而将多个天然蛋白质大分子链通过纳米微球连接在一起。在拉伸过程中，天然蛋白纤维的无定形区的大分子不断被拉伸和相互滑移，铵根离子与天然蛋白质大分子之间也产生相对的滑移，当它们之间的氢键断裂后，铵根离子会在新的位置上与临近的-NH-基团形成新的氢键，而拉伸过程中纳米微球的自旋转，增加了天然蛋白质大分子之间的滑移位移。因此，在拉伸过程中，铵根离子与天然蛋白质大分子之间的强氢键力及其相互滑移断裂后的再形成以及铵盐纳米微球的自旋转导致天然蛋白纤维的断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率同时增强。(3)通过本专利技术得到断裂强度增加30-80％，断裂伸长率增加60-120％，杨氏模量增加30-70％的天然蛋白纤维。本专利技术提供了一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，通过该方法得到断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率同时增强的天然蛋白纤维，为增强天然蛋白纤维开辟了一条新的途径。该制备方法工艺设备简单，成本较低，对生态环境无污染，可控性高，具有很大的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行具体详细描述。一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，所述的方法按以下步骤进行：a天然蛋白纤维的预处理在索氏萃取器中，将蚕丝纤维或羊毛纤维或羽绒纤维或兔毛纤维或牦牛毛纤维中的一种，采用无水乙醚进行虹吸循环清洗，清洗2-5h后放入温度为80-90℃干燥箱中干燥1-2h直至天然蛋白纤维表面的乙醚去除，得到预处理后的天然蛋白纤维，其中，天然蛋白纤维的虹吸循环清洗次数为20-50次。存储和运输的过程容易导致天然蛋白纤维表面粘附油迹和尘埃，严重阻碍改性溶液在天然蛋白纤维表面的浸润和铺展，进而影响铵盐分子对天然蛋白纤维表面的吸附，不利于其向天然蛋白纤维无定形区的扩散。因此，采用无水乙醚对天然蛋白纤维进行虹吸循环清洗，以去除天然蛋白纤维表面的杂质。b改性溶液的制备按如下质量百分比：将硝酸铵或氯化铵或硫酸铵或硫酸氢铵或碳酸铵或碳酸氢铵或磷酸铵或磷酸氢铵或磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的一种、甲酰胺或N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种、丙酮和相对分子量为200-1000的硫酸酯盐表面活性剂或磺酸盐表面活性剂或磷酸酯盐表面活性剂中的一种放入导电率≤16μS/cm的去离子水中得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25～98℃并机械搅拌3-5h后得到改本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，其特征在于，所述的方法按以下步骤进行：a 天然蛋白纤维的预处理在索氏萃取器中，将天然蛋白纤维采用无水乙醚进行虹吸循环清洗，清洗2‑5h后放入温度为80‑90℃干燥箱中干燥1‑2h直至天然蛋白纤维表面的乙醚去除，得到预处理后的天然蛋白纤维，其中，天然蛋白纤维的虹吸循环清洗次数为20‑50次；b 改性溶液的制备按如下质量百分比：去离子水 15～97.5%铵盐 1～70%含酰胺键的极性溶剂 0.5～10%丙酮 0.9～4.5%低相对分子量阴离子型表面活性剂 0.1～0.5%将铵盐、含酰胺键的极性溶剂、丙酮和低相对分子量阴离子型表面活性剂放入去离子水中得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25～98℃并机械搅拌3‑5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为800‑3000r/min；c 铵盐分子嵌入天然蛋白纤维将经步骤a得到的预处理后的天然蛋白纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为80‑130℃、气压为0.101‑0.270Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理1‑5h，在高温高压浸泡和溶胀的作用下，改性溶液中的铵盐分子扩散至预处理后的天然蛋白纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维；d 铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维的清洗、微牵伸和热定型将步骤c制备的铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维放入温度为18‑32℃的去离子水中进行清洗，清洗1‑5min后将铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维的长度牵伸伸长5‑10%，然后放入温度为65‑90℃的鼓风干燥箱中干燥1‑2h，得到断裂强度增加30‑80%，断裂伸长率增加60‑120%，杨氏模量增加30‑70%的天然蛋白纤维。...
【技术特征摘要】
1.一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，其特征在于，所述的方法按以下步骤进行：a天然蛋白纤维的预处理在索氏萃取器中，将天然蛋白纤维采用无水乙醚进行虹吸循环清洗，清洗2-5h后放入温度为80-90℃干燥箱中干燥1-2h直至天然蛋白纤维表面的乙醚去除，得到预处理后的天然蛋白纤维，其中，天然蛋白纤维的虹吸循环清洗次数为20-50次；b改性溶液的制备按如下质量百分比：将铵盐、含酰胺键的极性溶剂、丙酮和低相对分子量阴离子型表面活性剂放入去离子水中得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25～98℃并机械搅拌3-5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为800-3000r/min；c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维将经步骤a得到的预处理后的天然蛋白纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为80-130℃、气压为0.101-0.270MPa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理1-5h，在高温高压浸泡和溶胀的作用下，改性溶液中的铵盐分子扩散至预处理后的天然蛋白纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维；d铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维的清洗、微牵伸和热定型将步骤c制备的铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维放入温度为18-32℃的去离子水中进行清洗，清洗1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，唐运容，徐卫林，曹根阳，李文斌，张博文，杨锴，张科，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。