再生丝素纤维的纺制及其结构性能研究

以溴化锂(LiBr)、六氟异丙醇(HFIP)溶解丝素纤维,通过湿法纺丝法纺出了再生丝素纤维,并以X射线衍射法、红外光谱法、热重分析法研究了再生丝素纤维的结构及力学性能等。

再生丝素纤维的湿法纺丝及其交联改性研究

以六氟异丙醇(HFIP)溶解再生丝素膜,通过湿法纺丝获得再生丝素纤维。再生丝素纤维经1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)作为交联剂进行后处理,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、DSC热分析法、力学性能等表征方法研究和分析了牵伸和交联前后纤维聚集态结构和力学性能的变化。研究结果表明:再生丝素纤维经牵伸和EDC/NHS交联改性后,纤维直径变细为87μm,纤维内部结构以silk II结构为主;纤维的热稳定性提高,热分解峰峰值由281℃提高至288℃;纤维的断裂强度和断裂伸长率明显增大,分别达到1.41 cN/dtex和11.38%,表现出良好的柔韧性。

再生丝素纤维的力学性能及其生物可降解特征(英文)

背景:再生丝素纤维溶解过程中丝素蛋白的分子量不可避免地会产生一定的降解,致使再生丝素纤维至今未进入实用阶段。目的:获得生物可降解的再生丝素纤维。设计:单一样本实验。单位:苏州大学材料工程学院丝绸工程江苏省重点实验室。材料:下脚蚕丝由苏州丝绸进出口公司提供。方法:2003-01/2004-12在苏州大学材料工程学院丝绸工程江苏省重点实验室完成。通过控制废弃天然丝素纤维在中性盐溶解时分子量的变化、湿法纺丝工艺条件和牵伸倍率方法纺制具有一定力学性能和生物可降解的再生丝素纤维。具体步骤:①制备丝素。②制备纺丝液。③再生丝素纤维湿法纺丝。④采用十二烷基硫酸钠-聚丙稀酰胺凝胶电泳法测定溴化锂溶解后丝素溶液的分子量。⑤测定丝素纤维的结晶度和取向度。⑥测定再生丝素纤维的力学性能。⑦测定丝素纤维的体外酶降解率。主要观察指标:①经溴化锂溶解的丝素蛋白的相对分子质量。②X射线衍射结果。③再生丝素纤维的体外酶降解率。结果:①经溴化锂溶解后,丝素蛋白纺丝液的分子量主要分布在10万以下。②在再生丝素纤维湿法纺丝的凝固、牵伸过程中,丝素的构象从无规卷曲转变为分子链中β-折叠和无规卷曲/α-螺旋构象共存。③用放线菌酶对六氟异丙醇法纺制的再生丝素纤维的体外酶降解实验表明,再生丝素纤维其30d的降解率为37.16%,天然丝素纤维的30d的降解率为10.70%。结论:通过控制再生丝素纺丝液分子量、湿法纺丝工艺条件和牵伸倍率方法,可纺制具有一定力学性能和生物可降解的再生丝素纤维。

再生丝素纤维的研究现状及发展

介绍了再生丝素纤维的研究现状 。

基于三元溶液为溶剂的再生丝素纤维的制备及结构性能的研究

以CaCl2∶H2O∶C2H5OH=1∶8∶2(摩尔比)为溶剂溶解丝素,然后采用湿法纺丝制得再生丝素纤维。用电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、广角X射线衍射(XRD)、热分析(TG/TA)等方法对再生丝素纤维进行测试分析表明,与天然丝素纤维相比,再生丝素纤维蛋白质的构象发生了变化,结晶度降低;通过对再生丝素拉伸纤维的力学性能进行测试分析,结果表明再生丝素拉伸纤维的断裂强度和断裂伸长率降低。在纺丝过程中经过第二凝固浴后,再生丝素拉伸纤维的断裂伸长率有了明显的升高。

后处理过程中以水为溶剂的干法纺再生丝素纤维的结构演变

以水为溶剂的干法纺再生丝素蛋白纤维可通过后处理提高其力学性能,且后处理方法对纤维性能的提高程度有很大影响。为了优化干法纺再生丝素蛋白纤维的后处理工艺,定量研究了两种后处理方法中再生丝素蛋白分子的取向结构和构象演变,即方法A(纤维先在φ=80%的乙醇水溶液中浸泡1 h,再在热蒸汽中拉伸2倍)与方法B(纤维先在φ=80%的乙醇水溶液中拉伸2倍,再在该溶液中浸泡1 h)。探讨了纤维结构变化与力学性能之间的关系。结果表明:在乙醇水溶液中或在热蒸汽中拉伸均比仅在乙醇水溶液中浸泡更有利于丝素蛋白的构象转变,也对提高丝素蛋白分子链的取向更为有效。与方法A相比,方法B更能提高纤维的取向程度、β-折叠构象的含量以及力学性能。

再生丝素蛋白干纺纤维的后处理体系及方法

模仿蚕的干法纺丝工艺,制备了再生丝素蛋白纤维,并通过后处理进一步提高了其力学性能。结果表明:与无机盐水溶液后处理体系相比,醇的水溶液可显著促使蛋白构象从无规卷曲及α-helix转变为β-sheet。同时通过拉伸诱导β-sheet构象取向,干纺纤维的力学强度可大幅提高。在φ=80%的乙醇-水溶液中,将初生丝拉伸2倍后再浸泡1 h,其断裂强度可达200 MPa,断裂伸长率可达48%。

再生丝素纳米纤维的制备及其应用

综述了国外电子纺丝制备再生丝素纳米纤维的工艺条件及其对纤维形态结构的影响,并对该纤维在生物医学领域的应用进行了介绍。

自透析法再生丝素初生纤维的结构性能分析

以溴化锂/乙醇作混合溶剂溶解脱胶后的丝素,获得了成型性良好的纺丝溶液,然后将制得的溶液进行湿法纺丝,得到了较均匀的初生纤维,用SEM、FTIR、X-射线衍射、TGA等分析手段对湿纺丝素初生纤维的结构进行了分析,并与天然丝素纤维的结构进行了比较,表明再生丝素初生纤维具有比较松散的结构,并具有较低结晶程度。研究结果为纤维拉伸等进一步后加工打下了基础。

钙离子含量对再生丝素蛋白纤维生物降解性的影响

丝素蛋白纤维是一种可降解的生物材料。在再生丝素蛋白纤维制备过程中添加不同浓度的氯化钙,通过红外光谱和核磁共振光谱测定、蛋白酶降解处理、机械性能测试等,解析钙离子含量对再生丝素蛋白纤维的蛋白质结构、力学性能及生物降解性能的影响。当添加的氯化钙质量分数为11%时,再生丝素蛋白纤维中的钙离子浓度接近天然丝素蛋白中谷氨酸和天冬氨酸的浓度,丝素蛋白纤维的机械强度下降90%,丝蛋白降解速率明显加快。研究结果提示,含适量钙离子的再生丝素蛋白纤维可以提高其在生物体内的降解速率,有利于在医用生物材料领域的广泛应用。

再生丝素蛋白/细菌纤维素复合膜的制备及发酵培养条件优化

将再生丝素蛋白加入生产细菌纤维素的发酵液,以木醋杆菌(Acetobacter xylinum)进行静置发酵,利用发酵过程中的较高酸性环境(pH<3.4),使菌株产生的纤维素残基(—OH)与丝素蛋白的残基(—COOH、—NH2)原位聚合,制备新型生物医学材料再生丝素蛋白/细菌纤维素(SF/BC)复合膜。通过单因素试验确定最佳发酵培养时间为10 d,并进一步通过正交试验优化发酵培养基配方为80 g/L果糖、10 g/L酵母粉、2.0 g/L无水硫酸镁、1.0 g/L柠檬酸、10 g/L磷酸氢二钠、30 g/L磷酸氢二钾,培养基初始pH为6.8。在此培养条件下SF/BC复合膜干膜的产量为1.871 5 g/L。扫描电子显微镜观测SF/BC复合膜中细菌纤维素纤维间因丝素蛋白的引入,使得纳米纤维间的孔径增大,而内部含水率也将随着孔径的增大而增加,说明丝素蛋白的引入改善了单一细菌纤维素膜在孔径、含水率等方面的性能,同时也改进了单纯丝素蛋白膜在亲水性、机械性能等方面的不足。

脱胶工艺对蚕丝溶解及再生丝素蛋白纤维性能的影响

为探究脱胶工艺与蚕丝溶解及纤维成形之间的关系,讨论了脱胶溶液质量分数、脱胶次数对蚕丝脱胶率、蚕丝表面形貌、丝素溶解度以及再生丝素蛋白纤维结构及性能的影响。结果表明:蚕丝脱胶率随Na_2CO_3溶液质量分数与脱胶次数的增加而增加,当Na_2CO_3溶液质量分数为0.1%、脱胶3次时,脱胶丝素纤维表面出现明显劈裂的微原纤结构,纤维的断裂强度下降了27.6%。丝胶的去除程度对丝素溶解及再生丝素纤维的结构有所影响,溶解时间随Na_2CO_3溶液质量分数、脱胶次数的增加而减少,再生丝素蛋白纤维的力学性能随脱胶程度的加深而降低,当Na_2CO_3溶液质量分数为0.05%、脱胶3次时,再生丝素蛋白纤维直径均匀、表面光滑、结构紧密且力学性能较好。

再生丝素蛋白纤维的开发及应用进展

近年来,有研究者对天然蚕丝展开深入研究并通过物理或化学改性方法回收制备再生丝素蛋白纤维,可提升废旧蚕丝的回收利用率并赋予其一些特殊功能。文章重点阐述了再生丝素蛋白纤维的性能及改性加工,以及其在生物医学、电子传感、能源储备等领域的应用,最后展望了再生丝素蛋白纤维未来的发展趋势。

用溴化锂/乙醇/水混合溶液系制作再生家蚕丝素纤维及其特性

将家蚕丝素溶解于溴化锂/乙醇/水混合溶液,以此作为纺丝原液制作再生丝素纤维。特别是在制作过程中用延伸和热处理对再生丝素的二次结构加以控制。对延伸试料用50～125℃高温湿热处理的结果显示,收缩率随着处理温度的提高而减小,通过100℃以上处理可以将其收缩率控制在小于10％。最终,制得接近天然丝纤维结晶性、杨氏模量及拉伸断裂伸度的再生丝素纤维。用固体NMR法和X射线衍射法探讨了再生丝素纤维延伸过程中的结构变化。

激光扫描共聚焦显微镜观察细胞在丝素纤维织物上的生长情况

利用激光扫描共聚焦显微镜(laser scanning confocal microscope,LSCM)技术,用活细胞荧光示踪剂标记细胞,观察细胞在天然丝素纤维和再生丝素纤维上的生长情况。用含10μmol/L Cell-Tracker CM-DiI(Molecular Probes Company)的无血清RPMIl640培养液,室温标记V79、3T3和原代心肌细胞30min,接种于Glass Bottom Dish中,将两种受试材料分别放入Glass Bottom Dish中,继续培养。在加入受试材料后1、2、3、4、5,7天,利用LSCM技术,采用双通道同时扫描的方式,一个通道的激发波长为534nm,发射波长为540-650nm,另一个通道使用微分干涉差成像技术,动态观察细胞在再生丝素纤维受试材料的生长情况。实验发现V79细胞和3T3细胞在天然丝素纤维上是接种后5天明显增多,在再生丝素纤维上生长数量是接种后4天明显增多,而且比在天然丝素纤维生长的数量多。原代心肌细胞在天然和再生丝素纤维上生长得非常少。

含黄原酸盐丝素溶液性能及其纤维结构分析

用溴化锂(LiBr.H2O)/乙醇溶剂溶解丝素蛋白,添加乙基黄原酸钠,制得含黄原酸盐的再生丝素纺丝溶液,用自透析湿法纺丝制得再生丝素纤维,通过对纺丝溶液流变性能的讨论,研究了黄原酸盐对纺丝溶液可纺性的影响。并通过红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等一系列的测定对制得的纤维的结构进行了分析。研究结果表明,含黄原酸盐丝素溶液的可纺性有较大改善,且得到的再生初生纤维表面比较平滑,微纤维沿纤维轴向取向比未加黄原酸盐的再生丝素初生纤维明显。

“纳米级再生蚕丝纤维制品研发”通过鉴定

据媒体报导，由鑫缘茧丝绸集团股份有限公司与苏州大学材料工程学院共同承担的江苏省科技攻关项目“纳米级再生蚕丝纤维制品的研制与开发”，目前通过江苏省科技厅组织的鉴定。该项目系统研究出不同再生丝素蛋白溶液的静电可纺性、纺丝工艺条件及其与纤维直径之间的关系，自行研究设计了适用于单一聚合物溶液以及两种或两种以上聚合物溶液的复合纺丝的多喷头组合式纺丝机。项目以茧丝绸加工中的废弃蚕丝为原料，将丝素纤维再生为具有良好可纺性的丝素蛋白溶液，采用静电纺工艺制成再生丝素纤维和纳米再生丝素／尼龙复合纤维，纤维相互交络成为具有多孔结构的非织造织物。这类织物可用作生物医用材料、防护材料以及精密过滤材料等。若分别对涤纶织物、棉织物、粘胶人造丝织物等进行纳米丝素纤维的涂覆加工，则可开发出医用防护口罩、保健三角内裤等抗菌内衣产品。

含黄原酸盐丝素溶液的可纺性

为了改善再生丝素纺丝溶液的可纺性,用溴化锂/乙醇混合溶剂溶解丝素,然后加入乙基黄原酸钠得到含黄原酸盐的再生丝素纺丝溶液。用自透析湿法纺丝,制得含黄原酸盐的再生丝素初生纤维。讨论黄原酸盐对再生丝素纺丝溶液可纺性的影响,用扫描电镜对制得的再生丝素初生纤维的表面形态进行观察。结果表明:与不含黄原酸盐的丝素溶液相比,含黄原酸盐的丝素溶液的可纺性有较大改善;得到的再生丝素初生纤维表面比较平滑,微纤维沿纤维轴向取向比不含黄原酸盐的再生丝素初生纤维明显。

纳米级蚕丝纤维

由江苏与苏州共同承担的省科技攻关项目纳米级再生蚕丝纤维制品的研制与开发，通过江苏省科技厅组织的鉴定和验收。该项目以茧丝绸加工中的废弃蚕丝为原料，将丝素纤维再生为具有良好可纺陛的丝素蛋白溶液，采用静电纺工艺制成再生丝素纤维和纳米再生丝素／尼龙复合纤维，纤维相互交络成为具有多孔结构的非织造织物。