本文關鍵詞： 廢棄羽毛 角蛋白 纖維素 干燥條件 復合材料　出處：《江南大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：近些年,由于資源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力,越來越多的科研人員開始關注天然可再生資源的開發(fā)和利用。我國每年產(chǎn)生大量的廢棄羽毛,其主要成分為角蛋白。纖維素是自然界貯備最多的天然高分子,如果科學的開發(fā)羽毛角蛋白和纖維素并制造出可降解的生物質材料,便可有效解決資源短缺和環(huán)境污染的問題。為此本論文進行了以下幾個方面的研究:首先,利用半胱氨酸作為還原劑從廢棄雞毛中提取出角蛋白,碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液再溶解角蛋白制成均勻的混合溶液,通過延流成型法和濕法紡絲制備純角蛋白膜和纖維。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、X射線衍射(XRD)和熱重分析(TGA)來表征原雞毛、角蛋白粉末、角蛋白膜和纖維的結構和性能。對比原雞毛,再生角蛋白材料保留了原雞毛的化學結構和熱穩(wěn)定性。它們的相對結晶度由于成型工藝的不同而有略微差別,結晶度的不同也導致了這四種材料的吸濕性的差異。機械性能顯示,角蛋白膜材料的拉伸強度可達3.5MPa,在生物醫(yī)學領域具有潛在的應用價值。然而,角蛋白纖維的拉伸性能并不是很理想,比如強度只有0.5cN/dtex,在之后的研究中會進一步解決這一問題,使得新纖維應用于紡織和材料科學中去。其次,采用室溫晾干、冷凍干燥、真空干燥和烘箱干燥四種方式對再生纖維素膜進行干燥,并通過SEM、FT-IR、XRD、熱重分析、納米壓痕儀和萬能試驗機研究纖維素膜在不同干燥條件下結構及性能的差異。實驗結果表明,真空干燥和烘箱干燥所得纖維素膜的表面光滑硬挺,但微觀表面有裂紋產(chǎn)生,冷凍干燥膜的微觀結構相對疏松,但沒有裂紋,這使得冷凍干燥膜在機械性能方面優(yōu)于其他干燥方式得到的纖維素膜。微觀力學方面,以真空干燥膜和烘箱干燥膜的彈性模量和硬度最為優(yōu)良,這主要是因為在這兩種干燥方式中較高的溫度使水分快速揮發(fā),進而纖維素大分子相互靠攏形成了致密的微觀結構。最后,將角蛋白和纖維素在離子液體中共混制備出角蛋白/纖維素復合膜和纖維,通過SEM、FT-IR、XRD、TGA和萬能試驗機來表征不同成分比例的復合膜材料。利用膜材料中兩種聚合物復合的最佳比例制備復合纖維,并對纖維的形貌和力學性能進行了初步探索。利用離子液體可以成功地制備出性能良好的角蛋白/纖維素的復合材料。實驗結果表明,當離子液體:纖維素:角蛋白為95:5:3時,復合膜的結晶度最高,從而拉伸斷裂強度最高,可達到112.53MPa。純纖維素膜的拉伸斷裂伸長率可達到17.07%,一旦加入角蛋白便會急劇下降。加入角蛋白后的復合膜的熱穩(wěn)定性比純纖維素和純角蛋白有明顯提高,這也是復合材料所具有的特性。角蛋白/纖維素復合纖維細度均勻并且力學性能良好,對于復合纖維其他性能方面還需要進一步的研究。
[Abstract]:In recent years, due to the double pressure of resource shortage and environmental pollution, more and more researchers begin to pay attention to the development and utilization of natural renewable resources. Cellulose is the most abundant natural polymer in nature. If we scientifically develop feather keratin and cellulose and produce biodegradable biomass materials, Therefore, the following aspects were studied in this paper: firstly, keratin was extracted from waste chicken hair by using cysteine as reducing agent. Sodium carbonate and sodium bicarbonate buffer solution dissolved keratin into a homogeneous mixture solution, Pure keratin films and fibers were prepared by casting and wet spinning. The raw chicken hair and keratin powder were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA). The structure and properties of keratin film and fiber. Compared with the original chicken hair, the regenerated keratin material retains the chemical structure and thermal stability of the original chicken hair. Their relative crystallinity varies slightly due to the different molding process. The difference of crystallinity also leads to the different hygroscopicity of these four materials. The mechanical properties show that the tensile strength of keratin membrane material can reach 3.5 MPA, which has potential application value in biomedical field. The tensile properties of keratin fibers are not very good. For example, the strength of keratin fibers is only 0.5 CN / dtex. this problem will be further solved in later studies, so that the new fibers can be used in textile and materials science. Secondly, they can be dried at room temperature and freeze-dried. The regenerated cellulose membrane was dried by vacuum drying and oven drying. The difference of structure and properties of cellulose membrane under different drying conditions was studied by means of SEMFT-IRXRD, thermogravimetric analysis, nano-indentation instrument and universal testing machine. The surface of cellulose film obtained by vacuum drying and oven drying is smooth and stiff, but cracks occur on the micro surface. The microstructure of freeze-drying film is relatively loose, but there is no crack. The mechanical properties of freeze-drying film are superior to those obtained by other drying methods. In micromechanics, the modulus of elasticity and hardness of vacuum drying film and oven drying film are the best. This is mainly because the higher temperature in these two drying methods makes the moisture volatilize rapidly, and then the cellulose macromolecules converge to form a compact microstructure. Keratin / cellulose composite membranes and fibers were prepared by blending keratin and cellulose in ionic liquids. The composite membrane materials with different composition ratios were characterized by SEMT-IR TGA and universal testing machine. The composite fibers were prepared by the optimum proportion of two kinds of polymers in the membrane materials. The morphology and mechanical properties of the fiber were preliminarily explored. A good keratin / cellulose composite was successfully prepared by using ionic liquids. The experimental results showed that when the ionic liquid: cellulose: keratin was 95: 5: 3, The composite film has the highest crystallinity and thus the highest tensile fracture strength. The elongation at tensile break of the pure cellulose membrane can reach 17.07, and once keratin is added, the thermal stability of the composite membrane can be decreased sharply, and the thermal stability of the composite membrane after adding keratin is obviously higher than that of pure cellulose and pure keratin. This is also the property of the composite material. The keratin / cellulose composite fiber has uniform fineness and good mechanical properties, and further research is needed on the other properties of the composite fiber.
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TS102.1

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本文編號：1510466