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纤维素/丝素复合膜的制备与性能

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第19卷第3期 2011年3月 纤维素科学与技术 Journal of Cellulose Science and Technology 、,01.19 NO 3 Sept.2011 文章编号:1004.8405(201 1)o3—0062.06 纤维素/丝素复合膜的制备与性能 李娟 , 何建新 , 木 (1.东华大学纺织学院,上海201620; 2.中原工学院河南省高等学校功能性纺织面料重点学科开放实验室,河南郑州451191) 摘要:通过共混法制备了纤维素/丝素复合膜,复合膜的最佳配比为纤维素占共混 膜的90%,丝素占10%。在此条件下形成的复合膜的力学性能、水溶液稳定性、水 蒸汽透过系数较单一成分的膜有明显改善,纤维素与丝素之间存在着氢键等强烈的 相互作用和良好的相容性。x射线衍射分析进一步验证了复合膜的结晶性能。 关键词:纤维素;丝素;复合膜 中图分类号:0636 文献标识码:A 纤维素是自然界中可生物降解、生物相容性较好的天然高分子材料。纤维素是由B一(1— 4)一链接的D 葡萄糖组成,它含有大量羟基,易形成分子内和分子问氢键,具有一定的力学 强度,但成膜性较差 ]。丝素作为一种天然蛋白质,是良好的制膜材料。丝素膜可用于固定 化酶、制作生物抗体及传感器【2],还可以用于制作精美的包装纸等。由于丝素是天然聚合物, 本身存在一些缺陷,经过溶解、成膜、干燥后脆性变大,大大了其实际应用。本研究利 用氢氧化钠/尿素/硫脲/水溶液溶解纤维素和丝素来制备纤维素/丝素复合膜,研究了纤维 素一丝素的复合机制及成膜性,以及复合膜的力学性能和结晶性能。 1 实验 1.1材料 原生木浆纤维素;丝素,桑蚕丝脱胶后溶解得到,桑蚕茧购自南阳。 氢氧化钠,尿素,硫脲,蒸馏水,无水乙醇,硫酸,硫酸铵,无水碳酸钠,氯化钙,均 为分析纯试剂。 1.2纤维素/丝素共混膜的制备 1.2.1纤维素的溶解 配制氢氧化钠/尿素/硫脲/水溶液,质量比8:8:6.5:77.5【3-4】。按照浴比1:20在溶 液中加入原生木浆纤维素,溶解后放入冰箱冷冻24 h。取出,解冻,搅拌20 min,离心除去 气泡【5.6]。 收稿日期:2011-03 27 作者简介:李娟(1986~),女一匕海人,硕士;研究方向:新型纤维材料的结构与性能。 通讯作者heiianxin771117@,,163.com 第3期 李娟等:纤维素/丝素复合膜的制备与性能 63 1.2.2丝素溶液的制备 蚕丝在100 ̄C温度下0.5%的Na2CO3溶液中脱胶三次,每次30 min,用热的自来水洗三 次,50 ̄C烘干,剪碎。用CaCI2/c2H50H/H2O质量比1:2:8的溶液,按浴比1:10,在 75 ̄C下溶解丝素,过滤得到粗液。利用截留分子量1 000以上的透析袋透析三天,2 h换一 次水,然后过滤。将得到的丝素溶液倒进玻璃盖中,晾干使其成膜,剪碎备用[7-8]。 1.2.3纤维素/丝素复合膜的制备 其纤维素溶液与丝素溶液混合质量比lOO/O、90/10、80/20、70/30、60/40E9】。用吸管 吸取5 mL共混溶液浇注到玻璃板上,用包金属铜丝的玻璃棒推拿成膜。硫酸/硫酸铵/水质 量比为10:45:45,配制1 000 mL溶液。将做好的复合膜放入硫酸/硫酸铵的水溶液中1O min,后在乙醇溶液中处理1 h,清水洗涤晾干。 1.3共混膜的性能测试 1.3.1力学性能 用XQ一1纤维强伸度仪测定碱处理麻的强力、伸长率、断裂强度、拉伸曲线。测试条件: 拉伸速度5 mm/min,夹距2 mm[ 】。 1.3.2含水率测试 共混膜在20 ̄C,RH 65%条件下达到吸湿平衡后,取膜,放入ll0 ̄C烘箱中烘干至恒重, 称重,计算共混膜的含水率。 1.3.3热水溶失率 取少量不同比例的纤维素/丝素共混膜,放入烘箱中烘干至平衡,称取共混膜的质量。 纤维素复合膜的热水溶失率可以用下列公式计算: C %= m1.—4-m2-m3×100 —, l 式中:C为纤维素复合膜的热水溶失率;m1为纤维素复合膜烘干后的质量;m:为滤纸烘干 后的质量;m3为1 h后复合膜和滤纸的干重。 1.3.4透湿性测试 透湿性可用绝对透气量表示,采用透杯法测定,即将织物试样覆盖在盛有10 mL蒸馏 水的容器上,在~定温湿度(37 ̄C)的环境内放置一定时间后,根据容器内水量的减少来计 算绝对透气量。 1.3.5 X射线衍射 在D/max-2550PC 18 kW转靶x射线衍射仪上测定。不同比例的复合膜在玻璃的样品架 上,在稳定条件下分析。测试条件:Ni滤波,Cu靶K 射线,管压40 kV,管流40 mA,扫 描速度2。/min,从5。至50。。 2结果与分析 2.1拉伸性能 纤维丝/丝素的质量配比不同,对其复合膜的强力有不同的影响。虽然纤维素是一种很 纤维素科学与技术 第l9卷 好的制膜材料,但是仍然不能在1NSTRON强力仪上测试断裂强度。不同配比纤维素/丝素 共混膜干、湿态时的断裂强力和伸长率变化曲线如图1所示。 Z \ \ 褂 憩 哥 60/40 70/30 80,20 90/l0 1O0/0 纤维素/丝素质量比 纤维素/丝素质量比 图1 纤维素/丝素复合膜的断裂强力和伸长率曲线 从图1可以看出,丝素质量分数为10%时,纤维素/丝素复合膜的断裂强力增加,这是 因为丝素与纤维素分子形成氢键键合,其强力有所增加。随着丝素含量的增加,共混膜的断 加 4 0 裂强力逐渐减小,这是由于过多丝素的混入,使得丝素在与纤维素形成氢键的同时,还能在 其内部形成氢键结合,纤维素与丝素形成的氢键能提高分子链的规整性,而其形成的分子内 氢键增加了无定形区,随着羧甲基壳聚糖比例的增加,形成了大量的分子内氢键,无定形区 占优势,因而结晶度降低,强力减小。随着丝素的增加,丝素分子之间形成的氢键增多,分 子链的规整性降低,断裂伸长率增大。由图可知,随着丝素含量的增加,共混膜的断裂伸长 率逐渐加大,其原因与断裂强力的变化相同。而湿态时变化规律不明显 J。 2.2含水率 根据测试结果计算出不同配比纤维素/丝素共混膜的含水率,其变化趋势如图2所示。 \ \ 横 料 <恤 纤维素/丝素质量比 纤维素/丝素质量比 图2纤维素/丝素复合膜的含水率曲线 图3纤维素/丝素复合膜的热水溶失率曲线 含水率与纤维素分子中游离的亲水基团有关,亲水基团越多,含水率越高。而亲水基团 的多少又与纤维素分子内、分子问氢键的多少有关,即与分子内的结晶程度有关。由图2 可知,丝素的加入使复合膜的含水率增加。这是因为丝素与纤维素分子之间有部分形成氢键, 第3期 李娟等:纤维素/丝素复合膜的制备与性能 65 使纤维素分子的结晶程度趋于完善。随着丝素含量的增加,超过20%后,复合膜的含水率 下降,这是因为丝素与纤维素间氢键达到饱和后,过量的丝素导致在分子内形成氢键,阻碍 分子运动,使得复合膜的含水率下降。但是总体来说,丝素的加入使复合膜的含水率增加。 2-3热水溶失率 纤维素/丝素复合膜热水溶失率随纤维素含量的不同而变化的趋势如图3所示。热水溶 失率与分子的结晶度有关,结晶度越大,热水溶失率越小。由图3可知,随着丝素的加入, 纤维素复合膜的热水溶失率有先下降后上升的趋势。丝素质量分数为10%时,纤维素复合 膜的热水溶失率最低,这是因为纤维素与丝素形成氢键。也说明丝素的加入使纤维素的结晶 度增大,即丝素可以诱导纤维素结晶。随着丝素含量的增加,丝素与纤维素问氢键饱和后, 丝素分子内也形成部分氢键,对纤维素的结晶有阻碍作用;随着丝素含量的进一步增加,分 子内的氢键结合所占优势逐渐明显,而分子内的氢键导致了无定形区的形成,使得其结晶度 下降,纤维素/丝素复合膜的热水溶失率有所增加。 2.4透湿性 根据测定结果及透湿量计算公式计算出不同配比复合膜的透湿量。透湿性是用孔径为 1.21 cm的玻璃瓶测试的。复合膜透湿量随时间的变化如图4所示,各个配比复合膜的透湿 量都随着时间的延长逐渐下降,在9 h之前的一段时间内,透湿量减少较为显著,当超过9 h 之后,透湿量随时间延长而下降的幅度逐渐减小并趋于稳定。100/0和70/30的测试数据相 对误差较大。透湿性反映了共混膜通过水蒸汽的能力,结晶度大的共混膜结构致密,不利于 水分子的通过,透湿量小。纯的纤维素膜的无定形区大,有利于水分子的吸收和运动,因此 透湿量最大,透湿性最好。当丝素质量分数为10%时,由于纤维素与丝素之间形成了大量 的氢键,共混膜的结晶度增大,故透湿量最小,透湿性最差。当丝素质量分数为20%- ̄-40% 时,由于纤维素与丝素氢键饱和,丝素分子自身的无定形区使得透湿量增加。 240 200 \ ‘ ng 、=, \ 槲160 120 80 O 3 6 9 12 15 18 叫唧 时间/h 纤维素/丝素质量比 图4纤维素/丝素复合膜的透湿率曲线 图5纤维素/丝素复合膜的透湿量曲线 在同一时间内,透湿量随丝素含量变化的规律不明显,不同含量纤维素的复合膜的透湿 量在同一时间内随纤维素含量的变化如图5所示,当丝素质量分数小于10%时,共混膜透 湿量随丝素含量的增加而逐渐降低,当丝素质量分数在20% ̄40%范围时,透湿量随着丝素 含量的增加而增大,所有配比的纤维素/丝素复合膜,其透湿量都随着时间的延长而逐渐降 低,从而进一步验证了上述对图4的分析。 纤维素科学与技术 第19卷 2.5 x射线衍射分析 从图6可见,纯纤维素在20=11.920。、20.240o和 21.441。出现明显的衍射吸收峰,在11.920。的衍射峰 为纤维素I的特征峰,20.240。的吸收峰是纤维素lI (折叠链结构)的特征峰。与丝素共混后,纤维素/ 丝素复合膜的两个明显吸收峰出现的位置没有明显的 变化,说明纤维素与丝素的相容性较好,并没有出现 较明显的丝素特征峰,峰的高度随着丝素含量的增加 有变化。当丝素质量分数为10%时,纤维素/丝素复 合膜的峰高度较纯纤维素高,说明丝素质量分数为 图6不同比例共混膜的x射线衍射图像 10%时,丝素诱导纤维素结晶,使复合膜的结晶度增大。但是丝素质量分数为20%--40%时, 峰的高度较纯纤维素的较低,说明复合膜的结晶度有所下降。可见,随着丝素含量的增加, 复合膜的结晶度有先增大后减小的趋势。因为混入少量的丝素能与纤维素之间形成氢键,提 高了分子间的规整性,随着丝素的加入,过量的丝素之间又会形成氢键结合,降低了分子间 的规整性。从图6可以看到,不同配比纤维素/丝素复合膜的结晶度( )的大小顺序为: 90/10>1o0/0>80/20>70/30>60/40。 3 结论 纤维素/丝素复合膜在丝素质量分数为10%时断裂强力有所增加,断裂伸长率降低;进 一步增加丝素含量,断裂强力减小,断裂伸长率增加,含水率减小,溶失率有增加的趋势。 x射线衍射分析验证了纤维素与丝素的相容性较好。当丝素质量分数为10%时,纤维素/ 丝素复合膜的衍射峰较纯纤维素高,表明丝素质量分数为10%时,丝素诱导纤维素结晶, 使复合膜的结晶度增大。随着纤维素溶液中丝素含量的增加,复合膜的结晶度有先增大后减 小的趋势。这一结果与复合膜的力学性能相一致。 参考文献: 【1] 汪怿翔,张俐娜.天然高分子材料研究进展[J].高分子通报,2008(7):66—76. 【2】 段丽艳,王春鹏,储富祥.纤维素基可生物降解共混高分子材料的制备和性能[J].高分子材料科学与 工程,2008,24(9):32.35. [3】 吴翠玲,李新平,秦胜利.纤维素溶剂研究现状及应用前景[J].中国造纸学报,2004,l9(2):171. [4】 李明忠,卢神州,李丛新,等.复合丝素膜的制备[J].纺织学报,1998,19(6):45-46. [5]Park S T,Lee K Ha W H,et a1.Structural changesand their effect on mechan ical prope rties of silk ifbroirdchitosam blends[J].J Appl Polym Sci,1999,74:2571-2575. [6 谈敏,李临生.敷料与人工皮肤技术研究进展[6】J].化学通报,2000,63(1 1):7-12. [7】 马芳,朱良均,邹凤竹.丝素/明胶共混膜的结构与溶解性能的初探[J】.蚕业科学,2005,3l(3):306.310 【8】 Qi H,Chang C,Zhang L.Effects of temperature and molecular weight on dissolution of celllosue in NaOH/urea aqueous solution[J].Cellulose,2009,15(6):779—787. 【9】 周金平,张俐娜,杜予民,等.氢氧化钠/尿素水体系制备甲壳素/纤素共混材料的方法:中国, 1389504A[P】.2003.01.08. 第3期 李娟等:纤维素/丝素复合膜的制备与性能 67 [10]李明忠,吴徵宇,卢神州,等.多孔丝素膜的研制及性能研究[J]_丝绸,2001(3):10—13 Preparation and Properties of Cellulose-Silk Compound Membrane LI Juan ,HE Jian.xin1,2冰 (Textile School,Donghua University,Shanghai 201 620,China; 2.Key Laboratory of Functional Textiles,The Education Department of Henan Province, ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou451191,China) Abstract:cellulose—silk compound membrane was prepared by solvent.casting method with cellluose and silk.The optimization ratio of compound membrane iS 90%of cellulose and 1 0%of silk in blend membrane.The mechanical properties and aqueous stability and water vapor permeability coefifcient of the compound membrane were obviously improved contrary to a single component membrane because of the strong hydrogen bonding interaction and good compatibility between cellulose and silk.X.ray difraction was veriifed crystallization properties further. Key words:cellluose;silk;compound membrane (上接第61页) Study on Application of Radiation in Preparing of Cationic Flocculants MA Hong—wei,DU Xian-feng木 (College ofTea and Food Science and Technology,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China) Abstract:The cationic flocculant modiifed straw were made by irradiation.and discussed it's lfocculation effect to kaolin macroporous,then tested the ratio of Acrylamide monomer matching to straw after processing,the solution concentration of LiC1/DMAc.and the affect of radiation doses of irradiation change The cationic flocculant modified straw.Determined the ratio of r Acrylamide monomer amtching to straw after processing was 3:2,the solution concentration of LiCL/DMAc was 10 gCmL,when the radiation doses of irradiation was 9 kGV.50%cationic lfocculantmodi丘ed strawwerebeenmade.andteh removalofkaolinmacroporousupsto 63%. Key words:rice stalks:irradiate;graft copolymerization;cationic flocculants 

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