[发明专利]一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对上述问题，本发明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，本发明的技术解决方案为，

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，本发明的技术特点在于：

(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，而本发明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；