基于ITO-羊毛角蛋白溶液的复合功能材料制备及应用研究

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羊毛角蛋白质纤维作为人类利用较早的天然纤维材料之一,羊毛纤维具有众多的其它纤维无法比拟优良性能,成为纺织工业发展以来的重要原料。由于羊毛品质和纺织技术的限制,每年都有大量的短纤维、粗纤维被废弃。为了减少羊毛角蛋白资源的浪费和对环境的污染,研究人员广泛的关注和重视羊毛角蛋白质溶液制备方法的研究,但由于角蛋白质其独特的网状结构,使其对溶剂的选择要求较高,目前溶解羊毛角蛋白纤维的方法都存在问题,如工艺复杂、制成率低、溶液浓度低和二次污染等,限制了其应用领域。本文首先采用了一种新型的绿色溶剂离子液体对羊毛进行溶解制得的羊毛/离子液体溶液体系。其次,利用化学共沉淀法制备超细ITO粉体。最后,将制备的ITO粉体加入羊毛/离子液体溶液体系,并在凝固剂中再生出复合功能角蛋白膜材料。主要研究了离子液体种类,溶解温度和羊毛纤维浓度对羊毛溶解性能的影响,确定了最佳溶解工艺条件:离子液体种类为[AMIM]+.Cl-,羊毛与离子液体质量比为10wt.%,溶解温度为130℃。通过FT-IR、 TGA、XRD和SEM分析手段探究了离子液体溶解羊毛的机理,结果表明离子液体对羊毛角蛋白纤维有较好的溶解性能,再生过程中羊毛角蛋白构象由α-螺旋结构转变成p-折叠结构,同时溶解过程中因发生氧化反应使部分二硫键被打破,降低再生膜的热稳定性。而且离子液体的回收率达到95%,溶解能力几乎没有变化。其次考查了ITO粉体制备过程中影响晶体结构的因素:pH值、反应温度、锻烧温度和铟锡原子数量比,采用XRD和TEM分析手段对其表征,确定了最佳工艺条件为:反应温度为70℃,铟锡原子比为10:1,终点pH值为7,锻烧温度为600℃。在此条件下制备的纳米ITO粉体具有结晶性最佳的立方铁锰矿型结构,且颗粒基本上都是呈立方棒状形态,粒径在50nm-100nm之间。最后研究了纳米ITO-羊毛蛋白复合材料的光学和电学特性,结果表明复合材料具有较低的方块电阻为0.39kΩ/□,由复合角蛋白溶液处理的涤纶织物具有较低峰值电压和较低静电压半衰期分别为651V和0.53s,表现出良好的抗静电性,而且在250-400nm的整段紫外波长内ITO-羊毛角蛋白复合膜的紫外线透过率都有所降低,且最大UPF达到43.78,具有良好抗紫外性能。
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