丝胶组分和高湿后处理对静电纺丝素纤维结构与性能的影响

利用静电纺丝法制备了再生丝素和再生丝素/丝胶蛋白纤维,并对所得纤维进行了高湿后处理。采用扫描电镜分析了丝胶蛋白和高湿后处理对静电纺再生丝素蛋白纤维形貌的影响,采用拉曼光谱、X射线衍射和热失重分析研究了所得纤维微细结构及热性能。研究结果表明,添加丝胶蛋白有利于降低静电纺再生丝素蛋白纤维的直径及其分布,而高湿后处理对纤维的形貌没有明显影响;添加丝胶蛋白和/或高湿后处理有利于促进丝素发生向β-折叠构象的转变,并使纤维的结晶结构得到改善,从而进一步提高纤维的热稳定性。     

静电纺再生丝素纳米纤维:纤维直径分布与力学性能

采用静电纺丝的方法研制了再生丝素纳米纤维(ERSF)膜,纤维直径为50～1000nm.将脱胶后的桑蚕丝溶解在摩尔比为1:2:8 的60℃CaCl2/CH3CH2OH/H2O三元体系中,将该溶液冷冻干燥后溶解在98%的甲酸中得到再生丝素溶液,对其进行静电纺丝.研究了不同纺丝条件下,静电纺再生丝素纤维的直径分布.研究发现:在一定的电压和喷丝头与接收屏的距离(C-D)下,7wt%是具有良好可纺性的临界浓度.纤维的直径随着溶液浓度的增加而增大,随着C-D的增加而减小,并且在C-D较大时可以获得较均匀的纤维.电压是另一个影响纤维直径的重要因素,当电压高于某一数值时,可以纺得细而均匀的纳米级再生丝素纤维.在9wt%,12cm C-D and 15KV 的纺丝条件下,80%的纤维直径在50～150nm之间.由于所纺得的再生丝素纤维膜在水中会产生收缩,因此用甲醇和丙酮对其进行处理.力学性能是影响纤维膜实际使用的重要性能,我们测定和分析了静电纺再生丝素纤维膜处理前后的力学性能.     

载药电纺丝素蛋白纤维毡的结晶含量对其药物释放的影响

以水溶液体系的再生丝素蛋白为原料,利用静电纺丝技术制备了载罗丹明B的丝素蛋白纤维毡。利用甲醇水溶液对其进行后处理,考察了不同处理时间下丝素蛋白的结晶含量对药物释放的影响。通过水溶性质量损失率、接触角、扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射光谱及紫外光谱对处理前后的丝素蛋白纤维毡的表面形貌和结构以及药物释放行为进行了表征。结果表明,随着甲醇水溶液处理时间的延长,电纺丝纤维的质量损失率减小,亲水性减弱,丝纤维中的Silk II结晶(由β-折叠结构组成)含量增加,药物释放速率也增加。即通过控制处理时间,可以控制丝纤维中Silk II结晶的含量,从而控制药物的释放速率。     

仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝(Ⅰ)——工艺参数及结构特性

制备出了与蚕腺体内纺丝液浓度和后部丝腺pH值相近的再生丝素蛋白水溶液,利用静电纺丝技术模仿蚕在空气中吐丝的过程得到了再生丝素蛋白纤维.所得纤维的直径在350～4200nm之间,平均直径1700nm.通过正交实验方法考察了各种因素对纤维形态、直径及直径分布的影响,结果表明:所施电压对纤维的形态影响最大;溶液浓度对纤维的直径影响最大;喷头与接受板间距离对纤维直径的分布影响最大.实验得出了一个较好的静电纺丝条件为浓度30%,电压40kV,喷头与接受板间距离20cm.采用拉曼光谱、X衍射、DSC对再生丝素蛋白纤维进行了表征,发现再生丝素蛋白纤维中含有少量的Silk I结晶结构,主要以无定形结构为主,这与天然蚕丝的半结晶结构相比尚有差异.     

仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝（Ⅱ）——pH值的影响

制备了与蚕体内相近浓度的再生丝素蛋白水溶液并模仿其腺体内不同部位的pH值(从6.9～5.2)对溶液进行了调节,研究了不同pH下丝素蛋白水溶液的流变性能,并对溶液进行了静电纺丝的尝试.研究结果表明,随着pH值的下降,体系的表观粘度增大,对剪切的敏感性提高;利用静电纺丝技术成功获得了平均直径在700nm的丝纤维,通过拉曼光谱、X衍射、DSC对再生丝素蛋白纤维的结构进行了表征,发现再生丝素蛋白纤维主要是无规卷曲或silk Ⅰ结构,pH值的降低,有利于静电纺丝纤维从无规卷曲或silk Ⅰ结构向silk Ⅱ结构转变.     

再生丝素蛋白水溶液静电纺丝性能的研究

运用静电纺丝方法,从再生蚕丝素蛋白水溶液中制得了念珠状的、圆形的或扁平状的超细再生丝,纤维的直径在100～900nm之间,平均为700nm.溶液浓度和电压强度对静电纺丝性能的影响很大,当纺丝液浓度为28%（质量分数）,电压为20kV,喷射距离为 11cm时,可制得具有光滑表面的圆形再生丝.大角X衍射（WAXD）测试结果认为,静电纺再生丝中含有α螺旋和β-折叠结构,但其结构既不同于无定型丝素膜,也不同于天然蚕丝纤维,介于二者之间.     

聚丁二酸丁二醇酯调控丝素蛋白超细纤维膜形貌及其力学性能

为了改善静电纺再生丝素蛋白(SF)纤维膜的力学性能,通过静电纺丝技术制备丝素蛋白(SF)/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合超细纤维膜。通过对用甲醇处理后的具有不同共混比例的超细纤维膜进行FE-SEM、FTIR、XRD和DSC观察测试,分析比较了不同共混比例的复合超细纤维膜的形貌、结构,并进行力学性能测试。结果表明:随着聚丁二酸丁二醇酯共混质量比的增加,复合超细纤维的平均直径从289 nm增大到425 nm;复合超细纤维的结晶性能随之提高;复合超细纤维膜的拉伸破坏应力先减小后增大,拉伸破坏应变逐渐增加;当共混质量比为50/50时,复合超细纤维膜表现出良好的力学性能,拉伸破坏应力接近于16 MPa,破坏应变达到50%。聚丁二酸丁二醇酯可有效调控丝素蛋白超细纤维膜的形貌、结构和力学性能。     

仿生制备的再生丝素蛋白水溶液的静电纺丝（Ⅲ）-金属离子的影响

通过添加在家蚕丝腺体中含量较多的钾、钙、镁3种金属离子,研究了不同种类的金属离子对丝素蛋白水溶液的流变性能及静电纺丝的影响.研究结果表明,添加K 后溶液的表观粘度较大,而含Ca2 和Mg2 的丝素溶液粘度较小;分别加入0.225mol/L K 、Ca2 和Mg2 后,再生丝素蛋白水溶液在pH为6.0浓度为30%时都可通过静电纺丝法成纤.对于添加了0.225mol/L的混合金属离子的pH为6.0的再生丝素蛋白水溶液而言,丝素溶液的静电纺丝可纺浓度在27%～35%之间,随着丝素浓度的增加,所制纤维的平均直径增大,直径分布变宽.通过拉曼光谱、X衍射、DSC对再生丝素蛋白纤维的结构进行了表征,发现再生丝素蛋白纤维中已含有少量的Silk Ⅱ结构,主要是无定形结构.     

不同剪切速率下高浓度再生丝素蛋白水溶液性质与结构的研究

主要研究了不同剪切速率下,丝素蛋白浓度、pH值、钙离子和丝胶含量对高浓度再生丝素蛋白水溶液性质的影响,并采用偏光显微镜和拉曼光谱对剪切前后的溶液结构进行了观察分析.结果表明,高浓度再生丝素蛋白水溶液经过一定的剪切作用后呈现出各向异性的特点,且随着各种因素的调节,溶液出现各向异性的临界剪切速率也随之改变.同时,在一定的剪切条件下,高浓度再生丝素蛋白水溶液中的丝素蛋白分子可发生由无规卷曲向α-螺旋构象的转变,并有进一步形成β-折叠构象的趋势.     

丝素蛋白基纺织材料及其在生物医学领域的应用

丝素蛋白是一种天然蛋白质聚合物,可从蚕茧中提取,已在纺织工业领域使用了数千年。随着对可植入和可降解生物材料需求的增大,丝素蛋白材料凭借优良的生物相容性、生物降解性、非免疫原性,以及来源丰富,并可与其他生物材料协同作用形成具备独特性能的生物复合材料等优势,在生物医学领域越来越受到人们的关注。以丝素蛋白纤维为基础的生物医用纺织材料的多功能性和可持续性为通过环保方法定制生物材料以满足特定生物医学应用提供了新的研究思路与解决方案。天然丝素蛋白纤维可通过蚕丝脱胶得到,经溶解后可制成再生丝素蛋白溶液,而再生丝素蛋白溶液可进一步通过不同的成型方式得到再生丝素纤维材料。根据生物医学领域的实际应用需求,丝素蛋白纤维可经机织、针织、编织、非织、静电纺、三维打印等多种技术手段制成一维、二维或三维生物医用纺织品,在组织工程支架、药物缓释载体和生物传感器等生物医学领域具有广阔的应用前景。但是,目前丝素蛋白纺织材料的力学性能、持久性等方面还存在一定的劣势,且特异生物功能性表现不佳,如血溶性、细胞粘附、骨整合以及细胞分化引导等方面,在一定程度上限制了丝素蛋白纺织材料在生物医学领域的应用。为了扩展丝素蛋白纺织材料在生物医学领域的应用,通常需要在保留其优越固有特性的条件下,对丝素蛋白纺织材料进行功能修饰,增强固有功能或引入新功能。目前,丝素蛋白材料功能修饰的方法主要有四种:内在功能修饰、丝素蛋白纤维表面修饰、丝素蛋白纤维与其他功能纤维混纺修饰、再生丝素蛋白纺丝前直接混合改性处理。经过功能修饰的丝素蛋白材料可有效引导细胞响应与功能表达,增强力学性能,以达到促进伤口愈合和组织器官修复的目的。本文重点介绍了近年来不同形态的一维、二维和三维丝素蛋白基纺织材料在生物医学领域的研究进展,对丝素蛋白材料的结构和基本性质进行了介绍,归纳了丝素蛋白纺织材料功能性的修饰方法,并对丝素蛋白基生物医用纺织材料的发展前景进行了展望。     

固化处理对木材液化物碳纤维原丝的微观构造及热稳定性影响

以木材液化物和六次甲基四胺为原料, 利用熔融纺丝法制备初始纤维。将初始纤维置于甲醛和盐酸混合液中进行固化处理制成木材液化物碳纤维原丝。考察了固化处理对木材液化物碳纤维原丝的孔隙结构、 晶态结构及热稳定性的影响。结果表明: 初始纤维和原丝的吸附等温曲线属于 Ⅱ 型吸附等温线, 初始纤维和原丝比表面积分别为0.517 m²·g^-1和0.142 m²·g^-1。杉木木粉中具有典型的纤维素 Ⅰ 晶体衍射峰; 初始纤维和原丝中纤维素 Ⅰ 特征峰消失, 且18.8°附近出现新的衍射峰, 说明形成了新的晶态物质; 原丝中18.8°附近的特征衍射峰增强, 结晶度提高。初始纤维失重率为88.3%, 原丝为60%, 初始纤维到原丝表观活化能由31.31 kJ·mol^-1增大到39.18 kJ·mol^-1, 原丝热稳定性提高。     

等规聚丙烯卷绕丝的结构与性能的关系EI

研究了聚丙烯的分子量、分子量分布、纺丝温度和纺丝速度等因素对聚丙烯纤维结构和性能的影响,结果表明上述因素主要是通过卷绕丝的结构形成来影响其性能的。纤维的力学性质不能简单地通过双折射来归一化,而是与纤维的结晶形态有密切的关系,表现出相当的复杂性,次晶结构和α-晶型卷绕丝的力学性质有显著的差别。     

Conformation transition of Bombyx mori silk protein monitored by time-dependent fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy: effect of organic solvent

The conformation transition from random coil and/or helix to β-sheet of silk protein is the most important step in the formation of silk fiber in nature as well as by artificial spinning. Time-dependent Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy was used in this research to monitor such a conformation transition process induced by the organic solvents methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and acetone. The kinetics of β-sheet formation of regenerated Bombyx mori silk fibroin in these organic solvents was obtained by the Δabsorbance-time curve from the time-dependent difference infrared spectra. The results showed that the conformation transition rate of silk fibroin was methanol > ethanol > acetone > propanol > isopropanol, which is in accordance with the polarity of these organic solvents. In connection with the mechanical properties and morphologies of regenerated silk fibers using these organic solvents as coagulation bath reported in the literature, we may conclude that the conformation transition rate of silk protein in the organic solvent is very important in wet-spinning to produce high-performance regenerated silk fibers.     

Synthesis and phase evolution of electrospun antiferroelectric lead zirconate (PbZrO3) nanofibers

Lead zirconate (PbZrO₃; PZO) fibers were synthesized by the electrospinning method using a solution that contained 5 wt% poly(ethylene oxide) (PEO) in ethanol and a sol–gel solution of PZO. Some parameters varied, for example, the ratio between PEO and PZO, concentrations of the precursor solution, flow rate, and calcination temperature. The as-spun and calcined PZO/PEO composite fibers were characterized by TG-DTA, X-ray diffraction, FT-IR, SEM and TEM. PZO fibers were obtained successfully with a well-developed perovskite structure after as-spun PZO/PEO composite fibers were calcined using the PZO/PEO volume ratio of 10:3 at a PZO concentration of 1.0 M at 650 °C for 4 h. Stable nanofibers were produced with an average diameter of 300 ± 64 nm. Additionally, the PZO fibers showed a Curie temperature that rose by nearly 13 °C, when comparing with a normal PZO particle.     

Preparation and characterization of electrospun nanofibers based on silk sericin powders

The present contribution reports the fabrication and characterization of silk sericin (SS) nanofibers via electrospinning. The function of solution concentration on morphological appearance and average diameter of the electrospun SS membranes was investigated by scanning electron microscopy. The structure and physical properties were observed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), and thermogravimetric analysis (TG). All beads were acquired in lower concentration of SS solution, 1.3–8.5 wt% of SS solutions, and beaded fibers were produced from 9.6, 11.7, 14.2, and 16.5 wt% of SS solution. The perfect nanofibers acquiring average diameters of 145 and 184 nm were fabricated from 20.9 to 22.9 wt% of SS solution, respectively. Results from FT-IR showed that in the as-spun fibers, SS was present in a random coil conformation, while after heat treatment, the molecular structure of SS was transformed into a β-sheet containing structure. DSC and TG analysis illustrated that trifluoroacetic acid can be eliminated by heating. The availability of SS nanofibers introduces a new set of possible uses of these amazing fibers at a scale not explored before. New uses include small diameter fibers for cell proliferation purposes, nanocomposite reinforcing fibers for nanotechnology, wound dressing, scaffolds for tissue engineering, and other biomedical applications.     

干法纺丝法制备低氧含量SiC纤维

通过粘度、凝胶含量和XRD等手段研究了聚碳硅烷(PCS)纺丝原液的干法纺丝性能和干纺PCS纤维的自交联过程, 并对所制得的低氧含量SiC纤维的组成、结构和性能进行了表征. 结果表明, PCS/二甲苯纺丝原液的最佳纺丝粘度范围在18.0～22.0Pa·s; 干纺PCS纤维在烧成温度超过250℃后开始发生自交联反应, 在烧成温度超过550℃后, 干纺PCS纤维完全交联形成了“不熔不溶”的网状结构; 干法纺丝法制备得到的SiC纤维与空气不熔化法制得的SiC纤维相比, 氧含量大幅降低, 仅在3.6wt%左右, 结晶度较高, 其耐高温抗氧化性也有明显的改善.     

Electrospun ultra-fine silk fibroin fibers from aqueous solutions

By using electrospinning technique, beaded, cylinder shaped and ribbon like ultra-fine silk fibroin (SF) fibers were obtained from its concentrated aqueous solution under different processing conditions. These fibers had an average diameter of 700 nm and were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Wide-angle X-ray diffraction (WAXD) and Raman spectroscopy. It was found that the morphology and the secondary structure of the as-spun SF fibers were strongly influenced by the solution concentration, as well as the processing voltage. By adjusting these technological parameters, β-sheet conformation and silk II crystal structure of the SF fibers can be formed without any post-treatment.     

铋粉对PP熔融流变性能及成纤性能的影响

采用熔融共混法制备铋/聚丙烯共混材料(Bi/PP),利用旋转流变仪对其熔融流变特性进行测试分析。再通过熔融纺丝法制备初生纤维,采用扫描电镜、单纤维强力仪等对初生纤维的结构及性能进行表征。研究表明:共混材料表现非牛顿流体特性;共混材料的表观黏度与温度及剪切速率呈负相关;相同温度下,随铋粉含量增加,共混物的表观黏度也相应上升,铋粉在PP基体中的分散性较好但团聚增多,初生纤维内部孔隙结构增多,力学性能有所降低。