CN105063995B - 一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法 - Google Patents
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Abstract
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。本发明的一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法是将天然蛋白纤维经过天然蛋白纤维预处理、改性溶液的制备、铵盐分子嵌入天然蛋白纤维、铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维的清洗、微牵伸和热定型得到拉伸力学性能增强的天然蛋白纤维。本发明实现了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，通过本发明制备的天然蛋白纤维断裂强度增加30‑80%，断裂伸长率增加60‑120%，杨氏模量增加30‑70%。本发明的制备方法工艺设备简单，无需特殊设备，成本较低，对生态环境无污染，可控性高，易于实现工业化生产，具有很大的应用前景。
Description
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***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***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；
(2)天然蛋白纤维经过预处理后，放入由去离子水、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组成的混合溶液中，经过高温高压浸泡和溶胀处理后，铵盐分子嵌入天然蛋白纤维无定形区的大分子之间和孔隙中。当铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维经过微牵伸和热定型后，铵盐分子的铵根离子在天然蛋白纤维的无定形区大分子之间与天然蛋白质大分子中-NH-基团形成了比较稳定的氢键作用力，构成了微交联结构。另外，天然蛋白纤维的无定形区的孔隙中较多的铵盐分子会结晶在一起形成直径为20-180nm的纳米微球，纳米微球上的铵根离子与天然蛋白质大分子中-NH-基团也可以形成氢键，从而将多个天然蛋白质大分子链通过纳米微球连接在一起。在拉伸过程中，天然蛋白纤维的无定形区的大分子不断被拉伸和相互滑移，铵根离子与天然蛋白质大分子之间也产生相对的滑移，当它们之间的氢键断裂后，铵根离子会在新的位置上与临近的-NH-基团形成新的氢键，而拉伸过程中纳米微球的自旋转，增加了天然蛋白质大分子之间的滑移位移。因此，在拉伸过程中，铵根离子与天然蛋白质大分子之间的强氢键力及其相互滑移断裂后的再形成以及铵盐纳米微球的自旋转导致天然蛋白纤维的断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率同时增强。
(3)通过本发明得到断裂强度增加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。
本发明提供了一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，通过该方法得到断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率同时增强的天然蛋白纤维，为增强天然蛋白纤维开辟了一条新的途径。该制备方法工艺设备简单，成本较低，对生态环境无污染，可控性高，具有很大的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体详细描述。
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，采用无水***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***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。
存储和运输的过程容易导致天然蛋白纤维表面粘附油迹和尘埃，严重阻碍改性溶液在天然蛋白纤维表面的浸润和铺展，进而影响铵盐分子对天然蛋白纤维表面的吸附，不利于其向天然蛋白纤维无定形区的扩散。因此，采用无水***对天然蛋白纤维进行虹吸循环清洗，以去除天然蛋白纤维表面的杂质。
b改性溶液的制备
按如下质量百分比：
将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、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、丙酮和相对分子量为200-1000的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放入导电率≤16μS/cm的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。
铵盐是天然蛋白纤维获得高断裂强度、高杨氏模量和高断裂伸长率的增强体。含酰胺键的极性溶剂与丙酮会对天然蛋白纤维进行一定的溶胀，从而增大天然蛋白纤维无定形区大分子之间的距离，进而有利于铵盐分子的扩散和嵌入。少量低相对分子量阴离子型表面活性剂的添加，可以进一步提高天然蛋白纤维表面的浸润性并提供通道，加快铵盐分子在天然蛋白纤维表面的吸附和扩散。
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无定形区的大分子之间，得到铵盐分子嵌入的天然蛋白纤维。
在高温高压和溶胀的作用下，天然蛋白纤维的无定形区大分子之间的距离增大，改性溶液中铵盐分子的扩散速度加快，动能增大，进而促使其更好地扩散至天然蛋白纤维无定形区的大分子之间，最终达到增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的目的。
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。
当铵盐分子嵌入天然蛋白纤维后，将其放入温度为18-32℃的去离子水中进行清洗1-5min，去除天然蛋白纤维表面的铵盐分子。然后，将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热定型1-2h，以去除天然蛋白纤维的内应力，固定铵盐分子与天然蛋白质大分子之间的氢键效应，实现天然蛋白纤维拉伸力学性能的最大程度增强。在铵盐分子扩散至天然蛋白纤维无定形区的过程中，温度、改性溶液、高压和溶胀等一系列的环境条件导致天然蛋白纤维产生内部应力，如不去除，将导致铵盐无法发挥出最强的增强效果。
本发明专利制备的天然蛋白纤维的增强原理如下：
首先，铵盐分子扩散至天然蛋白纤维无定形区的大分子之间，铵根离子中的N原子带有比较大的电负性，易与天然蛋白质大分子上的-NH-基团形成氢键，从而在天然蛋白无定形区大分子之间形成了比较稳定的氢键作用力，构成了微交联结构，导致天然蛋白纤维的断裂强度和杨氏模量增加。在拉伸过程中，无定形区的大分子不断被拉伸和相互滑移，铵盐分子与大分子之间也产生相对的滑移，当他们之间的氢键断裂后，铵根离子会在新的位置上与临近的-NH-基团形成新的氢键，从而导致天然蛋白纤维的断裂伸长率也增大。
其次，铵盐分子扩散至天然蛋白纤维无定形区的孔隙中，经过清洗、微牵伸和热定型之后，较多的铵盐分子会结晶在一起形成尺度为20-180nm的纳米微球，纳米微球上的铵根离子与天然蛋白质大分子中-NH-基团也可以形成氢键，从而将多个天然蛋白质大分子链通过纳米微球连接在一起。在拉伸过程中，纳米微球的刚性可以增加天然蛋白纤维的断裂强度和杨氏模量，而拉伸过程中纳米微球的自旋转，增加了天然蛋白质大分子之间的滑移位移，从而增加了天然蛋白纤维的断裂伸长率。
下面结合具体实施例对本发明的一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法做进一步详细描述：
实施例1
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将蚕丝纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗1h后放入温度为80℃干燥箱中干燥1h直至蚕丝纤维表面的***去除，得到预处理后的蚕丝纤维，其中，蚕丝纤维的虹吸循环清洗次数为20次。
b改性溶液的制备
将70g硝酸铵、10g甲酰胺、4.5g丙酮和0.5g相对分子量为200的硫酸酯盐表面活性剂放入导电率为16μS/cm的15g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25℃并机械搅拌3h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为800r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的蚕丝纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为80℃、气压为0.101Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理1h，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蚕丝纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的蚕丝纤维；
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蚕丝纤维放入温度为18℃的去离子水中进行清洗，清洗1min后将铵盐分子嵌入的蚕丝纤维的长度牵伸伸长5％，然后放入温度为65℃的鼓风干燥箱中干燥1h，得到断裂强度增加30％，断裂伸长率增加60％，杨氏模量增加30％的蚕丝纤维。
实施例2
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将羊毛纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗2h后放入温度为85℃干燥箱中干燥2h直至羊毛纤维表面的***去除，得到预处理后的羊毛纤维，其中，羊毛纤维的虹吸循环清洗次数为30次。
b改性溶液的制备
将60g氯化铵、8gN,N-二甲基甲酰胺、1.5g丙酮和0.5g相对分子量为400的磺酸盐表面活性剂放入导电率为14μS/cm的30g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至50℃并机械搅拌4h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为1100r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的羊毛纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为90℃、气压为0.151Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理2h，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羊毛纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的羊毛纤维；
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羊毛纤维放入温度为22℃的去离子水中进行清洗，清洗2min后将铵盐分子嵌入的羊毛纤维的长度牵伸伸长6％，然后放入温度为70℃的鼓风干燥箱中干燥2h，得到断裂强度增加40％，断裂伸长率增加70％，杨氏模量增加40％的羊毛纤维。
实施例3
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将羊毛纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗4h后放入温度为90℃干燥箱中干燥1h直至羊毛纤维表面的***去除，得到预处理后的羊毛纤维，其中，羊毛纤维的虹吸循环清洗次数为40次。
b改性溶液的制备
将28g硫酸铵、8gN,N-二甲基乙酰胺、3.7g丙酮和0.3g相对分子量为600的磷酸酯盐表面活性剂放入导电率为14μS/cm的60g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至75℃并机械搅拌5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为1400r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的羊毛纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为100℃、气压为0.201Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理3h，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羊毛纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的羊毛纤维；
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羊毛纤维放入温度为24℃的去离子水中进行清洗，清洗3min后将铵盐分子嵌入的羊毛纤维的长度牵伸伸长7％，然后放入温度为75℃的鼓风干燥箱中干燥1h，得到断裂强度增加60％，断裂伸长率增加90％，杨氏模量增加50％的羊毛纤维。
实施例4
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将羽绒纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗5h后放入温度为80℃干燥箱中干燥2h直至羽绒纤维表面的***去除，得到预处理后的羽绒纤维，其中，羽绒纤维的虹吸循环清洗次数为50次。
b改性溶液的制备
将5g硫酸氢铵、2g甲酰胺、2.8g丙酮和0.2g相对分子量为800的硫酸酯盐表面活性剂放入导电率为13μS/cm的90g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至98℃并机械搅拌3h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为1700r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的羽绒纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为110℃、气压为0.270Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理4h，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羽绒纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的羽绒纤维；
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羽绒纤维放入温度为26℃的去离子水中进行清洗，清洗4min后将铵盐分子嵌入的羽绒纤维的长度牵伸伸长8％，然后放入温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥2h，得到断裂强度增加50％，断裂伸长率增加100％，杨氏模量增加60％的羽绒纤维。
实施例5
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将兔毛纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗2h后放入温度为85℃干燥箱中干燥1h直至兔毛纤维表面的***去除，得到预处理后的兔毛纤维，其中，兔毛纤维的虹吸循环清洗次数为20次。
b改性溶液的制备
将1g碳酸铵、0.5gN,N-二甲基甲酰胺、0.9g丙酮和0.1g相对分子量为1000的磺酸盐表面活性剂放入导电率为12μS/cm的97.5g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25℃并机械搅拌4h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为2000r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的兔毛纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为120℃、气压为0.101Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理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兔毛纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的兔毛纤维；
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兔毛纤维放入温度为28℃的去离子水中进行清洗，清洗5min后将铵盐分子嵌入的兔毛纤维的长度牵伸伸长9％，然后放入温度为85℃的鼓风干燥箱中干燥1h，得到断裂强度增加60％，断裂伸长率增加100％，杨氏模量增加70％的兔毛纤维。
实施例6
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将牦牛毛纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗3h后放入温度为90℃干燥箱中干燥2h直至牦牛毛纤维表面的***去除，得到预处理后的牦牛毛纤维，其中，牦牛毛纤维的虹吸循环清洗次数为30次。
b改性溶液的制备
将70g碳酸氢铵、10gN,N-二甲基乙酰胺、4.5g丙酮和0.5g相对分子量为200的磷酸酯盐表面活性剂放入导电率为11μS/cm的15g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至50℃并机械搅拌5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为2300r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的牦牛毛纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为130℃、气压为0.151Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理1h，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牦牛毛纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的牦牛毛纤维；
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牦牛毛纤维放入温度为30℃的去离子水中进行清洗，清洗1min后将铵盐分子嵌入的牦牛毛纤维的长度牵伸伸长10％，然后放入温度为90℃的鼓风干燥箱中干燥2h，得到断裂强度增加80％，断裂伸长率增加120％，杨氏模量增加70％的牦牛毛纤维。
实施例7
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将蚕丝纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗4h后放入温度为80℃干燥箱中干燥1h直至蚕丝纤维表面的***去除，得到预处理后的蚕丝纤维，其中，蚕丝纤维的虹吸循环清洗次数为40次。
b改性溶液的制备
将40g磷酸铵、7g甲酰胺、2.2g丙酮和0.8g相对分子量为400的磷酸酯盐表面活性剂放入导电率为9μS/cm的50g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至75℃并机械搅拌3h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为2600r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的蚕丝纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为80℃、气压为0.201Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理2h，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蚕丝纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的蚕丝纤维；
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蚕丝纤维放入温度为32℃的去离子水中进行清洗，清洗2min后将铵盐分子嵌入的蚕丝纤维的长度牵伸伸长7％，然后放入温度为70℃的鼓风干燥箱中干燥1h，得到断裂强度增加50％，断裂伸长率增加90％，杨氏模量增加50％的蚕丝纤维。
实施例8
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将羊毛纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗5h后放入温度为85℃干燥箱中干燥2h直至羊毛纤维表面的***去除，得到预处理后的羊毛纤维，其中，羊毛纤维的虹吸循环清洗次数为50次。
b改性溶液的制备
将20g磷酸氢铵、3gN,N-二甲基甲酰胺、1.5g丙酮和0.5g相对分子量为400的磺酸盐表面活性剂放入导电率为7μS/cm的75g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至90℃并机械搅拌4h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为3000r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的羊毛纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为90℃、气压为0.270Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理3h，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羊毛纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的羊毛纤维；
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羊毛纤维放入温度为18℃的去离子水中进行清洗，清洗3min后将铵盐分子嵌入的羊毛纤维的长度牵伸伸长8％，然后放入温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥2h，得到断裂强度增加40％，断裂伸长率增加110％，杨氏模量增加70％的羊毛纤维。
实施例9
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将羽绒纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗2h后放入温度为90℃干燥箱中干燥1.5h直至羽绒纤维表面的***去除，得到预处理后的羽绒纤维，其中，羽绒纤维的虹吸循环清洗次数为40次。
b改性溶液的制备
将70g磷酸二氢铵、10gN,N-二甲基乙酰胺、4.5g丙酮和0.5g相对分子量为800的磷酸酯盐表面活性剂放入导电率为5μS/cm的15g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25℃并机械搅拌5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为800r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的羽绒纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为100℃、气压为0.151Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理4h，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羽绒纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的羽绒纤维；
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羽绒纤维放入温度为22℃的去离子水中进行清洗，清洗4min后将铵盐分子嵌入的羽绒纤维的长度牵伸伸长9％，然后放入温度为75℃的鼓风干燥箱中干燥2h，得到断裂强度增加60％，断裂伸长率增加90％，杨氏模量增加50％的羽绒纤维。
实施例10
a天然蛋白纤维的预处理
在索氏萃取器中，将兔毛纤维采用无水***进行虹吸循环清洗，清洗5h后放入温度为90℃干燥箱中干燥2h直至兔毛纤维表面的***去除，得到预处理后的兔毛纤维，其中，兔毛纤维的虹吸循环清洗次数为50次。
b改性溶液的制备
将1g磷酸氢二铵、0.5gN,N-二甲基乙酰胺、0.9g丙酮和0.1g相对分子量为1000的硫酸酯盐表面活性剂放入导电率为16μS/cm的97.5g去离子水得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至98℃并机械搅拌5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为3000r/min。
c铵盐分子嵌入天然蛋白纤维
将经步骤a得到的预处理后的兔毛纤维放入经步骤b制备的改性溶液中，在温度为130℃、气压为0.270Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理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兔毛纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的兔毛纤维；
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兔毛纤维放入温度为32℃的去离子水中进行清洗，清洗5min后将铵盐分子嵌入的兔毛纤维的长度牵伸伸长10％，然后放入温度为90℃的鼓风干燥箱中干燥2h，得到断裂强度增加80％，断裂伸长率增加120％，杨氏模量增加70％的兔毛纤维。
Claims (6)
1.一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，其特征在于，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***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***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。
2.根据权利要求1所述的一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，其特征在于：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。
3.根据权利要求1所述的一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，其特征在于：所述的去离子水的导电率≤16μS/cm。
4.根据权利要求1所述的一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，其特征在于：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二氢铵或磷酸氢二铵中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，其特征在于：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。
6.根据权利要求1所述的一种增强天然蛋白纤维拉伸力学性能的方法，其特征在于：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。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Xin Inventor after: Zhang Ke Inventor after: Tang Yunrong Inventor after: Xu Weilin Inventor after: Song Baoxiang Inventor after: Wu Longtao Inventor after: Cao Genyang Inventor after: Li Wenbin Inventor after: Zhang Bowen Inventor after: Yang Jie Inventor before: Liu Xin Inventor before: Tang Yunrong Inventor before: Xu Weilin Inventor before: Cao Genyang Inventor before: Li Wenbin Inventor before: Zhang Bowen Inventor before: Yang Jie Inventor before: Zhang Ke |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170602 Address after: 223800 Jiangsu province moved north road, Xu Fudan Sucheng Economic Development Zone Applicant after: JIANGSU YIMAO FILTER CO., LTD. Address before: 430200 Jiangxia City, Wuhan province sunshine road, No. 1, Applicant before: Wuhan Textile University |
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: On the north side of Suqian province Jiangsu City Road 223800 Fudan Sucheng Economic Development Zone Applicant after: JIANGSU YIMAO FILTER CO., LTD. Address before: 223800 Jiangsu province moved north road, Xu Fudan Sucheng Economic Development Zone Applicant before: JIANGSU YIMAO FILTER CO., LTD. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 223800 north side of Fudan Road, Sucheng Economic Development Zone, Suqian City, Jiangsu Province Patentee after: Yimao Environmental Technology Co.,Ltd. Address before: 223800 north side of Fudan Road, Sucheng Economic Development Zone, Suqian City, Jiangsu Province Patentee before: JIANGSU YIMAO FILTER MATERIALS Co.,Ltd. |