納米TiO-,2-對絲素蛋白的影響研究.pdf

1、絲素蛋白是重要的天然高分予蛋白質(zhì)，在天然高分了蠶絲中占70～80％，絲素蛋白的特性是研究、開發(fā)利用絲素蛋白資源極其重要的基礎(chǔ)理論問題。絲素膜是絲素蛋白應用的新途徑，也是研究絲素蛋白特性的一種可靠手段。本課題組曾采用溶膠-凝膠法制備納米改性再生絲素膜，并對其結(jié)構(gòu)及性能進行了研究，結(jié)果表明納米TiO2粒了促使絲素蛋白構(gòu)象發(fā)生了轉(zhuǎn)變，宏觀上體現(xiàn)為絲素膜的水中溶失率、力學性能及熱學性能等得到了較好的改善。在此基礎(chǔ)上，本文進一步研究了超微量納米T

2、iO2粒予對絲素蛋白構(gòu)象的影響，取得了國內(nèi)外未見報道的新成果，為拓展絲素膜的應用領(lǐng)域和前景做了一些基礎(chǔ)性研究。 本課題的主要工作內(nèi)容包括： 1.采用溶膠.凝膠法制備納米改性絲素膜，并探討了其制備機理。 2.采用三因素四水平正交試驗法，以應力、應變及溶失率為指標，探討成膜過程中溫度、納米TiO2含量、pH值3個工藝因素對絲素膜機械性能及水溶解性的影響規(guī)律，并尋找其最優(yōu)成膜條件參數(shù)，結(jié)果表明： (1)影響絲素

3、膜斷裂應力的因素的主次順序為納米TiO2含量→pH值→成膜溫度；影響絲素膜斷裂伸長率的因素的豐次順序為成膜溫度→納米TiO2含量→pH值：影響絲素膜水中溶失率的因素的主次順序為納米TiO2含量→成膜溫度→pH值。 (2)最佳成膜條件為：溫度40℃，mTiO2/msF為0.06wt％，pH為6。 (3)最佳成膜工藝為：溫度40℃，pH為6。 3.采用SEM、UV、AFM、FTIR、XRD等測試于段對制備的納米改性絲

4、素膜進行表征，探討納米TiO2對絲素蛋白微細結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果如下： (1)SEM、AFM表明納米TiO2在絲素蛋白膜中實現(xiàn)了良好的分散，進一步通過有效質(zhì)量近似模型估算出納米改性再生絲素膜中納米粒了粒徑在80nm左右。 (2)ATR-FTIR結(jié)果表明，適量的納米TiO2的加入，雖然沒有改變純絲素膜的一級化學結(jié)構(gòu)，但促進了絲素無規(guī)卷曲構(gòu)象向β-折疊構(gòu)象的轉(zhuǎn)化，從而使得絲素蛋白的結(jié)晶結(jié)構(gòu)得到了加強。 (3)采用XRD技

5、術(shù)分析了絲素膜材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，用Hermans法計算了納米改性絲素膜的結(jié)晶度。結(jié)果表明，在絲素膜樣品中加入一定量的無機納米TiO2顆粒，絲素復合膜的結(jié)晶度有一定程度的提高。 4.測試納米改性絲素膜的機械性能、熱轉(zhuǎn)變溫度、表面潤濕角、水溶失率等性能，探討納米粒子對絲素膜性能的影響以及性能與絲素蛋白微細結(jié)構(gòu)間的聯(lián)系。結(jié)果如下： (1)機械性能測試表明，納米改性絲素膜的強力有顯著提高，彈性略微下降，綜合考慮認為當mTiO2/m

6、SF為0.08％時，納米改性絲素膜的強力及彈性能得到最好的兼顧。 (2)TGA表明納米改性再生絲素膜的起始和終止分解溫度都比純絲素膜的有所提高。 (3)潤濕角測試表明，加入納米TiO2后，絲素膜的潤濕角呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在mTiO2/mSF為0.08％時絲素膜的潤濕角最大。 (4)加入納米TiO2后，膜的溶失率明顯降低。隨著納米TiO2含量的增加，溶失率呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，在mTiO2/mSF為0.08

7、％時絲素膜的溶失率最低。 5.采用二維相關(guān)紅外光譜法探討了納米TiO2對絲素蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)變動力學的影響。結(jié)果表明，絲素分予和納米粒子首先是弱氫鍵締合的N-H鍵以及自由的N-H鍵發(fā)生了斷裂及重組，然后生成了強氫鍵，導致絲素分予重排，使絲素分子從無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚺帕?，同時無規(guī)線團構(gòu)象及α螺旋構(gòu)象向β折疊構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，最后促使絲素蛋白的構(gòu)象從無規(guī)線團或SilkⅠ轉(zhuǎn)變?yōu)镾ilkⅡ構(gòu)象。 本文的創(chuàng)新點在于：(1)探討了超微量納米粒