纤维新材料及其应用-6生物质

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蜘蛛丝具有很高的强度，比芳纶还 高，是钢的5-10倍。蜘蛛丝的弹性 和韧性都很好，耐冲击性强。
耐低温性好，-40°仍保持其弹性。
生物可降解，不会对环境造成污染。
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源自文库
防弹背心优于芳纶。
坦克飞机的装甲。
宇航服。
医疗方面，与人体具有相容性，可 以用作高性能生物材料。筋腱、韧 带、器官、组织修复、伤口处理、 手术缝合。
生物质纤维
天然生物质 人造生物质 合成生物质
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一、聚乳酸纤维
原料来源：淀粉及其他含有葡 萄糖的化合物。
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（一）聚乳酸的聚合方法 淀粉经过发酵，制取乳酸。
乳酸直接聚合 间接聚合
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聚乳酸熔融温度较低，一般采用熔 体纺丝制取。
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（二）性能
1.力学性能接近涤纶，具有较 高的强度和断裂伸长率，初始模量 高于大多数合成纤维。
② 软体动物，主要包括双神经纲如石鳖，腹足纲如鲍，蜗牛等， 头足纲如乌贼、鹦鹉等，甲壳素含量为3%~26%；
③ 环节动物，包括原环虫纲如角蜗牛，毛足纲如沙蚕，蚯蚓和蛭 纲如蚂蟥三纲，有的含甲壳素极少，但高的含20%~38%；
④ 原生动物，简称原虫，也叫单细胞动物，包括鞭毛虫纲如锥体 虫，肉足纲如变形虫，纤毛虫纲如草履虫等；
甲壳素与纤维素的结构十分相似， 第二碳位上羟基被乙酰基（-NHCOCH2） 脱乙酰基后被氨基取代则为壳聚糖。
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① 节肢动物，主要包括甲壳纲，如虾、蟹等，含甲壳素20%~30%， 高的达58%~85%；其次是昆虫纲，如蝗、蝶、蚊、蚕等蛹壳中含甲壳 素20%~60%；多足纲如马陆、蜈蚣等；
林业：防草袋、防兽网
农业：寒冷纱、捆绑绳、防虫网
渔业
衣料
家用
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二、PTT纤维
聚对苯二甲酸丙二酯纤维。
原料：对苯二甲酸二甲酯和1,3丙二 醇（可以从生物玉米工艺路线获 取）。
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性能对比：
断裂强度 断裂伸长率 初始模量 熔点 玻璃化温度 回潮率
PTT
2.5-4.0 20-30 20-40 228 48 0.2-0.5
基于人造蛋白的分子与人体肌肤相 同，再度引起兴趣。
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（一）人造乳酪纤维 人造牛奶纤维、人造酪素纤维
很多性能类似羊毛。 回潮率14%。 密度1.29。 断裂强度0.7-0.89cN/dtex. 热性能较差。
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制法：
撇除奶油，加热至40°，加酸使蛋 白凝固，分离液体获得乳酪，精制 干燥后，即为乳酪纤维的原料，约 为3%。
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2.热学性质。熔融温度低。燃烧热 小，限氧指数较高，25~25%。二氧 化碳排放量低。
3.吸湿性和染色性较差，但比涤纶 要好，分散染料100°C即可染色。
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4.安全性 5.生物可降解性 6.抗菌性好
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（三）用途
医疗：缝合线、创伤保护材料，内 脏修补材料，骨折部位固定材料。
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采用基因工程方法生产人造蜘蛛丝， 正在探索中。
搞清基因序列，建立模型，生产出 合成基因，移植给动物、植物或微 生物，复制蜘蛛丝蛋白，进行分离 提纯溶解纺丝，生产出性能优良的 人造蜘蛛丝。
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（六）蚕蛹蛋白复合纤维 （七）再生动物毛蛋白纤维
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五、甲壳素纤维
由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻 类细胞壁中提取。
经稀碱溶液溶解制成纺丝液，凝 固浴为稀硫酸和硫酸钠。经牵伸等 后处理制成。
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（二）人造大豆蛋白纤维
纤维光泽柔和，具有蚕丝样的天 然光泽和悬垂感；纤维柔软、蓬松、 密度小、吸湿性好、透气穿着性好。 日光稳定性好。
弹性较差。
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大豆榨油后的豆粕为原料，用浸泡 法提取植物蛋白，进行纯化后，使 部分蛋白质与含羟基的高分子物发 生接枝共聚，进而与聚乙烯醇制备 共混纺丝液进行湿法纺丝。
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（四）人造花生蛋白纤维
理化性能与其他人造蛋白纤维相同， 纤维断裂强度低，干湿态强度差很 大。
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制法：
花生仁磨碎，有机溶剂萃除脂肪， 之后稀碱溶液浸泡，提取出花生蛋 白，随后调节提取液的pH值至4.5， 花生蛋白沉析，约有42%。用0.5% 氢氧化钠溶解制成含蛋白质20%30%的纺丝液，湿法纺丝。
0.62
干态断裂伸长率 32
湿态断裂伸长率 35
酪素蛋白
1.29 14 0.7-0.89 0.3-0.45 30 34
花生蛋白
1.24 12-15 0.71 30 -
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制法
70%异丙醇为抽提液，提取玉米 蛋白，用水稀释提取液，玉米蛋白 沉淀析出；分离出的蛋白质经清洗 干燥后，溶于稀碱溶液中，加入少 量尿素和甲醛，配成纺丝液，湿法 纺丝。 预硬化拉伸200%-300%，再硬化。
PET
4.0-6.0 15-25 80-140
265 69 0.2-0.5
PBT
2.5-4.5 20-40 18-35
220 30 0.2-0.5
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防污性能好，易染色，手感柔软， 悬垂性能好。
具有“奇碳效应”，分子链呈螺旋 状，弹性回复率很高。20%的变形， 100%恢复，连续拉伸10次，均可达 到该回复率。
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（三）人造玉米蛋白纤维
酰胺氮含量较高，用甲醛硬化处理 后纤维的稳定性较好。在水或稀碱 溶液中的膨润度较小，相应大分子 长链上所带的支链也较少，初生丝 拉伸时容易取向，热稳定性好。
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性能比较
玉米蛋白
相对密度
1.25
标准回潮率
10
干态断裂强度 0.88-1.06
湿态断裂强度
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（五）人造蜘蛛丝纤维 多肽链组成，结构很复杂。
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蜘蛛丝是由一些原纤纤维束组成， 原纤又是由几个厚度为120nm的微 原纤组成，微原纤是由蜘蛛丝蛋白 构成的高分子化合物。
蜘蛛丝蛋白的氨基酸以甘氨酸和丙 氨酸为主，二者约占70%，还有丝 氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸和 络氨酸等。
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三、PHA纤维
是一类由各种微生物（如土壤细菌、蓝 藻、转基因植物等）产生的生物相容可 降解的全生物高分子。这类可熔融纺丝 生产PHA纤维，工艺路线环保，污染少。 目前纤维加工的难点在于PHA脆性较大、 机械性能差和可加工温度范围窄。
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四 人造蛋白质纤维
以各种蛋白质为原料生产的纤维。 1935-1936年曾工业化生产，50年 代停止。