以离子液体为溶剂的纤维素/蛋白质共溶解与纺丝成形机理研究

The cellulose and protein can dissolved in the 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl), 1-allyl-3-methylimidazolium chloride ([AMIM]Cl) and 1-ethyl-3-methylimidazo liumphosphite ([EMIM][P(CH3)OHO]). The new regenerated all-biomass fibers with higher performance can be prepared by ionic liquids (ILs) as solvent and water as coagulant. Steady and dynamic state laser light scattering combine the variable temperature FTIR will be used to investigate the interaction mechanism of cellulose/protein in the same resolvent,conformation of macromolecualr chain,aggregation state,steric-exclusion and synergistic effect in inter-molecule,flow and coagulation of cosolvent,coagulation dynamics of cellulose/protein/ILs,dynamic spinning and evolution mechanism.The multiple structure and properties of regenerated cellulose/protein composite fibers influenced by temperature field、stress field and velocity field will be analyzed by on-line and off-line synchrotron radiation

1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐（[AMIM]Cl）、1-乙基-3-甲基咪唑亚磷酸盐([EMIM][P(CH3)OHO])等离子液体是纤维素和蛋白质的共同溶剂，以水为凝固剂，可以制备具有优良性能的新型全生物质再生纤维。利用变温红外、静态与动态激光光散射等方法研究纤维素/蛋白质在同一种溶剂中的相互作用机理，大分子链构象，聚集状态，分子间排斥体积及协同效应，共溶解原液的流动与凝固特性，纤维素/蛋白质/离子液体/水三元体系的凝固成形动力学，纺丝动力学及其结构演变机理。利用在线与离线同步辐射考察温度场、应力场、速度场等对纤维素/蛋白质复合纤维的多重结构与性能的影响规律。

为充分利用天然可再生的蛋白质资源，克服传统再生蛋白纤维力学性能不足的问题，开展了蛋白质与纤维素的共溶解和纺丝成型研究。以1-丁基-3-甲基-咪唑氯盐（[BMIM]Cl）为溶剂，研究了纤维素和蛋白的溶解方式和溶液特性，采用共溶解的方法制备了纤维素/蛋白质/[BMIM]Cl溶液，通过流变方法研究了共混溶液的流变特性，对比理想加和体系的流变参数，结合纤维素/蛋白质共混膜的形态结构，发现纤维素/蛋白质组分比大于0.5时，低粘度的蛋白质溶液以较小相畴尺寸分散于纤维素连续相中；蛋白质为主要组分时，连续相由纤维素转变为蛋白质，纤维素相畴尺寸较大。进一步研究发现增大剪切速率有助于减小纤维素与蛋白质相畴尺度，提高两相分散均匀性。此外，纤维素/蛋白质/[BMIM]Cl体系能够发生热致溶液-凝胶转变，纤维素是形成凝胶的组分，蛋白质在这一过程中不发生凝胶化。在共混溶液特性研究的基础上，进行了纤维素/蛋白质共混溶液的干喷湿纺试验和动力学研究。发现以乙醇为凝固浴的再生纤维中，蛋白质沿纤维轴向呈“原纤状”分布，其径向尺寸为0.5-1.0 m，并随蛋白质含量提高而增大。再生纤维断裂强度则随着蛋白质含量的增加而减小，但含有37.2 wt%丝素蛋白的纤维，其断裂强度依然可以达到191 MPa，满足服用要求；随着牵伸倍数的提高，共混再生纤维的断裂强度提高，初始模量增大，断裂伸长率减小，这与纤维的结晶度和取向度增大有关。进一步研究了两道牵伸倍率的分配对纤维结构性能的影响，结果发现，在总牵伸倍数固定的条件下，牵伸倍率的分配比对再生纤维的力学性能没有显著影响，含有16.1wt%丝素蛋白的纤维，总牵伸倍数达到5倍时，再生纤维的断裂强度达到389.8 MPa。通过本项目的开展，建立了纤维素/蛋白质共混溶液与共混纤维相形态的研究方法，实现了纺程动力学条件对共混纤维相形态的调控，制备了力学性能优异的纤维素/蛋白质共混纤维，系统地探索了纤维素/蛋白质共混纤维的成形机理。