靜電紡絲(以下記為ES)法最初的專(zhuān)利可追溯到1930年代Folmhals發(fā)表的有關(guān)醋酸纖維素電場(chǎng)紡絲的嘗試。自1990年代后期納米技術(shù)的繁盛期出現(xiàn)以來(lái),ES紡絲作為納米纖維工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)用性被廣泛關(guān)注。
ES紡絲法中,用于紡制微細(xì)纖維(納米和亞微米級(jí))的高分子化含物有許多種。其中包括合成和天然高分子化合物兩大類(lèi)。Huang等綜述了有關(guān)由ES紡絲法得到的超細(xì)纖維材料科學(xué)及其用途開(kāi)發(fā)的研究。
本文所謂與天然和生物有關(guān)的高分子化合物,除蛋白質(zhì)、多糖和核酸外,還包括聚氨基酸、改性多糖。在這些高分子物的ES研究中,重點(diǎn)敘述了筆者進(jìn)行的與合成聚氨基酸和天然多糖ES現(xiàn)象有關(guān)的研究。
1·與天然和生物有關(guān)的高分子物ES研究的意義
眾所周知,大部分蛋白質(zhì)、多糖和核酸在水溶液中都保持規(guī)則的立體結(jié)構(gòu),尤其是蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的層次性已被明確地定義。作為天然蛋白質(zhì)纖維典型代表的蠶絲和羊毛的力學(xué)特性及其纖維原料蛋白質(zhì)的一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)、三次結(jié)構(gòu)以及四次結(jié)構(gòu)的相關(guān)性已被研究。有關(guān)合成聚氨酸的鏈結(jié)構(gòu)及與及轉(zhuǎn)變相關(guān)的研究,為天然蛋白質(zhì),二次結(jié)構(gòu)形成機(jī)理的闡述提供了重要知識(shí),也為纖維材料學(xué)上,天然蛋白質(zhì)纖維內(nèi)分子結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性的解釋作出了重大貢獻(xiàn)。
如上所述,蛋白質(zhì)纖維溶解狀態(tài)的多肽鏈一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和二次結(jié)構(gòu)的相互作用是支配由溶液紡絲所得纖維的力學(xué)特性的重要因素之一。天然多糖,尤其是纖維和甲殼質(zhì)都是一樣,由糖苷結(jié)合的單糖連接方式以及多糖鏈間相互作用和形成的結(jié)晶都是影響纖維力學(xué)特性的因素。在纖維材料化學(xué)研究中,紡絲原液中高分子的立體結(jié)構(gòu)與由這種狀態(tài)紡絲所得的纖維力學(xué)特性之間關(guān)系是溶液紡絲技術(shù)的重要研究課題。假如將ES法作為傳統(tǒng)溶液紡絲法的一種。在ES法的纖維材料化學(xué)方面就必須具備上述特性。許多合成高分子在其溶解狀態(tài)下的呈較為無(wú)序的鏈結(jié)構(gòu)和物理性的纏繞會(huì)影響紡絲原液的粘性系數(shù)。從這個(gè)現(xiàn)點(diǎn)出發(fā),本文將進(jìn)行有關(guān)ES紡絲機(jī)理研究。
2·合成聚氨基酸
科學(xué)家對(duì)聚氨酸的合成及其性質(zhì)進(jìn)行了廣泛研究。在迄今為止合成聚氨酸中,弄清了引起聚-γ-苯甲基-L-谷聚酸(PBLG,圖1)和聚-ε-苯酯基-L-賴(lài)氨酸(PZLL)的結(jié)構(gòu)變化的溶劑條件及其機(jī)理,從而確立了物理性能的研究方法。例如,PBLG分子鏈在二氯甲烷(MC)中形成α-螺旋結(jié)構(gòu),如添加二氯醋酸或三氟醋酸(TFA)、則轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾?lài)TFA濃度的不規(guī)則的卷曲結(jié)構(gòu)。因?yàn)镸S或TFA都是E法常用紡絲溶劑,所以在探討聚氨基酸結(jié)構(gòu)和ES法曳絲性、纖維形態(tài)和力學(xué)強(qiáng)度之間關(guān)系上它們都是理想的實(shí)驗(yàn)體系。
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