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《膨化柞蚕丝内部形态和结构的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、Vol.27高等学校化学学报No.42006年4月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES749～752膨化柞蚕丝内部形态和结构的研究孙登峰,邵正中,陈新(复旦大学高分子科学系,教育部聚合物分子工程重点实验室,上海200433)摘要利用扫描电镜(SEM),结合拉曼(Raman)光谱、衰减全反射傅里叶变换红外(ATR2FTIR)光谱和X射线衍射(XRD)等方法研究了膨化型柞蚕丝的内部形态和结构,表征了其热性能和力学性能.结果表明,虽然经过了相应的膨化处理,柞蚕丝素蛋白分子链仍表现出具有高度取向的反平行β2折叠构象,而其单丝是由
2、许多带状微纤沿纤维轴平行组装而成,且具有较高力学性能的纤维.关键词蚕丝;形态;取向;构象;力学性能中图分类号O631文献标识码A文章编号025120790(2006)0420749204[1～4]近年来,动物丝因其优异的综合力学性能而受到广泛关注.其中柞蚕丝作为最重要的野生纤[5]维引起了人们的兴趣,对其的研究主要集中在柞蚕丝素蛋白的氨基酸组成及其序列结构、构象转变[6][7][8][1]及影响因素、丝的表面形态和力学性能等方面.有充分的证据表明,对动物丝的性能而言,丝素蛋白的二级结构和聚集态结构极为重要.然而,目前对动物丝内部的形态和结构了解得并不多.[
3、9][10][11]研究者们曾尝试运用透射电镜、原子力显微镜和电子衍射等方法观察动物丝的纵向剖面,但均因剪切作用、电子作用及染色等影响因素的存在,效果并不理想.[12]屈清辉等将柞蚕茧通过膨化技术进行脱胶(即利用柞蚕丝丝胶和丝素蛋白之间的溶解及热膨胀性能等差异,通过渗入丝纤维内部的水分子从液态至气态转变过程中体积的瞬间变化,从而实现丝胶和丝素蛋白剥离的技术),得到了易染色、松软而富有弹性的膨化柞蚕丝.由于这种丝的表面存在裂缝,故可通过常规的扫描电镜来观察膨化柞蚕丝的纵向剖面结构.同时,膨化作用不应对柞蚕丝素蛋白的氨基酸组成及其序列产生明显影响,因此,研究这
4、一物理过程对柞蚕丝结构和性能的影响,也可能为揭示其内在关系的部分信息提供一条有效的途径.本文用SEM,结合Raman,ATR2FTIR和XRD等技术研究了膨化型柞蚕丝的内部形态和结构,并对其热性能和力学性能进行了表征.1实验部分1.1材料膨化柞蚕丝和传统脱胶柞蚕丝均由大连三大食品有限公司提供,膨化过程的各种参数见文献[12],表观微黄,具有光泽.1.2仪器和测试-1用LabRam21B拉曼光谱仪(法国Dilor公司)测定拉曼光谱,激光波长632181nm,分辨率2cm;-1用NicoletNexus470型傅里叶变换红外光谱仪测定红外光谱,ATR平板方式,
5、分辨率4cm,扫描次数128次;用RigakuD/max2rB型旋转阳极靶X射线多晶衍射仪测定X射线衍射图谱,铜靶,镍滤波,管压40kV,管流60mA,扫描速度为210°/min,扫描间隔0101°;用PhilipsXL30型扫描电子显微镜观察柞蚕丝的形貌,将柞蚕丝包裹在环氧胶中,固化后于液氮中脆断以观察丝的横截面;用Pyris1TGA型热失重仪进行热失重分析(TGA),氮气氛保护,升温速度为20℃/min.在环境温度2315℃,相对收稿日期:2005205219.基金项目:国家自然科学基金重点项目(批准号:0434010)和上海市基础研究重点项目(批准号
6、:05JC14009)资助.联系人简介:邵正中(1964年出生),男,博士,教授,主要从事结构性生物大分子研究.E2mail:zzshao@fudan.edu.cn750高等学校化学学报Vol.27湿度78%条件下,用XQ21纤维强伸度仪(负荷测量误差≤±1%,伸长测量分辨率011%)测定单丝的-2力学性能,纤维初始长度110cm,拉伸预张力为011×10N,拉伸速度为10mm/min;用XD21纤维细度仪(线密度测量误差≤±2%)测试单丝的纤度,并通过下式将单丝的纤度转换为其横截面积:-6S=(ρL/ρV)×102式中,S为测试段柞蚕丝的平均横截面积(c
7、m);ρL为柞蚕丝的纤度(dtex);ρV为柞蚕丝体密3[13]度(g/cm),按照Kawahara等的方法测得.2结果与讨论2.1膨化柞蚕丝中丝蛋白分子链的二级结构将拉曼光谱仪的检测激光照射在膨化柞蚕丝裂缝内部及端点分裂处的微纤上,得到有关柞蚕丝蛋白在纤维内部的结构信息.图1(A)给出了纤维长轴与偏振光垂直和平行两个方向的拉曼光谱.其各-1-1-1自主要的谱带1668cm(酰胺Ⅰ),1242和1230cm(酰胺Ⅲ),1092cm(C—C骨架振动)均归[14,15]属于蛋白质的反平行β2折叠构象;同时,柞蚕丝纤维垂直于偏振光方向时酰胺Ⅰ的相对强度[以-11
8、615cm(芳香环中CC伸缩振动,强度与构象和取向无关)作为基准]
