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多巴胺改性角蛋白复合纳米纤维膜的制备及性能研究

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多巴胺改性角蛋白复合纳米纤维膜的制备及性能研究

作者：王喜倩仲恺农业工程学院

学位级别：硕士

角蛋白是构成哺乳动物和鸟类毛发的最主要成分,来源广泛,并可生物降解,但其大量废弃不仅造成资源浪费,还导致环境污染,甚至引起疾病传播。近年来,废弃角蛋白循环再生应用成为了社会普遍关注的热点,如果能将其提取、回收改性作为伤口敷... 详细信息

角蛋白是构成哺乳动物和鸟类毛发的最主要成分,来源广泛,并可生物降解,但其大量废弃不仅造成资源浪费,还导致环境污染,甚至引起疾病传播。近年来,废弃角蛋白循环再生应用成为了社会普遍关注的热点,如果能将其提取、回收改性作为伤口敷料等生物医用材料应用是一个可以选择的方案,但对其研究还处于科学探索阶段。本研究先用氧化法从羽毛中提取羽毛角蛋白(FK),因为三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶液能更好溶解角蛋白,故选用Tris溶液溶解羽毛角蛋白,加入多巴胺(DA)和聚乙烯醇(PVA)制备混合纺丝液,利用静电纺丝技术成功制备了DA改性的DA/FK/Tris/PVA纳米纤维膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)、热重分析(TG)、接触角实验及电子万能试验机对交联前后纳米纤维膜的形貌、结构、热稳定性、耐水性以及力学性能进行测试和表征,探究不同DA含量对复合纳米纤维膜的综合性能的影响。结果表明:当DA与总固体质量比从0%增加至5%时,纤维平均直径和膜间空隙均发生了明显的变化,纳米纤维膜的热稳定性、耐水性和力学性能均得到提升。特别地,当DA含量为3%时,纤维膜的综合性能最佳,此时膜的接触角、抗拉强度和断裂伸长率分别为61.06°、4.31 MPa和141.5%,相对DA含量为0时,分别提高9.09°、2.65MPa、76%。因聚乙烯醇需要特定菌群产生的降解酶才能对其进行降解,而相比之下聚乳酸(PLA)具有更好的生物降解性与生物相容性,故以FK和PLA为原料,通过DA改性并利用静电纺丝技术制备了角蛋白复合纳米纤维膜(DA/FK/PLA),并通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重分析、接触角实验、溶解率(TSM)、电子万能试验机和细胞活性实验对角蛋白复合纳米纤维膜的形貌、结构、热稳定性和热降解率、亲水性、力学性能、细胞活性进行测试和表征,以评价其作为皮肤伤口敷料的适用性。结果表明:改性后的纳米纤维膜平均直径减少;热稳定性与水分敏感性有所提高;膜的溶解率下降;相对于改性前,纳米纤维膜的抗拉强度增大2.8～3.5倍;细胞接种24h后纳米纤维膜的细胞活性提高,最大提高为171%。针对DA/FK/PLA共混纳米纤维膜韧性不足,通过紫外引发DA氧化自聚生成聚多巴胺(PDA),对FK/PLA纳米纤维膜进行表面修饰,以改善其薄膜亲水性差、力学性能不足和细胞活性较低等问题。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重分析、接触角实验、电子万能试验机、四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法(MTT法)和4',6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色法对表面修饰前后纳米纤维膜的形貌、结构、热稳定性和热降解率、亲水性、力学性能、细胞活性毒性和粘附性进行测试和表征。结果表明:PDA成功地粘附在纤维的表面;PDA表面修饰后的纤维平均直径增大,由356±78nm增大至507±98nm;接触角由103.34°降至82.46°;弹性模量与断裂伸长率分别增大了2.75～5.33Mpa和31.75～51.50%;接种24h后细胞活性由72%增大至221%,增大了149%。

关键词：羽毛角蛋白多巴胺改性静电纺丝伤口敷料复合膜

基于多巴胺改性的UHMWPE纱线高效染色技术

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中国纤检 2018年第10期 137-140页

作者：贾冬艾沙江.司马义范伟思陈露蒋秋冉新疆维吾尔自治区纤维检验局东华大学纺织面料技术教育部重点实验室

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纱线上染困难,限制其广泛应用。为改善UHMWPE纱线的染色性能,将UHMWPE纱线经过多巴胺的Tris溶液处理浴改性,分析多巴胺改性处理时间对UHMWPE纱线表面形态、表面化学结构、染色性能的影响。研究结果显示,多巴胺... 详细信息

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纱线上染困难,限制其广泛应用。为改善UHMWPE纱线的染色性能,将UHMWPE纱线经过多巴胺的Tris溶液处理浴改性,分析多巴胺改性处理时间对UHMWPE纱线表面形态、表面化学结构、染色性能的影响。研究结果显示,多巴胺改性工艺处理纱线表面活性基团增加,提高纱线与染料之间的亲和力,染色K/S值显著提高,该工艺生产能耗小、低碳环保,操作简单,具有工业化的潜力,为解决高性能纤维上染困难、颜色单一的问题提供一种可行的方案。

关键词：染色性能多巴胺改性 UHMWPE纱线表面改性活性染料

芳纶沉析纤维-多巴胺/聚酰亚胺-酚醛树脂复合膜的力学及摩擦磨损性能

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复合材料学报 2020年第1期37卷 96-103页

作者：谢璠宁逗逗黄吉振王亚芳金崭凡陆赵情陕西科技大学轻工科学与工程学院中国轻工业纸基功能材料重点实验室西安710021

以聚酰亚胺(PI)纤维和酚醛树脂(PF)为基体,通过对PI纤维表面进行多巴胺(PDA)修饰,并引入芳纶沉析纤维(AF)作为增强体,采用湿法成型和热压固化技术制备了15wt%AF和7.5wt%PDA的AF-PDA/PI-PF复合膜,重点研究了AF的添加和PDA改性修饰对PI-P... 详细信息

以聚酰亚胺(PI)纤维和酚醛树脂(PF)为基体,通过对PI纤维表面进行多巴胺(PDA)修饰,并引入芳纶沉析纤维(AF)作为增强体,采用湿法成型和热压固化技术制备了15wt%AF和7.5wt%PDA的AF-PDA/PI-PF复合膜,重点研究了AF的添加和PDA改性修饰对PI-PF复合膜力学性能和摩擦磨损性能的影响,并探讨了其磨损机制。研究结果表明:当添加AF并对PI纤维进行PDA改性时,AF-PDA/PI-PF复合膜的应力为47.54MPa,抗张指数为56.91N·m·g^-1,层间结合强度为1 265.6J·m^-2,相比PI-PF复合膜分别提高了33.65%、41.67%和64.11%;磨损率为1.01×10^-4 mm^3·J^-1,约降低了34.84%,其磨损机制主要为黏着磨损。这是由于PI纤维与AF可形成"互穿网络"结构,此外,PDA对PI纤维的化学改性处理可增加PI纤维表面活性,AF和PDA对提高PI纤维与树脂间的界面结合力及AF-PDA/PI-PF复合膜的力学性能和摩擦磨损性能起到协同作用。

关键词：聚酰亚胺纤维复合膜芳纶沉析纤维多巴胺改性力学性能摩擦磨损性能

静电纺双疏型聚丙烯腈基纳米纤维膜制备及其性能

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纺织学报 2019年第1期40卷 1-8页

作者：仝伟方汝仙李家炜易玲敏浙江理工大学材料与纺织学院丝绸学院浙江杭州310018 浙江理工大学先进功能涂层研究所浙江杭州310018 浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室浙江杭州310018 浙江理工大学生态染整技术教育部工程研究中心浙江杭州310018

为制备耐磨性能良好的双疏型纤维膜并将其应用于油/水、油/油分离领域,以静电纺丝方法制备的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维为基材,采用多巴胺(DA)与十三氟辛基三乙氧基硅烷(G617)对纤维膜进行改性制得双疏型PAN纤维膜。借助扫描电子显微镜、接... 详细信息

为制备耐磨性能良好的双疏型纤维膜并将其应用于油/水、油/油分离领域,以静电纺丝方法制备的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维为基材,采用多巴胺(DA)与十三氟辛基三乙氧基硅烷(G617)对纤维膜进行改性制得双疏型PAN纤维膜。借助扫描电子显微镜、接触角测量仪、X射线光电子能谱仪等手段探讨纺丝条件、DA与G617用量等对改性前后PAN纤维膜表面形貌以及疏水疏油性能的影响。结果表明:纺丝液中PAN质量分数为13. 8%、纺丝电压为18 k V时,纤维形貌最佳;改性后PAN纤维膜的乙二醇接触角可达135. 1°,甲苯接触角为0°,水接触角可达141. 9°,色拉油接触角可达131. 2°;摩擦20次后PAN纤维膜的水、色拉油接触角均大于125°,可顺利实现水/甲苯、甲苯/乙二醇以及甲苯/水乳液的分离。

关键词：静电纺丝聚丙烯腈纳米纤维膜多巴胺改性油/水分离油/油分离

芳纶增强阻燃耐磨型装饰原纸的制备及性能研究

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中国造纸 2021年第6期40卷 8-14页

作者：骆志荣金崭凡傅群英王瑾陆赵情浙江夏王纸业有限公司浙江衢州324022 陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室陕西西安710021

以针叶木纤维为基体,通过引入聚多巴胺(PDA)表面修饰后的芳纶纤维(AF)作为增强体,采用湿法成型制备了PDA/AF装饰原纸,重点研究了PDA/AF添加量对装饰原纸物理性能、摩擦磨损性能以及阻燃性能的影响,并探讨了其影响机制。研究结果表明,当P... 详细信息

以针叶木纤维为基体,通过引入聚多巴胺(PDA)表面修饰后的芳纶纤维(AF)作为增强体,采用湿法成型制备了PDA/AF装饰原纸,重点研究了PDA/AF添加量对装饰原纸物理性能、摩擦磨损性能以及阻燃性能的影响,并探讨了其影响机制。研究结果表明,当PDA/AF添加量为25%时,PDA/AF装饰原纸的干抗张指数为34.2 N·m/g,湿抗张指数为7.56 N·m/g,相比针叶木浆装饰原纸分别提高了22%和80%;磨损率为2.43×10^(-4)mm^(3)/J,最大热释放速率(PHRR)为125.21 W/g,相比针叶木浆装饰原纸分别降低了46.48%和20.55%,且烟密度明显降低。

关键词：多巴胺改性芳纶纤维装饰原纸力学性能摩擦磨损性能阻燃性能

基于聚多巴胺涂层的吸附膜在黄曲霉毒素去除中的应用

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膜科学与技术 2019年第3期39卷 87-97页

作者：吴倩罗建泉李苏爽陈向荣万印华祝振洲武汉轻工大学食品科学与工程学院武汉430023 生化工程国家重点实验室中国科学院过程工程研究所中国科学院大学北京100190

黄曲霉毒素毒性强、难降解,对其高效去除是近年来国内外研究的重点.本研究以聚偏二氟乙烯(PVDF)微滤膜为基底,经聚多巴胺(PDA)改性后,共价接枝聚乙烯亚胺(PEI)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTES)、壳寡糖(CS)和氧化海藻酸钠(ADA),以调控膜... 详细信息

黄曲霉毒素毒性强、难降解,对其高效去除是近年来国内外研究的重点.本研究以聚偏二氟乙烯(PVDF)微滤膜为基底,经聚多巴胺(PDA)改性后,共价接枝聚乙烯亚胺(PEI)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTES)、壳寡糖(CS)和氧化海藻酸钠(ADA),以调控膜表面的荷电性和亲水性,提高吸附膜对黄曲霉毒素B1(AFB1)的去除能力.研究发现,原PVDF膜对AFB1的吸附量为17.5×10^(-3)μg/cm^2,接枝改性后吸附膜对AFB1的吸附效果显著提高,其中PDA/ADA膜的吸附量可达到37.2×10^(-3)μg/cm^2.溶液中低浓度蛋白质和油脂对吸附膜的性能影响不大.由于吸附膜主要通过氢键、静电和疏水作用吸附AFB1,可利用pH为11的氢氧化钠溶液对其进行洗脱,实现吸附膜的重复使用.AFB1在洗脱液中被化学降解,20 min内降解率达80%,利用纳滤膜可对洗脱液回收再利用,纳滤透过液中未检测到AFB1残留.

关键词：黄曲霉毒素吸附膜多巴胺改性碱降解纳滤

PU/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料的制备及性能研究

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化工新型材料 2016年第5期44卷 60-62,66页

作者：张太亮李黎明田天张径晗西南石油大学化学化工学院成都610500

通过在预拉伸、经多巴胺改性处理的聚氨酯（PU）薄膜表面喷涂银纳米线（AgNWs）,再用聚二甲硅氧烷（PDMS）固化处理得到了性能优良的PU/AgNWs/PDMS弹性导体。研究了PU/AgNWs/PDMS弹性导体在拉伸、弯曲形变下的电学性能。结果表明：经多... 详细信息

通过在预拉伸、经多巴胺改性处理的聚氨酯（PU）薄膜表面喷涂银纳米线（AgNWs）,再用聚二甲硅氧烷（PDMS）固化处理得到了性能优良的PU/AgNWs/PDMS弹性导体。研究了PU/AgNWs/PDMS弹性导体在拉伸、弯曲形变下的电学性能。结果表明：经多巴胺改性处理的PU薄膜对AgNWs的吸附性能增强。所制备的PU/AgNWs/PDMS弹性导体在未形变下的电阻约为0.91Ω,1000次拉伸试验后导体在0%~20%拉伸形变范围内电阻变化很小（〈6%）。PU/AgNWs/PDMS弹性导体经过1000次的弯曲循环后电阻值未增加。

关键词：弹性导体多巴胺改性银纳米线电阻导电复合材料

生物启发下界面聚合制备聚酰胺渗透蒸发膜及乙醇脱水性能的研究

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生物启发下界面聚合制备聚酰胺渗透蒸发膜及乙醇脱水性能的研究

作者：黎川石河子大学

学位级别：硕士

随着节能和低碳环保成为世界性的主题,可再生、新型、清洁能源成为了全世界各国研究的焦点。燃料乙醇成为了替代新能源的代表。而乙醇脱水是其工业生产中的关键步骤。在已工业化的乙醇脱水工艺中,渗透蒸发技术具有条件温和,流程简单,能... 详细信息

随着节能和低碳环保成为世界性的主题,可再生、新型、清洁能源成为了全世界各国研究的焦点。燃料乙醇成为了替代新能源的代表。而乙醇脱水是其工业生产中的关键步骤。在已工业化的乙醇脱水工艺中,渗透蒸发技术具有条件温和,流程简单,能耗较低,环境友好等优点。而渗透蒸发膜分离技术的关键是研制高性能的渗透蒸发膜。本论文针对渗透蒸发复合膜中分离层与支撑层结合强度低溶胀后易剥离乃至脱落等问题,基于仿生聚多巴胺辅助的表面改性的方法,通过界面聚合制备了性能优良的新型渗透蒸发复合膜材料,并对其结构和性能进行表征。本文的研究内容主要包括以下三个部分:1、以聚醚砜为基膜,对其进行多巴胺改性,通过研究多巴胺溶液浓度、改性时间对基膜水接触角的影响,寻找最佳的工艺条件。红外光谱分析和X射线光电子能谱分析结果表明基膜表面含有多巴胺极性官能团,扫描电子显微镜表征结果表明在聚醚砜基膜表面附着了一层聚多巴胺薄层。2、以聚乙烯亚胺和均苯三甲酰氯为单体,采用界面聚合法在多巴胺改性的聚多巴胺膜上制备聚酰胺渗透蒸发复合膜。红外光谱仪对所制备的膜的化学结构进行了表征。扫描电镜对复合膜的表面形态进行了表征。红外谱图中出现了酰胺的特征峰,而扫描电镜结果说明在多巴胺改性后的基膜表面复合了一层致密的聚酰胺活性层。以渗透通量和分离因子为评价指标,研究了界面聚合过程条件对膜分离性能的影响。主要研究了界面聚合过程中水相单体分子量、水相单体浓度、有机相单体浓度以及反应时间等成膜工艺条件对制备的复合膜分离性能的影响。实验结果表明,制备聚酰胺渗透蒸发复合膜的最佳工艺条件是:最佳水相单体PEI分子量为600,最佳水相单体浓度为4 wt%,最佳有机相单体浓度为2.5 wt%,最佳反应时间为10min。3、以聚多巴胺为水相单体,均苯三甲酰氯为有机相单体,在聚醚砜基膜表面进行界面聚合制备了PDA-TMC/PES复合膜;再以聚乙烯亚胺和均苯三甲酰氯为单体,在PDA-TMC层表面进行二次界面聚合,制备了性能优良的和渗透蒸发复合膜。红外光谱仪和X射线光电子能谱对所制备膜的化学结构和表面元素组成进行表征。扫描电镜对复合膜的表面形态进行表征。两次界面聚合红外谱图中都出现了酰胺的特征峰,一次界面聚合X射线光电子能谱分峰结果中O=C-O的出现证明了聚多巴胺中酚羟基和TMC进行了反应。而扫描电镜结果表明在PDA/PES基膜表面的界面聚合过程使得膜厚度逐步增加,由此证明了两次界面聚合都生成了致密的聚酰胺活性层。以渗透通量和分离因子为评价指标,研究了界面聚合过程的条件对膜分离性能的影响。主要考察了一次界面聚合过程中有机相单体浓度以及反应时间;二次界面聚合反应中水相单体分子量,水相单体/有机相单体浓度比等成膜工艺条件对制备的复合膜分离性能的影响.实验结果表明,制备PDA-TMC/PES聚酰胺渗透蒸发复合膜的最佳工艺条件是:最佳有机相单体浓度为3.6 wt%,最佳反应时间为1min;制备PEI-TMC/PDA-TMC/PES复合膜的最佳工艺条件为:最佳水相单体PEI分子量为1800,最佳水相单体/有机相单体浓度比为5:1(有机相浓度为0.8 wt%),此时PEI-TMC/PDA-TMC/PES复合膜具有最优的分离性能:渗透通量为1667g/(m2·h),分离因子为886(原料液浓度:90 wt%乙醇,操作温度:30℃)。

关键词：渗透蒸发乙醇脱水聚醚砜多巴胺改性界面聚合复合膜

聚偏氟乙烯/钕掺杂钛酸钡复合薄膜的制备及性能研究

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聚偏氟乙烯/钕掺杂钛酸钡复合薄膜的制备及性能研究

作者：胡俊涛南京航空航天大学

学位级别：硕士

为获得高击穿场强、高介电、低损耗、高储能密度以及良好柔性的陶瓷-聚合物复合薄膜材料,本文首次利用高介电Nd-BaTiO作为填充材料,制备出PVDF-Nd-BaTiO复合薄膜材料。在此基础上对纳米颗粒进行了改性处理,研究了改性纳米颗粒加入对复... 详细信息

为获得高击穿场强、高介电、低损耗、高储能密度以及良好柔性的陶瓷-聚合物复合薄膜材料,本文首次利用高介电Nd-BaTiO作为填充材料,制备出PVDF-Nd-BaTiO复合薄膜材料。在此基础上对纳米颗粒进行了改性处理,研究了改性纳米颗粒加入对复合薄膜材料微观结构、相结构、介电和储能性能的影响规律。Nd-BaTiO的加入对复合薄膜材料的相结构未造成影响。复合薄膜材料的介电常数随着Nd-BaTiO填充量的增加逐渐增大。由于Nd-BaTiO与PVDF基体之间界面相容性较差,使复合薄膜击穿强度大大降低。其中,PVDF-1 vol%Nd-BaTiO的击穿场强为360 MV/m,可释放出能密度达到最大值7.9 J/cm3,储能效率仅为38%。多巴胺改性增强了纳米颗粒与PVDF之间的界面相容性和纳米颗粒在PVDF中的分散性,提高了复合薄膜的击穿场强。相同条件下,PVDF-dopamine@Nd-BaTiO的介电常数及损耗要高于PVDF-dopamine@BaTiO;此外,高介电常数带来更为严重的电场畸变,导致PVDF-dopamine@Nd-BaTiO的击穿场强低于PVDF-dopamine@BaTiO。同时,高介电常数也引起更高的界面极化效应,使PVDF-1 vol%dopamine@Nd-BaTiO的可释放储能密度在420 MV/m下达到最大值12.5 J/cm,储能效率高达48%。随着退火温度的升高,Nd-BaTiO的微观形貌由球状向四方状转变,相结构也逐渐向四方相发生转变,复合薄膜材料的介电常数和介电损耗均逐步增大;800°C退火处理的Nd-BaTiO在添加量为1 vol%时,在380 MV/m电场下,其可释放出能密度达到最大值10.4 J/cm,储能效率高达49%。

关键词：钕掺杂钛酸钡多巴胺改性介电性能击穿场强储能密度