高性能蠶絲復(fù)合材料的研究進展

蔡淳+張登勇+戴博坤

（福建師范大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 福建 350108）

摘 要：蠶絲是一種天然纖維，蠶絲纖維的基礎(chǔ)研究在揭示蠶絲優(yōu)良本質(zhì)的同時，也促進了蠶絲纖維的改性研究與應(yīng)用，可以被制成各式各樣的功能材料，在傳統(tǒng)服飾行業(yè)外的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。將蠶絲與其它功能性材料復(fù)合可以做到在不損害蠶絲優(yōu)良性能的前提下克服蠶絲本身性能缺陷，賦予蠶絲產(chǎn)品全新優(yōu)良性能。

關(guān)鍵詞：蠶絲 高性能 納米 復(fù)合材料 進展

蠶絲是一種天然的動物蛋白質(zhì)纖維，由熟蠶分泌絲液凝固而成。由于其具有優(yōu)雅的光澤、華麗的外觀、柔軟的手感、良好的吸濕性和透氣性，深受人們的喜愛。隨著現(xiàn)代社會發(fā)展對環(huán)境保護意識的加強，人造纖維生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染問題引起社會的高度重視；加上人造纖維最重要原料之一-原油的缺乏，市場消費者越來越崇尚自然，追求舒適、保健、美觀、綠色的紡織品。蠶絲從栽桑養(yǎng)蠶到成絲過程都沒有污染，于是天然蠶絲產(chǎn)品越來越受到消費者的青睞?，F(xiàn)全球每年大于1.2億噸的產(chǎn)絲量，使它成為紡織業(yè)中極其重要的天然原材料。但與人造纖維相比，蠶絲制品易折皺，細菌滋生引起的性能下降，光致發(fā)黃、老化等內(nèi)在的不足，在消費者追求衣料穿著舒適性和功能性兼顧的今天，已成為制約蠶絲制品市場競爭力的主要原因。

現(xiàn)代科學(xué)對蠶絲纖維的研究，揭示了蠶絲優(yōu)良本質(zhì)，越來越多的學(xué)者開始研究蠶絲纖維改性與應(yīng)用。進而研發(fā)出了高性能織物，蠶絲-納米材料，蠶絲-復(fù)合材料等具有廣闊應(yīng)用前景的新型材料。

1絲綢高性能織物

蠶絲的光致老化變黃、易滋生細菌和易變皺等缺點阻礙了蠶絲制品在時尚服飾上的廣泛使用。隨著當(dāng)代小型化、智能化可穿戴商品的盛行，傳統(tǒng)的絲織產(chǎn)品已經(jīng)滿足不了人們對時尚與智能的追求。因此，為了拓寬蠶絲的應(yīng)用，近年來，國內(nèi)外對蠶絲表面改性、蠶絲表面功能化做了大量的研究。

郭守嬌等[1]采用漆酶處理蠶絲織物后使其與ε-聚賴氨酸（ε-PLL）發(fā)生接枝反應(yīng)，賦予蠶絲織物抗皺性能。張俊等[2]采用含氟單體丙烯酸六氟丁酯，在引發(fā)劑過硫酸鉀作用下對蠶絲進行接枝改性，接枝改性對蠶絲織物的白度、黃度、斷裂強力和透氣性影響較小，而表面張力下降明顯，拒水性明顯提高。李時偉等[3]采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）方法將甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯和甲基丙烯酸十二氟庚酯3種含氟丙烯酸酯化合物單體與蠶絲接枝共聚，制備具有拒水性能的蠶絲織物。高曉紅等[4]采用銀氨溶液原位還原法制備穩(wěn)定、抗菌性持久的蠶絲織物。張慶華等[5]蠶絲纖維及其制品經(jīng)改性處理后，其阻燃性、吸濕性和抗皺性得到很大程度的改善。

2.蠶絲-納米材料

蠶絲是一種天然纖維，存在著一些缺點，比如易光致老化、發(fā)黃，易皺，易滋生細菌。為克服以上不足，近年來國內(nèi)外在表面改性、表面功能化方面對蠶絲做了大量的研究。

徐佳[6]采用蠶絲絲素纖維為模板，利用其對金屬離子的吸附能力和還原性溫和的特點，在其表面控制合成具有不同形貌的氧化鋅和金納米顆粒，從而找到一種簡單、綠色制備生物相容性好、無毒副作用氧化鋅、金納米顆粒的有效途徑。王蜀[7]利用碳納米管改性蠶絲，結(jié)果表明：改性蠶絲的導(dǎo)電性大幅提高、其導(dǎo)電耐久性良好。

3.蠶絲+反應(yīng)復(fù)合材料

在不損害蠶絲優(yōu)良性能的前提下，將蠶絲與其它功能性材料復(fù)合，是一種克服蠶絲本身性能缺陷、賦予蠶絲產(chǎn)品全新優(yōu)良性能的有效方法。石墨烯具有輕而薄、強度大、透明度好、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能絕佳等優(yōu)點，石墨烯/蠶絲復(fù)合物可以讓蠶絲制品也擁有以上的優(yōu)點；采用冷凍干燥方法制備的柞蠶絲素/丁二醇多孔支架材料，具有溶失率低、孔徑可控、孔隙率高及力學(xué)性能好的特點；采用原位聚合法可賦予蠶絲導(dǎo)電性能；采用蠶絲為生物模板，通過結(jié)構(gòu)遺傳和化學(xué)組分變異的手段，可制備出保持動物纖維結(jié)構(gòu)的氧化鋯和氧化鋁陶瓷纖維等。

毛麗等[8]為了降低柞蠶絲素多孔支架材料的水溶性，采用硫氰酸鋰（LiSCN）溶液溶解柞蠶絲素纖維得到再生柞蠶絲素蛋白溶液，加入一定量的1，4-丁二醇溶液后，利用冷凍干燥方法制備出平均孔徑380～1 050μm、孔隙率82%～92%的柞蠶絲素/丁二醇多孔支架材料。馬艷等[9]對近年來各種石墨烯/蠶絲復(fù)合物的研究進行綜述，總結(jié)不同復(fù)合物及其制備方法的特點，以及通過不同的方法制備的復(fù)合物在生物傳感器、電容電極及載藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，洪劍寒等[10]采用原位聚合法使蠶絲纖維表面生成一層聚苯胺導(dǎo)電層，形成皮芯結(jié)構(gòu)蠶絲/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電纖維，賦予蠶絲導(dǎo)電性能?？揍訹11]采用動物纖維（蠶絲）為生物模板，通過結(jié)構(gòu)遺傳和化學(xué)組分變異的手段，制備出保持動物纖維結(jié)構(gòu)的氧化鋯和氧化鋁陶瓷纖維。實驗將蠶絲分別浸漬到硝酸鋯和氯化鋁溶液中，取出干燥，再在空氣中高溫?zé)Y(jié)，從而制備出了兩種氧化物陶瓷纖維。

4蠶絲未來發(fā)展方向展望

蠶絲纖維及其制品經(jīng)改性處理后，其抗氧化性、吸濕性和抗皺性得到很大程度的改善，已引起人們的廣泛關(guān)注。從蠶絲纖維及其制品在穿著、洗滌過程中存在易泛黃、不耐磨、難打理、染色牢度欠佳等問題出發(fā)，綜述了物理改性、化學(xué)改性及其與納米顆粒共混改性在蠶絲及其制品改性中的應(yīng)用，總結(jié)了各類方法對蠶絲及其制品的改性效果。分析認為：由于采用單一的改性方法目前仍難以得到性能完美的絲綢制品，未來蠶絲纖維及其制品的改性發(fā)展方向仍以多種方法相結(jié)合改性為主。

參考文獻：

[1]郭守嬌，楊慕瑩，邢鐵玲，陳國強，儲呈平，陳忠立，孫道權(quán).漆酶催化ε-聚賴氨酸接枝蠶絲織物的抗皺整理工藝優(yōu)化試驗[J].蠶業(yè)科學(xué)，2012，38（06）：1044-1050.

[2]張俊，杭偉明，陳國強.蠶絲的丙烯酸六氟丁酯接枝改性及拒水性能[J].印染，2012，（24）：5-9.

[3]李時偉，邢鐵玲，李戰(zhàn)雄，陳國強.用ATRP方法在蠶絲織物表面接枝含氟丙烯酸酯的拒水整理工藝條件優(yōu)化試驗[J].蠶業(yè)科學(xué)，2013，39（02）：400-405.

[4]高曉紅，賈雪平，陳從陽，張凌宇，閆濤.蠶絲織物的原位納米銀抗菌整理[J].紡織學(xué)報，2013，（08）：100-104.

[5]張慶華，王琛，王梅.蠶絲纖維及其制品改性的最新研究進展[J].絲綢，2012，49（05）：16-20.

[6]徐佳.蠶絲纖維上原位控制合成納米材料的研究[D].上海.上海交通大學(xué)，2012.

[7]王蜀，劉祖蘭，蔣瑜春，張袁松.碳納米管導(dǎo)電蠶絲的制備及其性能[J].紡織學(xué)報，2014，35（10）：12-18.

[8]毛麗，葛亞東，武玲玲，梁曉娟，李晨君，盧神州.柞蠶絲素/丁二醇多孔材料的制備及性能測試蠶業(yè)科學(xué)，2011，37（06）：1079-1085.

[9]馬艷，張碩，張軍，李智.蠶絲/石墨烯復(fù)合物的研究及應(yīng)用[J].蠶學(xué)通訊，2016，36（03）：19-23.

[10]洪劍寒，李文亮，韓瀟，張培夫.導(dǎo)電蠶絲的制備與性能研究[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2016，33（03）：36-39.

[11]孔嵩.基于動物纖維（蠶絲）模板的隔熱陶瓷纖維的研究[D]. 高劍凌.南京.南京理工大學(xué)，2013.

作者簡介：

蔡淳，男，福建師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，從事植物資源高值化應(yīng)用研究。