蠶絲作為生物相容性良好的天然蛋白質(zhì)纖維，在生產(chǎn)、加工和織造過(guò)程中以及使用后存在大量的廢棄物?；诳沙掷m(xù)發(fā)展原則，徐衛(wèi)林教授研究團(tuán)隊(duì)采用自主專利設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了物理法回收蠶絲廢棄物，較好的保留了絲素蛋白本體優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和性能，且不產(chǎn)生二次污染物。但物理回收的未改性絲素粉體在與高分子材料復(fù)合形成多級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)粉體含量較高時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能較低，限制了絲素粉體的充分應(yīng)用。因此，在不進(jìn)行化學(xué)改性的情況下，如何提高高含量微米級(jí)填料粒子復(fù)合材料的韌性仍存在挑戰(zhàn)。
近期，武漢紡織大學(xué)徐衛(wèi)林教授課題組結(jié)合浸沒(méi)沉淀成型理論和溶劑蒸發(fā)成型理論，打破傳統(tǒng)化學(xué)改性法優(yōu)化界面，通過(guò)物理成型方法調(diào)控聚合物鏈的組裝方式及填料粒子與聚合物基體間的界面作用力，制備出了增韌的聚氨酯/未改性絲素粉體復(fù)合膜（PU-SF）。
該工作以標(biāo)題”Fabrication of High-toughness Polyurethane/FibroinComposite without Interfacial Treatment and its Toughening Mechanism”發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上，第一作者張春華博士，通訊作者劉欣教授和徐衛(wèi)林教授。
在50 wt% SF含量下，采用二元溶劑體系浸沒(méi)沉淀法制備的PU-50%SF復(fù)合膜，較常規(guī)浸沒(méi)沉淀法制備復(fù)合膜的斷裂伸長(zhǎng)率和韌性分別提高了145.1%和1670.9%；較常規(guī)溶劑蒸發(fā)法制備復(fù)合膜的斷裂伸長(zhǎng)率和韌性分別提高了11733.0%和6000.0%。
常規(guī)浸沒(méi)沉淀法所制備的PU-50%SF復(fù)合膜為不規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)，常規(guī)溶劑蒸發(fā)法所制備的PU-50%SF復(fù)合膜為致密多裂紋結(jié)構(gòu)，而該研究采用二元溶劑體系浸沒(méi)沉淀法所制備的PU-50%SF復(fù)合膜為獨(dú)特的緊密微孔結(jié)構(gòu)。
通過(guò)微球脫粘實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，采用二元溶劑體系浸沒(méi)沉淀法制備的復(fù)合膜中PU與SF具有良好的界面作用力。
常規(guī)浸沒(méi)沉淀法制備的PU-SF復(fù)合膜，由于SF與PU間存在較大孔隙，以及不規(guī)則大孔的弱結(jié)效應(yīng)，使得復(fù)合膜的應(yīng)力較低；常規(guī)溶劑蒸發(fā)法制備的PU-SF復(fù)合膜，在外力作用下，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，內(nèi)部裂紋的快速擴(kuò)展導(dǎo)致材料失效。而該研究采用二元溶劑體系浸沒(méi)沉淀法制備的PU-SF復(fù)合膜，能夠結(jié)合浸沒(méi)沉淀致相轉(zhuǎn)變的優(yōu)勢(shì)及溶劑蒸發(fā)過(guò)程中分子鏈的壓縮作用，實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的緊密式“漁網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，且PU與SF之間具有良好的界面作用力，在外力作用下，應(yīng)力能夠良好的在SF與PU間傳導(dǎo)，提高了復(fù)合材料的韌性。這項(xiàng)工作為廢棄物的循環(huán)再利用提供了一種簡(jiǎn)單、切實(shí)可行的方法，為具有良好韌性的仿蠶絲纖維和仿生材料的制備等提供了新的策略。
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