纤维新材料及其应用-6生物质

1、精选版课件ppt1生物质纤维生物质纤维天然生物质天然生物质人造生物质人造生物质合成生物质合成生物质精选版课件ppt2一、聚乳酸纤维一、聚乳酸纤维 原料来源：淀粉及其他含有葡原料来源：淀粉及其他含有葡萄糖的化合物。萄糖的化合物。 精选版课件ppt3 （一）聚乳酸的聚合方法（一）聚乳酸的聚合方法 淀粉经过发酵，制取乳酸。淀粉经过发酵，制取乳酸。乳酸直接聚合乳酸直接聚合间接聚合间接聚合 精选版课件ppt4聚乳酸熔融温度较低，一般采用熔聚乳酸熔融温度较低，一般采用熔体纺丝制取。体纺丝制取。 精选版课件ppt5（二）性能（二）性能 1.1.力学性能接近涤纶，具有较力学性能接近涤纶，具有较高的强度和断裂伸

2、长率，初始模量高的强度和断裂伸长率，初始模量高于大多数合成纤维。高于大多数合成纤维。精选版课件ppt62.2.热学性质。熔融温度低。燃烧热热学性质。熔融温度低。燃烧热小，限氧指数较高，小，限氧指数较高，2525%2525%。二氧。二氧化碳排放量低。化碳排放量低。3.3.吸湿性和染色性较差，但比涤纶吸湿性和染色性较差，但比涤纶要好，分散染料要好，分散染料100100C C即可染色。即可染色。精选版课件ppt74.4.安全性安全性5.5.生物可降解性生物可降解性6.6.抗菌性好抗菌性好精选版课件ppt8（三）用途（三）用途医疗：缝合线、创伤保护材料，内医疗：缝合线、创伤保护材料，内脏修补材料，骨折

3、部位固定材料。脏修补材料，骨折部位固定材料。林业：防草袋、防兽网林业：防草袋、防兽网农业：寒冷纱、捆绑绳、防虫网农业：寒冷纱、捆绑绳、防虫网渔业渔业衣料衣料家用家用精选版课件ppt9 二、二、PTT纤维纤维 聚对苯二甲酸丙二酯纤维。聚对苯二甲酸丙二酯纤维。原料：对苯二甲酸二甲酯和原料：对苯二甲酸二甲酯和1,3丙二丙二醇（可以从生物玉米工艺路线获醇（可以从生物玉米工艺路线获取）。取）。精选版课件ppt10性能对比：性能对比： PTT PET PBTPTT PET PBT断裂强度断裂强度 2.5-4.0 4.0-6.0 2.5-4.52.5-4.0 4.0-6.0 2.5-4.5断裂伸长率断裂伸长

4、率 20-30 15-25 20-4020-30 15-25 20-40初始模量初始模量 20-40 80-140 18-3520-40 80-140 18-35熔点熔点 228 265 220228 265 220玻璃化温度玻璃化温度 48 69 3048 69 30回潮率回潮率 0.2-0.5 0.2-0.5 0.2-0.50.2-0.5 0.2-0.5 0.2-0.5精选版课件ppt11防污性能好，易染色，手感柔软，防污性能好，易染色，手感柔软，悬垂性能好。悬垂性能好。具有具有“奇碳效应奇碳效应”，分子链呈螺旋，分子链呈螺旋状，弹性回复率很高。状，弹性回复率很高。20%20%的变形，的变

5、形，100%100%恢复，连续拉伸恢复，连续拉伸1010次，均可达次，均可达到该回复率。到该回复率。 精选版课件ppt12三、三、PHAPHA纤维纤维是一类由各种微生物（如土壤细菌、蓝是一类由各种微生物（如土壤细菌、蓝藻、转基因植物等）产生的生物相容可藻、转基因植物等）产生的生物相容可降解的全生物高分子。这类可熔融纺丝降解的全生物高分子。这类可熔融纺丝生产生产PHA纤维，工艺路线环保，污染少。纤维，工艺路线环保，污染少。目前纤维加工的难点在于目前纤维加工的难点在于PHA脆性较大、脆性较大、机械性能差和可加工温度范围窄。机械性能差和可加工温度范围窄。精选版课件ppt13四四 人造蛋白质纤维人造蛋

6、白质纤维以各种蛋白质为原料生产的纤维。以各种蛋白质为原料生产的纤维。1935-19361935-1936年曾工业化生产，年曾工业化生产，5050年年代停止。代停止。基于人造蛋白的分子与人体肌肤相基于人造蛋白的分子与人体肌肤相同，再度引起兴趣。同，再度引起兴趣。精选版课件ppt14（一）人造乳酪纤维（一）人造乳酪纤维人造牛奶纤维、人造酪素纤维人造牛奶纤维、人造酪素纤维很多性能类似羊毛。很多性能类似羊毛。回潮率回潮率14%14%。密度密度1.291.29。断裂强度断裂强度0.7-0.89cN/dtex.0.7-0.89cN/dtex.热性能较差。热性能较差。精选版课件ppt15 制法：制法：撇除奶

7、油，加热至撇除奶油，加热至4040，加酸使蛋，加酸使蛋白凝固，分离液体获得乳酪，精制白凝固，分离液体获得乳酪，精制干燥后，即为乳酪纤维的原料，约干燥后，即为乳酪纤维的原料，约为为3%3%。 经稀碱溶液溶解制成纺丝液，凝经稀碱溶液溶解制成纺丝液，凝固浴为稀硫酸和硫酸钠。经牵伸等固浴为稀硫酸和硫酸钠。经牵伸等后处理制成。后处理制成。 精选版课件ppt16（二）人造大豆蛋白纤维（二）人造大豆蛋白纤维 纤维光泽柔和，具有蚕丝样的天纤维光泽柔和，具有蚕丝样的天然光泽和悬垂感；纤维柔软、蓬松、然光泽和悬垂感；纤维柔软、蓬松、密度小、吸湿性好、透气穿着性好。密度小、吸湿性好、透气穿着性好。日光稳定性好。日光

8、稳定性好。弹性较差。弹性较差。 精选版课件ppt17大豆榨油后的豆粕为原料，用浸泡大豆榨油后的豆粕为原料，用浸泡法提取植物蛋白，进行纯化后，使法提取植物蛋白，进行纯化后，使部分蛋白质与含羟基的高分子物发部分蛋白质与含羟基的高分子物发生接枝共聚，进而与聚乙烯醇制备生接枝共聚，进而与聚乙烯醇制备共混纺丝液进行湿法纺丝。共混纺丝液进行湿法纺丝。 精选版课件ppt18 （三）人造玉米蛋白纤维（三）人造玉米蛋白纤维酰胺氮含量较高，用甲醛硬化处理酰胺氮含量较高，用甲醛硬化处理后纤维的稳定性较好。在水或稀碱后纤维的稳定性较好。在水或稀碱溶液中的膨润度较小，相应大分子溶液中的膨润度较小，相应大分子长链上所带的

9、支链也较少，初生丝长链上所带的支链也较少，初生丝拉伸时容易取向，热稳定性好。拉伸时容易取向，热稳定性好。精选版课件ppt19性能比较性能比较 玉米蛋白玉米蛋白 酪素蛋白酪素蛋白 花生蛋白花生蛋白相对密度相对密度 1.25 1.29 1.24 1.25 1.29 1.24 标准回潮率标准回潮率 10 14 12-1510 14 12-15干态断裂强度干态断裂强度 0.88-1.06 0.7-0.89 0.710.88-1.06 0.7-0.89 0.71湿态断裂强度湿态断裂强度 0.62 0.3-0.45 -0.62 0.3-0.45 -干态断裂伸长率干态断裂伸长率 32 30 3032 30

10、30湿态断裂伸长率湿态断裂伸长率 35 34 -35 34 -精选版课件ppt20制法制法 70%70%异丙醇为抽提液，提取玉米异丙醇为抽提液，提取玉米蛋白，用水稀释提取液，玉米蛋白蛋白，用水稀释提取液，玉米蛋白沉淀析出；分离出的蛋白质经清洗沉淀析出；分离出的蛋白质经清洗干燥后，溶于稀碱溶液中，加入少干燥后，溶于稀碱溶液中，加入少量尿素和甲醛，配成纺丝液，湿法量尿素和甲醛，配成纺丝液，湿法纺丝。纺丝。预硬化拉伸预硬化拉伸200%-300%200%-300%，再硬化。，再硬化。 精选版课件ppt21（四）人造花生蛋白纤维（四）人造花生蛋白纤维理化性能与其他人造蛋白纤维相同，理化性能与其他人造蛋白

11、纤维相同，纤维断裂强度低，干湿态强度差很纤维断裂强度低，干湿态强度差很大。大。精选版课件ppt22制法：制法：花生仁磨碎，有机溶剂萃除脂肪，花生仁磨碎，有机溶剂萃除脂肪，之后稀碱溶液浸泡，提取出花生蛋之后稀碱溶液浸泡，提取出花生蛋白，随后调节提取液的白，随后调节提取液的pHpH值至值至4.54.5，花生蛋白沉析，约有花生蛋白沉析，约有42%42%。用。用0.5%0.5%氢氧化钠溶解制成含蛋白质氢氧化钠溶解制成含蛋白质20%-20%-30%30%的纺丝液，湿法纺丝。的纺丝液，湿法纺丝。精选版课件ppt23（五）人造蜘蛛丝纤维（五）人造蜘蛛丝纤维多肽链组成，结构很复杂。多肽链组成，结构很复杂。精选

12、版课件ppt24蜘蛛丝是由一些原纤纤维束组成，蜘蛛丝是由一些原纤纤维束组成，原纤又是由几个厚度为原纤又是由几个厚度为120nm120nm的微的微原纤组成，微原纤是由蜘蛛丝蛋白原纤组成，微原纤是由蜘蛛丝蛋白构成的高分子化合物。构成的高分子化合物。蜘蛛丝蛋白的氨基酸以甘氨酸和丙蜘蛛丝蛋白的氨基酸以甘氨酸和丙氨酸为主，二者约占氨酸为主，二者约占70%70%，还有丝，还有丝氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸和氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸和络氨酸等。络氨酸等。精选版课件ppt25蜘蛛丝具有很高的强度，比芳纶还蜘蛛丝具有很高的强度，比芳纶还高，是钢的高，是钢的5-105-10倍。蜘蛛丝的弹性倍。蜘蛛丝的弹性和韧

13、性都很好，耐冲击性强。和韧性都很好，耐冲击性强。耐低温性好，耐低温性好，-40-40仍保持其弹性。仍保持其弹性。生物可降解，不会对环境造成污染。生物可降解，不会对环境造成污染。 精选版课件ppt26防弹背心优于芳纶。防弹背心优于芳纶。坦克飞机的装甲。坦克飞机的装甲。宇航服。宇航服。医疗方面，与人体具有相容性，可医疗方面，与人体具有相容性，可以用作高性能生物材料。筋腱、韧以用作高性能生物材料。筋腱、韧带、器官、组织修复、伤口处理、带、器官、组织修复、伤口处理、手术缝合。手术缝合。精选版课件ppt27采用基因工程方法生产人造蜘蛛丝，采用基因工程方法生产人造蜘蛛丝，正在探索中。正在探索中。搞清基因序

14、列，建立模型，生产出搞清基因序列，建立模型，生产出合成基因，移植给动物、植物或微合成基因，移植给动物、植物或微生物，复制蜘蛛丝蛋白，进行分离生物，复制蜘蛛丝蛋白，进行分离提纯溶解纺丝，生产出性能优良的提纯溶解纺丝，生产出性能优良的人造蜘蛛丝。人造蜘蛛丝。精选版课件ppt28（六）蚕蛹蛋白复合纤维（六）蚕蛹蛋白复合纤维（七）再生动物毛蛋白纤维（七）再生动物毛蛋白纤维精选版课件ppt29五、甲壳素纤维五、甲壳素纤维由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻由虾、蟹、昆虫的外壳及菌类、藻类细胞壁中提取。类细胞壁中提取。甲壳素与纤维素的结构十分相似，甲壳素与纤维素的结构十分相似，第二碳位上羟基被乙酰基第二碳位上羟

15、基被乙酰基（-NHCOCH2）脱乙酰基后被氨基取代则为壳聚糖。脱乙酰基后被氨基取代则为壳聚糖。 精选版课件ppt30 节肢动物，主要包括甲壳纲，如虾、蟹等，含甲壳素节肢动物，主要包括甲壳纲，如虾、蟹等，含甲壳素20%30%，高的达高的达58%85%；其次是昆虫纲，如蝗、蝶、蚊、蚕等蛹壳中含甲壳；其次是昆虫纲，如蝗、蝶、蚊、蚕等蛹壳中含甲壳素素20%60%；多足纲如马陆、蜈蚣等；多足纲如马陆、蜈蚣等； 软体动物，主要包括双神经纲如石鳖，腹足纲如鲍，蜗牛等，软体动物，主要包括双神经纲如石鳖，腹足纲如鲍，蜗牛等，头足纲如乌贼、鹦鹉等，甲壳素含量为头足纲如乌贼、鹦鹉等，甲壳素含量为3%26%； 环节动

16、物，包括原环虫纲如角蜗牛，毛足纲如沙蚕，蚯蚓和蛭环节动物，包括原环虫纲如角蜗牛，毛足纲如沙蚕，蚯蚓和蛭纲如蚂蟥三纲，有的含甲壳素极少，但高的含纲如蚂蟥三纲，有的含甲壳素极少，但高的含20%38%； 原生动物，简称原虫，也叫单细胞动物，包括鞭毛虫纲如锥体原生动物，简称原虫，也叫单细胞动物，包括鞭毛虫纲如锥体虫，肉足纲如变形虫，纤毛虫纲如草履虫等；虫，肉足纲如变形虫，纤毛虫纲如草履虫等； 肛肠动物，包括水螅虫纲如中水螅、筒螅等，钵水母纲和珊瑚肛肠动物，包括水螅虫纲如中水螅、筒螅等，钵水母纲和珊瑚虫纲等；虫纲等； 海藻，主要是绿藻；海藻，主要是绿藻； 真菌，包括子囊菌、担子菌、藻菌等，含甲壳素从微量

17、到真菌，包括子囊菌、担子菌、藻菌等，含甲壳素从微量到45%不等，只有少数真菌如不等，只有少数真菌如Olmycetes和和Trichomycetes不含甲壳素；不含甲壳素； 动物的关节、蹄、足、的坚硬部分，以及动物肌肉与骨接合处动物的关节、蹄、足、的坚硬部分，以及动物肌肉与骨接合处均有甲壳均有甲壳 素存在。素存在。 精选版课件ppt31性能：性能：干态强度干态强度1.5cN/dtex;打结强度打结强度0.44-1.32；标准回潮率标准回潮率13%-14%。精选版课件ppt32（1）优异的生物医学功能）优异的生物医学功能 甲壳素的结构与人体内的氨基葡萄糖的甲壳素的结构与人体内的氨基葡萄糖的构成相同

18、，而且具有类似于人体骨胶原组构成相同，而且具有类似于人体骨胶原组织结构，这种双重结构赋予了它们极好的织结构，这种双重结构赋予了它们极好的生物医学特性。生物医学特性。即它对人体无毒无刺激，可被人体内的溶即它对人体无毒无刺激，可被人体内的溶菌酶分解而吸收，与人体组织有良好的生物相容性，它具有抗菌、菌酶分解而吸收，与人体组织有良好的生物相容性，它具有抗菌、消炎、止血、镇痛、促进伤口愈合等功能。是理想的医用高分子材消炎、止血、镇痛、促进伤口愈合等功能。是理想的医用高分子材料，广泛用于制造特殊的医用产品。国外，尤其是日本和美国已用料，广泛用于制造特殊的医用产品。国外，尤其是日本和美国已用它来制造人造皮肤

19、、可吸收缝合线、血液透析膜和药物缓释剂以及它来制造人造皮肤、可吸收缝合线、血液透析膜和药物缓释剂以及各种医用敷料等。各种医用敷料等。 精选版课件ppt33（2）可生物降解）可生物降解 原料采用虾、蟹类水产品的废弃原料采用虾、蟹类水产品的废弃物，可减少对环境的污染，另一方面物，可减少对环境的污染，另一方面甲壳素纤维的废弃物又可生物降解，甲壳素纤维的废弃物又可生物降解，不会污染周边环境。不会污染周边环境。所以甲壳素纤维又被称为绿色纤维。所以甲壳素纤维又被称为绿色纤维。 精选版课件ppt34（3）优良的吸湿保温功能）优良的吸湿保温功能 甲壳素纤维存在大量的羟基（甲壳素纤维存在大量的羟基（OH）和氨基

20、（和氨基（NH2）等基团。故纤维有）等基团。故纤维有很好的亲水性和很高的吸湿性。很好的亲水性和很高的吸湿性。在不同的成形条件下，其保水值均在在不同的成形条件下，其保水值均在130%左右。左右。 精选版课件ppt35（4）较好的可纺性）较好的可纺性 强度偏低，在一定程度上影响了强度偏低，在一定程度上影响了甲壳素纤维的成纱强度。纯纺困难，甲壳素纤维的成纱强度。纯纺困难，通常混纺。有待改进。通常混纺。有待改进。具有优良的染色性能，可采用直接、具有优良的染色性能，可采用直接、活性、还原、碱性及硫化等多种染料活性、还原、碱性及硫化等多种染料进行染色，且色泽鲜艳。进行染色，且色泽鲜艳。 精选版课件ppt3

21、6 （5）保健功能）保健功能 （1） 抗菌除臭功能。抗菌除臭功能。 （2） 对皮肤的护理功能。对皮肤的护理功能。 （3） 对过敏性皮肤的辅助治疗功能。对过敏性皮肤的辅助治疗功能。 （4） 对环境的保护功能。对环境的保护功能。 （5） 抗静电功能。抗静电功能。 精选版课件ppt37制法：制法： 甲壳素溶于氨基酸溶剂制成纺丝液甲壳素溶于氨基酸溶剂制成纺丝液，纺丝后进入乙醇溶液凝固浴。经拉，纺丝后进入乙醇溶液凝固浴。经拉伸、洗涤、干燥。伸、洗涤、干燥。精选版课件ppt38应用：应用： 人造皮肤，进入人体，人造皮肤，进入人体，10天左右天左右即可被降解并由人体内排出。即可被降解并由人体内排出。 香烟过

22、滤嘴，截留尼古丁能力强。香烟过滤嘴，截留尼古丁能力强。 化妆面膜，卫生巾等。化妆面膜，卫生巾等。精选版课件ppt39六、新型再生纤维素纤维六、新型再生纤维素纤维 （一）新溶剂型纤维（一）新溶剂型纤维 天丝天丝 Lyocell Tencel Newcell生成过程无污染。生成过程无污染。精选版课件ppt40 精选版课件ppt41NMMO是一种环状叔胺氧化物。是一种环状叔胺氧化物。室温下为固体，熔点室温下为固体，熔点170，化学，化学性能不太稳定，易吸水合成多个分性能不太稳定，易吸水合成多个分子的水合物。子的水合物。 精选版课件ppt42NMMO可以与水结合形成一定组成可以与水结合形成一定组成的高

23、度溶解能力的体系，具有较好的高度溶解能力的体系，具有较好的稳定性。的稳定性。精选版课件ppt431.溶解方法：溶解方法： （1）两步法：先将纤维素、适量）两步法：先将纤维素、适量水和水和NMMO在不溶解的温度下研磨，在不溶解的温度下研磨，均匀分散。造粒后立即送入螺杆快均匀分散。造粒后立即送入螺杆快速溶解。速溶解。精选版课件ppt44（2）直接溶解法）直接溶解法将纤维素、过量水和将纤维素、过量水和NMMO配成淤配成淤浆置于贮槽中均匀搅拌，使纤维素浆置于贮槽中均匀搅拌，使纤维素充分溶胀，然后进入螺杆。充分溶胀，然后进入螺杆。精选版课件ppt452.纤维结构纤维结构 分子链分子链-晶胞晶胞-基原纤基

24、原纤-微原纤微原纤-原纤原纤-纤维。纤维。近似圆形的截面，无皮芯结构，结近似圆形的截面，无皮芯结构，结晶度为普通粘胶的晶度为普通粘胶的1.7倍，非晶区取倍，非晶区取向度高于粘胶，规整性好，平均分向度高于粘胶，规整性好，平均分子量高于粘胶。子量高于粘胶。精选版课件ppt463.纤维性能纤维性能 （1）力学性能）力学性能 Lyocell 高湿模量高湿模量 粘胶纤维粘胶纤维 干强干强 3.8-4.2 3.4-3.6 2.0-2.6 湿强湿强 3.4-3.8 1.9-2.1 1.0-1.5干伸长干伸长 14-16 13-15 20-25湿伸长湿伸长 16-18 13-15 25-30湿模量湿模量 27

25、0 110 50精选版课件ppt47（2）原纤化性能）原纤化性能使用加工过程中，特别是在碱性湿使用加工过程中，特别是在碱性湿态条件下，机械外力作用，纤维劈态条件下，机械外力作用，纤维劈裂成直径裂成直径1-4微米的微细纤维。微米的微细纤维。 原因：结晶度高、取向度大，横向结合力原因：结晶度高、取向度大，横向结合力弱，弱， 精选版课件ppt48（3）吸湿性能）吸湿性能 Lyocell 高湿模量高湿模量 粘胶粘胶回潮率回潮率 11.5 12.5 13保水能力保水能力 65 75 90精选版课件ppt49（4）热学性能）热学性能分解温度高于普通粘胶。分解温度高于普通粘胶。热失重现象相对轻微。热失重现象

26、相对轻微。干热及沸水收缩率低，织物仅为干热及沸水收缩率低，织物仅为2%。 精选版课件ppt504.应用应用与粘胶纤维相同。与粘胶纤维相同。牛仔布系列牛仔布系列套装休闲系列套装休闲系列衬衫衬衫非织造布非织造布产业用产业用 精选版课件ppt51（二）竹浆纤维（二）竹浆纤维提取竹子中的纤维素，再经制胶、纺丝提取竹子中的纤维素，再经制胶、纺丝等工序制造而成的再生纤维素纤维。等工序制造而成的再生纤维素纤维。由于竹子在生长过程中具有良好的抗菌由于竹子在生长过程中具有良好的抗菌性，能保留一定有效的抗菌成分性，能保留一定有效的抗菌成分“竹竹醌醌”，就能体现出良好的抗菌性能。，就能体现出良好的抗菌性能。精选版课

27、件ppt52（三）再生麻纤维（三）再生麻纤维 以麻为原料制取的再生纤维素纤维。以麻为原料制取的再生纤维素纤维。 初始模量较高。初始模量较高。 精选版课件ppt53七、天然彩色棉七、天然彩色棉（一）概况（一）概况古老而又新兴的天然纤维。古老而又新兴的天然纤维。4000年以上的历史。年以上的历史。第二次世界大战，染料短缺时，曾经第二次世界大战，染料短缺时，曾经种植。种植。精选版课件ppt54 后因廉价化学染料的发展，以及白棉后因廉价化学染料的发展，以及白棉的优异性能而使其失去商业化价值。的优异性能而使其失去商业化价值。环保意识的提高以及新品种的培育使环保意识的提高以及新品种的培育使其重新回归。其重新回归。特点：无需染色。特点：无需染色。精选版课件ppt55主产地：美国、中国、俄罗斯、印度、主产地：美国、中国、俄罗斯、印度、乌兹别克等。乌兹别克等。价格约为白棉的价格约为白棉的3倍。倍。主要颜色：棕色（深棕、浅棕）主要颜色：棕色（深棕、浅棕） 绿色绿色 淡红、淡黄、浅褐色、紫淡红、淡黄、浅褐色、紫色等。色等。精选版课件ppt56（二）主要品质（二）主要品质 亩产接近白棉，衣分率低。亩产接近白棉，衣分率低。