靜電紡絲(以下記為ES)法最初的專利可追溯到1930年代Folmhals發表的有關醋酸纖維素電場紡絲的嘗試。自1990年代后期納米技術的繁盛期出現以來,ES紡絲作為納米纖維工業生產的實用性被廣泛關注。
ES紡絲法中,用于紡制微細纖維(納米和亞微米級)的高分子化含物有許多種。其中包括合成和天然高分子化合物兩大類。Huang等綜述了有關由ES紡絲法得到的超細纖維材料科學及其用途開發的研究。
本文所謂與天然和生物有關的高分子化合物,除蛋白質、多糖和核酸外,還包括聚氨基酸、改性多糖。在這些高分子物的ES研究中,重點敘述了筆者進行的與合成聚氨基酸和天然多糖ES現象有關的研究。
1·與天然和生物有關的高分子物ES研究的意義
眾所周知,大部分蛋白質、多糖和核酸在水溶液中都保持規則的立體結構,尤其是蛋白質立體結構的層次性已被明確地定義。作為天然蛋白質纖維典型代表的蠶絲和羊毛的力學特性及其纖維原料蛋白質的一次結構、二次結構、三次結構以及四次結構的相關性已被研究。有關合成聚氨酸的鏈結構及與及轉變相關的研究,為天然蛋白質,二次結構形成機理的闡述提供了重要知識,也為纖維材料學上,天然蛋白質纖維內分子結構和力學特性的解釋作出了重大貢獻。
如上所述,蛋白質纖維溶解狀態的多肽鏈一次結構、二次結構的轉變和二次結構的相互作用是支配由溶液紡絲所得纖維的力學特性的重要因素之一。天然多糖,尤其是纖維和甲殼質都是一樣,由糖苷結合的單糖連接方式以及多糖鏈間相互作用和形成的結晶都是影響纖維力學特性的因素。在纖維材料化學研究中,紡絲原液中高分子的立體結構與由這種狀態紡絲所得的纖維力學特性之間關系是溶液紡絲技術的重要研究課題。假如將ES法作為傳統溶液紡絲法的一種。在ES法的纖維材料化學方面就必須具備上述特性。許多合成高分子在其溶解狀態下的呈較為無序的鏈結構和物理性的纏繞會影響紡絲原液的粘性系數。從這個現點出發,本文將進行有關ES紡絲機理研究。
2·合成聚氨基酸
科學家對聚氨酸的合成及其性質進行了廣泛研究。在迄今為止合成聚氨酸中,弄清了引起聚-γ-苯甲基-L-谷聚酸(PBLG,圖1)和聚-ε-苯酯基-L-賴氨酸(PZLL)的結構變化的溶劑條件及其機理,從而確立了物理性能的研究方法。例如,PBLG分子鏈在二氯甲烷(MC)中形成α-螺旋結構,如添加二氯醋酸或三氟醋酸(TFA)、則轉變為依賴TFA濃度的不規則的卷曲結構。因為MS或TFA都是E法常用紡絲溶劑,所以在探討聚氨基酸結構和ES法曳絲性、纖維形態和力學強度之間關系上它們都是理想的實驗體系。
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