高性能蚕丝复合材料的研究进展

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（福建师范大学 材料科学与工程学院 福建 350108）

摘 要：蚕丝是一种天然纤维，蚕丝纤维的基础研究在揭示蚕丝优良本质的同时，也促进了蚕丝纤维的改性研究与应用，可以被制成各式各样的功能材料，在传统服饰行业外的产业领域展现出了广阔的应用前景。将蚕丝与其它功能性材料复合可以做到在不损害蚕丝优良性能的前提下克服蚕丝本身性能缺陷，赋予蚕丝产品全新优良性能。

关键词：蚕丝 高性能 纳米 复合材料 进展

蚕丝是一种天然的动物蛋白质纤维，由熟蚕分泌丝液凝固而成。由于其具有优雅的光泽、华丽的外观、柔软的手感、良好的吸湿性和透气性，深受人们的喜爱。随着现代社会发展对环境保护意识的加强，人造纤维生产过程中对环境的污染问题引起社会的高度重视；加上人造纤维最重要原料之一-原油的缺乏，市场消费者越来越崇尚自然，追求舒适、保健、美观、绿色的纺织品。蚕丝从栽桑养蚕到成丝过程都没有污染，于是天然蚕丝产品越来越受到消费者的青睐。现全球每年大于1.2亿吨的产丝量，使它成为纺织业中极其重要的天然原材料。但与人造纤维相比，蚕丝制品易折皱，细菌滋生引起的性能下降，光致发黄、老化等内在的不足，在消费者追求衣料穿着舒适性和功能性兼顾的今天，已成为制约Q丝制品市场竞争力的主要原因。

现代科学对蚕丝纤维的研究，揭示了蚕丝优良本质，越来越多的学者开始研究蚕丝纤维改性与应用。进而研发出了高性能织物，蚕丝-纳米材料，蚕丝-复合材料等具有广阔应用前景的新型材料。

1丝绸高性能织物

蚕丝的光致老化变黄、易滋生细菌和易变皱等缺点阻碍了蚕丝制品在时尚服饰上的广泛使用。随着当代小型化、智能化可穿戴商品的盛行，传统的丝织产品已经满足不了人们对时尚与智能的追求。因此，为了拓宽蚕丝的应用，近年来，国内外对蚕丝表面改性、蚕丝表面功能化做了大量的研究。

郭守娇等[1]采用漆酶处理蚕丝织物后使其与ε-聚赖氨酸（ε-PLL）发生接枝反应，赋予蚕丝织物抗皱性能。张俊等[2]采用含氟单体丙烯酸六氟丁酯，在引发剂过硫酸钾作用下对蚕丝进行接枝改性，接枝改性对蚕丝织物的白度、黄度、断裂强力和透气性影响较小，而表面张力下降明显，拒水性明显提高。李时伟等[3]采用原子转移自由基聚合（ATRP）方法将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种含氟丙烯酸酯化合物单体与蚕丝接枝共聚，制备具有拒水性能的蚕丝织物。高晓红等[4]采用银氨溶液原位还原法制备稳定、抗菌性持久的蚕丝织物。张庆华等[5]蚕丝纤维及其制品经改性处理后，其阻燃性、吸湿性和抗皱性得到很大程度的改善。

2.蚕丝-纳米材料

蚕丝是一种天然纤维，存在着一些缺点，比如易光致老化、发黄，易皱，易滋生细菌。为克服以上不足，近年来国内外在表面改性、表面功能化方面对蚕丝做了大量的研究。

徐佳[6]采用蚕丝丝素纤维为模板，利用其对金属离子的吸附能力和还原性温和的特点，在其表面控制合成具有不同形貌的氧化锌和金纳米颗粒，从而找到一种简单、绿色制备生物相容性好、无毒副作用氧化锌、金纳米颗粒的有效途径。王蜀[7]利用碳纳米管改性蚕丝，结果表明：改性蚕丝的导电性大幅提高、其导电耐久性良好。

3.蚕丝+反应复合材料

在不损害蚕丝优良性能的前提下，将蚕丝与其它功能性材料复合，是一种克服蚕丝本身性能缺陷、赋予蚕丝产品全新优良性能的有效方法。石墨烯具有轻而薄、强度大、透明度好、导热导电性能绝佳等优点，石墨烯/蚕丝复合物可以让蚕丝制品也拥有以上的优点；采用冷冻干燥方法制备的柞蚕丝素/丁二醇多孔支架材料，具有溶失率低、孔径可控、孔隙率高及力学性能好的特点；采用原位聚合法可赋予蚕丝导电性能；采用蚕丝为生物模板，通过结构遗传和化学组分变异的手段，可制备出保持动物纤维结构的氧化锆和氧化铝陶瓷纤维等。

毛丽等[8]为了降低柞蚕丝素多孔支架材料的水溶性，采用硫氰酸锂（LiSCN）溶液溶解柞蚕丝素纤维得到再生柞蚕丝素蛋白溶液，加入一定量的1，4-丁二醇溶液后，利用冷冻干燥方法制备出平均孔径380～1 050μm、孔隙率82%～92%的柞蚕丝素/丁二醇多孔支架材料。马艳等[9]对近年来各种石墨烯/蚕丝复合物的研究进行综述，总结不同复合物及其制备方法的特点，以及通过不同的方法制备的复合物在生物传感器、电容电极及载药等领域的应用，洪剑寒等[10]采用原位聚合法使蚕丝纤维表面生成一层聚苯胺导电层，形成皮芯结构蚕丝/聚苯胺复合导电纤维，赋予蚕丝导电性能。孔嵩[11]采用动物纤维（蚕丝）为生物模板，通过结构遗传和化学组分变异的手段，制备出保持动物纤维结构的氧化锆和氧化铝陶瓷纤维。实验将蚕丝分别浸渍到硝酸锆和氯化铝溶液中，取出干燥，再在空气中高温烧结，从而制备出了两种氧化物陶瓷纤维。

4蚕丝未来发展方向展望

蚕丝纤维及其制品经改性处理后，其抗氧化性、吸湿性和抗皱性得到很大程度的改善，已引起人们的广泛关注。从蚕丝纤维及其制品在穿着、洗涤过程中存在易泛黄、不耐磨、难打理、染色牢度欠佳等问题出发，综述了物理改性、化学改性及其与纳米颗粒共混改性在蚕丝及其制品改性中的应用，总结了各类方法对蚕丝及其制品的改性效果。分析认为：由于采用单一的改性方法目前仍难以得到性能完美的丝绸制品，未来蚕丝纤维及其制品的改性发展方向仍以多种方法相结合改性为主。

参考文献：

[1]郭守娇，杨慕莹，邢铁玲，陈国强，储呈平，立，孙道权.漆酶催化ε-聚赖氨酸接枝蚕丝织物的抗皱整理工艺优化试验[J].蚕业科学，2012，38（06）：1044-1050.

[2]张俊，杭伟明，陈国强.蚕丝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]李时伟，邢铁玲，李战雄，陈国强.用ATRP方法在蚕丝织物表面接枝含氟丙烯酸酯的拒水整理工艺条件优化试验[J].蚕业科学，2013，39（02）：400-405.

[4]高晓红，贾雪平，陈从阳，张凌宇，闫涛.蚕丝织物的原位纳米银抗菌整理[J].纺织学报，2013，（08）：100-104.

[5]张庆华，王琛，王梅.蚕丝纤维及其制品改性的最新研究进展[J].丝绸，2012，49（05）：16-20.

[6]徐佳.蚕丝纤维上原位控制合成纳米材料的研究[D].上海.上海交通大学，2012.

[7]王蜀，刘祖兰，蒋瑜春，张袁松.碳纳米管导电蚕丝的制备及其性能[J].纺织学报，2014，35（10）：12-18.

[8]毛丽，葛亚东，武玲玲，梁晓娟，李晨君，卢神州.柞蚕丝素/丁二醇多孔材料的制备及性能测试蚕业科学，2011，37（06）：1079-1085.

[9]马艳，张硕，张军，李智.蚕丝/石墨烯复合物的研究及应用[J].蚕学通讯，2016，36（03）：19-23.

[10]洪剑寒，李文亮，韩潇，张培夫.导电蚕丝的制备与性能研究[J].成都纺织高等专科学校学报，2016，33（03）：36-39.

[11]孔嵩.基于动物纤维（蚕丝）模板的隔热陶瓷纤维的研究[D]. 高剑凌.南京.南京理工大学，2013.

作者简介：

蔡淳，男，福建师范大学材料科学与工程学院，从事植物资源高值化应用研究。