纺织纤维生物降解性及降解生态化的表征

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1、纺织纤维生物降解性及降解生态化的表征第1章绪论纺织材料生态化已成为全世界关注的发展方向。纤维是资源、用弃纤维仍旧是资源。现有地球上的资源和能源的有限，甚至缺乏，是人们日益重视并着力解决的问题。纤维的生物降解消失，即便是全生态的，本质上还是在使该物质消失，即该资源的消失。故此为值得质疑的第一点。若纤维的生物降解中为有毒、有害的和高能耗的生物降解不仅值得质疑，而且应予以制止。人们是在致力于研究既不影响生态环境，又能生态利用的纤维资源和新纤维[1]。但绝大多数集中在人体组织工程中生物降解纤维。而将大宗类服用纤维做成可生物降解类纤维

2、[2]，却是国内出现的非生态或有悖于生态观的怪圈。其显见的现象是以可生物降解材料来解决白色污染，不仅忽视了降解过程中更为有害的污染，而且忽视了纤维资源的丢失。本文将重点讨论纺织纤维在生物降解过程中的可生物降解性及其降解的生态性的评价，以期使人们对纤维材料生物降解的可行性和生态性有客观的认识，并为正确地使用和再生利用纤维资源提供参考。1.1纤维在自然界中的降解与消失1.1.1纤维及纤维制品在自然界中的降解方式与用途纤维及纤维制品广泛应用在纺织服装、农业、建筑、医疗等领域中，这些产品使用后多数被直接丢弃在自然界中。因此，研究各类

3、纤维在自然环境下的降解具有重要的实际意义。在自然界中，纤维及纤维制品的降解方式主要有光降解、化学降解和生物降解，在实际中这三种方式往往综合交叉进行，降解机理具有复杂性、多元性，可以兼有光、热、氧、生物等分解途径的几类或全部。在日光照射下，材料吸收紫外线等辐射能后发生光引发作用，使键能减弱，长链分裂成较低分子量的碎片，聚合物的完整性受到破坏，物理性能下降失去其物理强度并脆化。较低分子量的碎片在空气中进一步发生氧化作用，产生自由基断链反应，降解成为能被生物分解的低分子量化合物，经自然剥蚀细脆化后变为粉末，进入土壤，在微生物作用下

4、重新进入生物循环，最后被彻底氧化为C02和H20。整个降解过程是由光降解和自由基断链氧化反应相结合的Norrish反应。化学降解材料接触自然界中酸、碱、氧化、还原等化学作用使分子减小的过程。通常指有机化合物分子中碳原子数目由于共价键断裂而减少的过程。随着碳原子数目减少，化合物分子量也降低，这就是一种降解过程；在高分子化学中，通常指高分子聚合物在化学作用如水解、醇解、酸解等作用下聚合度降低的过程，从而引起一些诸如弹性、强度和點性等性能的改变，如蛋白质、多糖、脂质等均一或非均一的分解(或水解)。1.2人们已知的可生物降解的纤维及

5、其性能1.2.1已知可生物降解的纤维及分类羊毛纤维本质是属于蛋白质一类的复杂化合物，元素组成包括碳、氧、氧、氮，还含有一定量的硫，它在化学成分上相当于角、蹄和指甲一类，都属于角腕蛋白。羊毛角蛋白的结构极其复杂而致密，是由许多种a-氨基酸缩合而成的链状大分子。同时，链状大分子间还有几种交联从而使其具有网状结构（如图1-1)。这些横向交联主要包括：胱氨酸键（二硫键）、盐式键、氧键等联系力。组成各种阮类的氨基酸的种类是差不多的，已经分析出来的有常见的约20种。由于这些横向联系，尤其是特有的二硫键（-S-S-)存在，使得对羊毛角阮大

6、分子在自然界中的降解有一定的困难。羊毛纤维结构上可分为三部分（如图1-2):包覆在毛外部的鳞片层、组成羊毛实体的主要部分皮质层、在毛干中心不透明毛髓组成的髓质层。髓质层只存在于较粗的毛纤维中，细毛中无髓质层。鳞片层是由角质化的扁平状免蛋白细胞组成。这些薄片状细胞呈鱼麟状重叠覆盖，包覆在毛干的外部。憐片层主要是含胱氨酸量达12%的蛋白质，化学性质稳定，有保护毛干的作用。皮质层在鳞片层的里面，是羊毛的主要组成部分，也是决定羊毛物理化学性质的基本物质。第2章实验方法人们要减少纺织品废弃物对环境的危害，获得无污染、生态的纺织废弃物处

7、理方法，就必须先对基本的纺织品降解性能进行研究，例如对纤维生物降解性进行系统地研究和表征评价分析。本课题选用羊毛、PLA、棉纤维为研究对象，根据前人对其他材料生物降解性和生态性的研究理论和分析方法，选择现代化的测试仪器设备，以及测量方法对纤维生物降解进行表征。本章重点说明了实验材料及准备、各性能测试所需仪器及实验方案、评价指标及数据处理方法。土壤中富有微生物所需要的养料，其温度、湿度、酸碱度、氧气等等条件均有利于菌体的生长。土壤有微生物的天然培养基之称，土壤中微生物的数量最大，类型最多。据计，Ig肥土中含有几十亿个微生物。本

8、实验中使用的土壤于校园花圃土，经过蹄选，去除土壤中的石子颗粒。经测试土壤pH值为7.6，有机质含量为4.1g/kg。第3章纤维生物降解性的表征..........253.1纤维的形态结构变化..........253.2纤维的质量损失讨论..........303.3纤维的力学性能的损失.