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明胶溶液及明胶-PEG复合纺丝液流变性研究
摘要：
本研究以明胶为主要原料，加入聚乙二醇(PEG)制备了明胶溶液和明胶-PEG复合纺丝液，并通过流变学方法研究其流变性质。实验结果表明，在一定浓度范围内，明胶溶液呈现出典型的偏胶体流变特性，明胶-PEG复合纺丝液的流变特性比明胶溶液稳定，纤维的直径也更加均匀。
1.引言
明胶是一种由动物骨骼、角质和结缔组织中提取的天然高分子，因其良好的生物相容性、可降解性和丰富的交联点而被广泛应用于药品包装、制备软骨组织工程支架、及生物医学领域。但是在应用中，明胶的流动性不佳，难以制备成纤维状或其他形状，严重限制了其在纺织和组织工程方面的应用。因此，在此基础上，本文以明胶为主要原料，通过加入PEG制备明胶-PEG复合纺丝液，探究PEG对明胶流变性的影响，为其开发新的应用提供基础研究。
2.实验材料和方法
2.1材料
本实验采用明胶(100g，Sigma)、PEG(100g)和水(800ml)作为实验材料。
2.2制备明胶溶液和明胶-PEG复合纺丝液
将明胶粉末加入200ml热水中搅拌至明胶完全溶解，每隔20分钟搅拌一次，防止出现结块。PEG也以此方法加入200ml热水中搅拌至PEG完全溶解。两个混合溶液分别在60℃高温条件下混合并搅拌25分钟后冷却至室温(25℃)。制备的明胶溶液和明胶-PEG复合纺丝液浓度分别为8%和8:2(g/g)。
2.3流变学测试
使用雷诺772型旋转圆盘流变仪测试明胶溶液和明胶-PEG复合纺丝液的流变性质。实测温度在25℃。
3.结果和分析
3.1明胶溶液的流变性质
明胶溶液的流变性质如图1所示。控制剂力在0.1~100s-1范围内变化时，粘度明显增加，呈现出典型的偏胶体特性。随着控制剪切速率的增加，粘度增加幅度逐渐降低，呈现出类似流体的特性。这表明明胶溶液表现出一定的剪切稀释特征，高剪切速率下分子链断裂，引起分子浓度的降低，从而导致粘度的降低。
3.2明胶-PEG复合纺丝液的流变性质
与明胶溶液相比，明胶-PEG复合纺丝液的流变性质更加稳定。当剪切速率从0.1s-1增加到100s-1时，复合纺丝液出现较小的粘度变化，见图3。相对于明胶溶液，明胶-PEG复合纺丝液具有更高的剪切应力，同时在同一剪切速率下也表现出了更低的粘度。这表明PEG的引入减弱了明胶溶液的凝聚键和分子间结合能力，使得纤维形成起到了更好的作用。
3.3明胶-PEG复合纺丝液纤维的形态观察
通过扫描电镜观察明胶溶液和明胶-PEG复合纺丝液制备的真丝，发现复合纺丝液制备的纤维直径更加均匀，见图4，相比之下，明胶溶液纤维直径不规则，分布不均匀，表面光洁度也有所下降。
4.结论
本研究以明胶为主要原料，加入PEG制备了明胶-PEG复合纺丝液，并通过流变学方法研究了它们的流变性质。结果表明，明胶溶液在一定浓度下呈现出典型的偏胶体流变特性，而明胶-PEG复合纺丝液的流变特性比明胶溶液稳定，纤维的直径也更加均匀。这些结果表明，PEG可以使明胶流变性能得到改善，并提高了明胶制备的纤维质量，这对于日后在纺织和组织工程方面的应用具有良好的前景。