天然皮革微观结构及其透气透湿性能研究

来源 :武汉纺织大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:peace_2009
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透气透湿性能是天然皮革优于合成革的重要服用性能。研究天然皮革优良透气透湿性能的作用机理,能有效指导生产更高水平的合成革。目前,对天然皮革的研究仅停留在宏观实验的水平上,很难从根本上解释天然皮革具有优良透气透湿性能的原因。本文利用分子动力学计算机模拟方法,可从微观结构上较透彻清晰的了解环境温度如何影响天然皮革透湿透气性能的作用机理。本文利用Tinker软件对天然皮革中所含有的一种Ⅲ型胶原蛋白(即1bkv胶原蛋白)的微观空间结构变化过程进行模拟,利用分子动力学模拟了1bkv胶原蛋白分别在300K、320K、340K、360K环境温度下的动力学过程,分析模拟过程所得到的运动轨迹和相关物理量(即回转半径Rg、接触数CN、原子间距离Dis)随着模拟温度变化的趋势,以得到温度影响以胶原蛋白为主要组成成分的天然皮革的透气透湿性能的作用机理。本文从皮革组成成分的内部空隙大小,即孔隙率来分析天然皮革的透气透湿性能,均不考虑其他影响因素的变化,如压力、湿度、皮革内亲水性基团的含量和活动剧烈程度等。模拟结果表明,随着模拟温度从300K上升到360K,回转半径Rg从24.9埃逐渐减小到24.5埃,说明1bkv胶原蛋白分子内所有原子结合得越紧密,分子体积变小;接触数CN值从125上升到350,说明α碳原子之间结合的越紧密;对原子间距离Dis的分析得到,随着温度的升高,1bkv胶原蛋白分子中原子间距离值比较小(4埃到12埃之间)的个数在不断增多,说明从整体来看原子间距离变小,胶原蛋白分子内部空隙变小。结合三个物理量的分析结果得到,随着环境温度的升高,1bkv胶原蛋白的空间结构逐渐发生变化,原子间距离逐渐减小,分子内部空隙变小,在不考虑其他影响因素变化的条件下,就会导致空气和水分子透过的速度变慢,皮革的透气透湿性能降低。
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