Structural Characteristics and Physical Properties of Wild Silk Fibres; Antheraea pernyi and Antheraea yamamai

야잠사의 구조특성 및 물리적 성질

The structural characteristics of Antheraea yamamai and Antheraea pernyi silk were investigated by using x-ray diffraction method, IR spectroscopy and polarizing microscopy. The amino acid composition, fiber density, thermal decomposition temperature and glass transition temperature were also measured for relating these physical properties to the structure in comparison with those of Bombyx mori silk fiber. There was no significant structural difference between A. yamamai and A. pernyi silk fiber on an examination of x-ray diffraction curve and IR spectrum. Both of these wild silk fibers showed double diffraction peaks at the Bragg angle 2Θ16.7˚ and 20.5˚by x-ray diffraction analysis as well as IR absorption peaks for the bending vibration of specific groups related to ala-ala amino acid sequence. On the other hand, the x-ray diffraction curve and IR spectrum of Bombyx mori silk fiber are different from those of wild silk fibers, indicating different crystal structure as well as amino acid sequences. It showed under the polarizing microscope examination that the birefringence and optical orientation factor of wild silk fibers are much lower than those of B. mori silk. Also, the surface of degummed wild silk fibers was characterized by the longitudinal stripes of microfibrils in the direction of fiber axies. The amino acid composition, which is strongly related to the fine structure and properties, was not significantly different between these two wild silk fibers. However, the alanine content was somewhat less and polar amino acid content more for A. yamamai. As a result of fiber density measurement, the specific gravities of B. mori, A. pernyi and A. yamamai were 1.355~1.356, 1.308~1.311, 1.265~1.301g/㎤ in the order, respectively. The calculated crystallinity(%) was 64% for B. mori and 51~52% for wild silk fibers, which showed same trend by IR method in spite of somewhat higher value. The thermal decomposition behaviour was examined by DSC and TGA, showing that the degradation temperature was in the order of B mori, A. prernyi and A. yamamai at around 350$^{\circ}C$. It was also observed by TGA that the decomposition seems to proceed step by step according to their specific regions in the fiber structure, resulting the difference in their thermal stabilities. The glass transition temperature was turned out to be 220$^{\circ}C$ for B. mori, 240$^{\circ}C$ A. yamamai and 255$^{\circ}C$ A. pernyi by the dynamic mechanical analysis. It is expected that the chemical properties are affected by the dynamic mechanical behavior in accordance with their structural characters.

야잠사, Antheraea pernyi와 Antheraea yamamai의 구조특성을 살폅기 위하여 x-ray 회절 분석, IR 분광법, 편광현미경 관찰, 아미노산 분석을 행하였으며 섬유밀도, 열적 성질 및 동점탄성 성질을 살펴보았다. 그들의 구조 및 물리적 성질에 대한 결과를 가잠사(Bombyx mori)의 특성과 비교하여 요약하면 다음과 같다. 1. 작잠견사와 천잠견사의 아미노산 조성에는 큰 차이가 없었으나 천잠견사의 경우 반응성이 높은 극성아미노산이 다소 많은 것으로 나타났으며 가잠견사의 경우 glycine, 야잠사는 alanine 함량이 가장 많으므로 이들의 견사의 결정구조 특성에 관여되었다고 할 수 있다. 2. 섬유밀도 측정결과 천잠사(1.265~1.301g/㎤), 작잠사(1.308~1.311g/㎤), 가잠사(1.355~1.356g/㎤) 순으로 나타났으며 계산된 결정화도 값도 천잠사(51%), 작잠사(52%), 가잠사(64%) 순으로 나타났다. 3. 작잠사와 천잠사의 x-ray 회절곡선은 차이점이 없이 2$\theta$기호 16.7。와 20.5。에서 (002)면과 (201)면의 특징적인 double peak이 관찰되었으며 가잠사의 경우 2$\theta$기호 20.5。 부근에서 강한 회절 peak이 나타나 결정 구조가 서로 다른 것으로 나타났다. 4. IR spectrum 관찰결과 작잠사와 천잠사는 공히 alanine-alanine sequence에 관계되는 흡수 peak이 나타나며 가잠사는 glycine-alanine sequence에 관련된 group의 흡수 peak이 나타났다. IR 결정화도는 밀도측정에 의한 결과와 동일하게 천잠사(53.9%), 작잠사(54.3%), 가잠사(70.4%) 순으로 계산되었다. 5. 복굴절률은 가잠사의 경우 0.0556에 비하여 야잠사는 0.0216으로 낮은 값을 나타내며 광학배향도값도 가잠사가 2배 정도 높은 것으로 나타났다. 편광현미경에 의한 표면특성은 야잠사의 경우 섬유축방향으로 microfibril들이 줄무늬 모양으로 뚜렷하게 관찰되었다. 6. DSC 및 TGA 분석에 의하여 열분해특성을 살펴본 결과 열분해온도는 가잠사, 작잠사, 천잠사 순으로 350。 부근에서 나타났으며 각각의 구조특성에 따라 열분해가 진행되는 단계가 달리 나타나는 것으로 관찰되어 열안정성의 차이를 보여주었다. 7. Dynamic storage modulus와 loss modulus를 측정하여 얻은 유리전이온도는 가잠사 22$0^{\circ}C$, 천잠사, 24$0^{\circ}C$ 및 작잠사 255$^{\circ}C$의 값을 나타냈으며 이것은 비결정영역의 전이형상이 각 견사의 구조특성에 따라 다른 거동을 하고 있음을 의미한다.