一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法制造技术

本发明专利技术涉及丝素蛋白复合吸水材料技术领域，且公开了一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，包括以下配方原料：脱胶蚕丝、聚(乙烯醇‑N‑乙烯基甲酰胺)、壳聚糖、引发剂、交联剂。该一种聚(乙烯醇‑N‑乙烯基甲酰胺)接枝改性丝素蛋白，具有大量的亲水基团羟基、酰胺基和亚氨基，酰胺基增大了接枝大分子链之间的斥力，使聚(乙烯醇‑N‑乙烯基甲酰胺)之间形成巨大的三维网状空间，促进了材料对水分子的吸收和储存，壳聚糖中与丝素蛋白中的羧基形成酯基，降低了丝素蛋白的电子云密度，增强了其化学稳定性，并且壳聚糖键合在丝素蛋白分子的表面，提高了其拉伸弹性和断裂强度，增强了材料的机械性能。

A high strength copolymer modified silk fibroin absorbent material and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法
本专利技术涉及丝素蛋白复合吸水材料
，具体为一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法。
技术介绍
高吸水性材料可以分为天然及改性高分子类高吸水性树脂和人工合成类吸水性树脂，主要有淀粉系、纤维素系、聚乙烯酸盐系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等材料，其具有优异的吸水性能，可以吸收自身几十倍甚至几百倍质量的水，吸水材料广泛应用于生理卫生用品、吸水纸、宠物垫、防潮剂、保水剂和土壤改良剂等方面。蚕丝是熟蚕结茧时所分泌丝液凝固而成的连续长纤维，是一种天然纤维，蚕丝是自然界中最轻、最细的天然纤维，具有内胎不结饼、拉伸弹性好、质地均匀柔和、使用寿命长等优点，产品主要有蚕丝被、蚕丝服饰、高级水性材料或其他生理保健用品等。目前将蚕丝丝素应用到高级水性材料中的产品较少，主要是由于改性丝素较困难，主要有物理改性法通过共混改性，但是对丝素的吸水性的改进并不良好，而化学改性法主要有偶联法和接枝法等，通常还有丙烯酸或丙烯酰胺类物质对其进行改性，但是改性后的丝素吸水性仍然不理想，并且改性后的丝素在质地、拉伸弹性和断裂强度等机械方面都受到了影响，大幅降低了丝素吸水材料的实用性。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，解决目前化学改性法在提高丝素材料吸水性的同时会降低丝素材料质地、拉伸弹性和断裂强度等机械方面的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：35-40份脱胶蚕丝、47-61份聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)、3-4份壳聚糖、0.5-3.5份引发剂、0.5-1.5份交联剂，制法包括以及以下实验药品：蒸馏水、无水乙二醇、乙烯醇、N-乙烯基甲酰胺、偶氮二异丁腈、无水乙醇、浓硫酸。优选的，所述蒸馏水、乙二醇、乙烯醇、N-乙烯基甲酰胺、偶氮二异丁腈、无水乙醇、均为化学分析纯。优选的，所述浓硫酸租质量分数为90-96％。优选的，所述脱胶蚕丝为脱去丝胶只含丝素蛋白的蚕丝，脱胶率为20-25％。优选的，所述引发剂为过硫酸钾和过硫酸铵的混合物，其质量比为1:1.2-1.5。优选的，所述交联剂为N,N-二甲基丙烯酰胺，质量分数≥95％。优选的，所述聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)，制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入600-1500mL无水乙二醇，再依次称取份40-44乙烯醇和46-55份N-乙烯基甲酰胺均匀搅拌，再加入3-5份偶氮二异丁腈作为聚合引发剂和2-5份十二烷基硫醇作为链转移剂，将溶液转移进高温水热反应釜中，并置于烘箱中加热至120-130℃，反应4-4h，反应结束将物料冷却至室温，过滤乙二醇得到白色絮状物，依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤絮状物，然后置于烘箱中加热至60-65℃充分干燥得到小分子量共聚物聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)。优选的，所述一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料，制备方法包括以下步骤：(1)制备聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)接枝改性丝素蛋白：向反应瓶中加入300-400mL无水乙二醇和200-400mL无水乙醇，再依次称取35-40份脱胶蚕丝和47-61份聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)、搅拌均匀后再加入0.5-3.5份引发剂过硫酸钾和过硫酸铵化合物和0.5-1.5份交联剂N,N-二甲基丙烯酰胺，搅拌均匀后将溶液转移至高温水热反应釜中，置于烘箱中加热至140-155℃反应4-5h，反应结束将反应釜中的物料冷却至室温，过滤溶剂得到白色固体，依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤白色固体，然后置于烘箱中加热至55-60℃充分干燥无水乙醇，制备得到聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)接枝改性丝素蛋白。(2)制备高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料：向反应瓶中加入500-1200mL无水乙醇，缓慢加入浓硫酸调节pH至4-5，再依次加入3-4份壳聚糖和上述步骤(1)制得的聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)接枝改性丝素蛋白搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，加热至50-55℃，超声频率为20-22KHz，进行超声分散处理2-3h，然后将物料转移进高温水热反应釜中，置于烘箱中加热至110-120℃反应3-5h，将物料冷却至室温，过滤无水乙醇得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，然后置于烘箱中加热至75-90℃充分干燥水分，制备得到高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：1、该一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)接枝改性丝素蛋白，聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)具有大量的亲水基团羟基、酰胺基和亚氨基，并且通过水热合成法使丝素蛋白接枝率大幅提高，并且大量的酰胺基增大了接枝大分子链之间的斥力，使聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)之间形成巨大的三维网状空间，有利于丝素蛋白分子结构的舒展，增加了丝素蛋白表面积和孔隙率，促进了丝素蛋白对水分子的吸收和储存，从而大幅增加了丝素蛋白的吸水性，达到溶胀平衡时的吸水率高达1324.7-1355.6％，并且丝素蛋白之间形成的亲水界面和巨大的网状空间也有利于其储水性能，避免了丝素蛋白达到吸附饱和状态下而流失水分的现象。2、该一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，通过加入含有大量亲水性羟基基团的壳聚糖，提高了丝素材料的吸水性能，同时壳聚糖中的部分羟基在酸性条件下，与丝素蛋白中的羧基酯化形成高化学能的酯基，吸电子基团酯基降低了丝素蛋白的电子云密度，使丝素蛋白变为化学惰性，从而增强了其化学稳定性，并且壳聚糖键合在丝素蛋白分子的表面，提高了其拉伸弹性、断裂强度和耐破度，拉伸强度高达12.6-14.3g/mm2，从而增强了丝素蛋白材料的机械性能，提高了材料的实用性和使用寿命。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：35-40份脱胶蚕丝、47-61份聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)、3-4份壳聚糖、0.5-3.5份引发剂、0.5-1.5份交联剂，制法包括以及以下实验药品：蒸馏水、无水乙二醇、乙烯醇、N-乙烯基甲酰胺、偶氮二异丁腈、无水乙醇均为化学分析纯，浓硫酸租质量分数为90-96％，脱胶蚕丝为脱去丝胶只含丝素蛋白的蚕丝，脱胶率为20-25％，引发剂为过硫酸钾和过硫酸铵的混合物，其质量比为1:1.2-1.5，交联剂为N,N-二甲基丙烯酰胺，质量分数≥95％。聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)，制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入600-1500mL无水乙二醇，再依次称取份40-44乙烯醇和46-55份N-乙烯基甲酰胺均匀搅拌，再加入3-5份偶氮二异丁腈作为聚合引发剂和2-5份十二烷基硫醇作为链转移剂，将溶液转移进高温水热反应釜中，并置于烘箱中加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：35-40份脱胶蚕丝、47-61份聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)、3-4份壳聚糖、0.5-3.5份引发剂、0.5-1.5份交联剂，制法包括以及以下实验药品：蒸馏水、无水乙二醇、乙烯醇、N-乙烯基甲酰胺、偶氮二异丁腈、无水乙醇、浓硫酸。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：35-40份脱胶蚕丝、47-61份聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)、3-4份壳聚糖、0.5-3.5份引发剂、0.5-1.5份交联剂，制法包括以及以下实验药品：蒸馏水、无水乙二醇、乙烯醇、N-乙烯基甲酰胺、偶氮二异丁腈、无水乙醇、浓硫酸。


2.根据权利要求1所述的一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，其特征在于：所述蒸馏水、乙二醇、乙烯醇、N-乙烯基甲酰胺、偶氮二异丁腈、无水乙醇、均为化学分析纯。


3.根据权利要求1所述的一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，其特征在于：所述浓硫酸租质量分数为90-96％。


4.根据权利要求1所述的一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，其特征在于：所述脱胶蚕丝为脱去丝胶只含丝素蛋白的蚕丝，脱胶率为20-25％。


5.根据权利要求3所述的一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾和过硫酸铵的混合物，其质量比为1:1.2-1.5。


6.根据权利要求5所述的一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，其特征在于：所述交联剂为N,N-二甲基丙烯酰胺，质量分数≥95％。


7.根据权利要求5所述的一种高强度的共聚物改性丝素蛋白吸水材料及其制法，其特征在于：所述聚(乙烯醇-N-乙烯基甲酰胺)，制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入600-1500mL无水乙二醇，再依次称取份40-44乙烯醇和46-55份N-乙烯基甲酰胺均匀搅拌，再加入3-5份偶氮二异丁腈作为聚合引发剂和2-5份十二烷基硫醇作为链转移剂，将溶液转移进高温水热反应釜中，并置于烘箱中加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彩琴，
申请(专利权)人：李彩琴，
类型：发明
国别省市：浙江;33