一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法技术

本发明专利技术属于纳米纤维制备技术领域，公开了一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法，利用回收的废旧蚕丝，制成再生丝素蛋白后按一定比例溶解于甲酸之中，以此为纺丝液制备出一种含高度取向的纳米纤维的纯蚕丝纱线。本发明专利技术结合了湿法纺丝与静电纺丝的特点，定向牵引出一根由多根且高度取向的纳米纤维互相纠缠且抱合而成的纱线，随后经过加热、导纱和卷绕处理收集。本发明专利技术制得的纱线具有优异的生物相容性与生物可降解性，且机械性能良好，其在于引导细胞定向生产及生物因子的运输与传递方面有着巨大的应用前景。本发明专利技术提供的制备方法简单易控，成本低廉，且符合绿色可持续发展科学理念，具有大规模工业推广的价值。

【技术实现步骤摘要】
一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法
本专利技术属于纳米纤维制备
，尤其涉及一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法。
技术介绍
目前，纳米纤维是指直径小于100nm的纤维，亚纳米纤维是指直径不大于800nm的纤维，这两种纤维的电、热和机械性能与一般的纤维相比有很大不同，可运用于高性能滤布、医疗防护用品和军用装备等。常规的直接纺丝法不能生产亚纳米或者纳米级纤维，一般采用静电纺丝法将两种互不相溶混的聚合物进行共混纺丝，但是其产品仅限于生产短纤维非织造布，其机械强度及拉伸弹性不理想，多用于非织造产品，对于单丝的纳米纤维或者亚纳米纤维的制备技术仍需要进一步研究。蚕丝凭借其良好的力学性能、生物相容性和可控的生物降解性等多种优异的性能，在光学、医药、组织工程等领域得到了广泛的应用。蚕丝作为天然蛋白质纤维，是制备生物相容性理想的基底材料。但同时也因为其作为一种丰富的可再生资源，在诸多领域均有较大的应用潜力而备受关注，现今对蚕丝的需求也呈现水涨船高的迹象，而对于此类可再生资源的可回收利用方面的研究却被忽视，所以在此趋势下对一种需求量大的可再生资源的可回收利用的研究具有重要意义。CN105803568A公开了一种蚕丝蛋白纤维的制备方法，包括如下步骤：(1)将蚕茧壳剥成碎片后，用质量分数为3％的碳酸钠溶液脱胶3次，放在温度为75℃的真空烘箱中烘干，然后将烘干的蚕丝蛋白溶于质量分数为1.5％的NaOH溶液中；(2)将树木材原料切片处理，然后经蒸煮、漂前精选、漂白、漂后精选、抄浆、脱水烘干后制成浆粕；(3)将浆粕与液态NMMO一起装入混合捏合罐中，在真空下加热至90℃，制备出纤维素浓度为10％-25％的纺丝溶液；(4)将步骤(1)中的蚕丝蛋白溶液与步骤(3)中的纺丝溶液配比共混，并加入纳米芳香助剂，然后采用干湿法工艺纺丝。其产品既有真丝般柔和的光泽和滑爽柔软的手感，又保持了蚕丝良好的吸湿性和高强力，更加亲肤舒适。但是由于尺寸的限制，在一些特定的领域，诸如医药领域中的药物载体和组织植入物载体需要更细小的载具，否则无法满足纳米级别材料的需求。CN102912470A公开了一种金属氧化物纳米粒子增强增韧的再生蚕丝纤维及其制备方法，包括：(1)将蚕茧脱胶后溶解，制备再生蚕丝蛋白水溶液；(2)调节溶液钙离子摩尔浓度为0.15～0.3mo1/L；(3)将溶液与金属氧化物水溶胶以一定比例混合，制备含金属氧化物纳米粒子的再生蚕丝蛋白/金属氧化物水溶胶，继续浓缩；(4)将纺丝液在室温下从喷丝口挤出后直接在空气中固化成丝；(5)采用乙醇-水混合液进行后处理。但是该方法所得蚕丝纤维需经过后处理即后续的溶液浸泡才能开始应用，周期过程稍长且每次所制得的产品产量限制性太大，并且其取向向度不高，作为生物材料，其在生物应用上的潜能被大大的限制，因为高度取向的生物材料更容易药物的输送甚至能够极大程度上对细胞的生长起引导作用。CN108441977A纳米CaCO3强化蚕丝纤维的制备方法，蚕丝脱胶后用溶剂溶解获得的丝素蛋白溶液与纳米CaCO3混合，使丝素蛋白中的氨基酸与纳米CaCO3粉体中的Ca进行鳌合生成网络化结构，所得复合纺丝液在室温下进行纺丝，即得纳米CaCO3强化蚕丝纤维。与上CN102912470A类似，其期望通过添加其他物质与丝素蛋白混合从而得到力学性能较好的蚕丝纤维，过程较为复杂，且会严重影响其生物相容性或者其他天然蚕丝所具有的优良性能。另外在产品的收集过程复杂，所得蚕丝纤维需通过后处理方可得到可应用的产品，另一重要的是，其一次所收集的产品极为有限，且为分连续性收集，这在根本上并没有解决静电纺产业化的困难。静电纺是一种很成熟的制备纳米材料的技术，适合制备生物医用方面的纳米纤维材料。利用静电纺制备纳米纤维构建仿生支架在多种组织工程中的应用已经被很好的证明，因为它们能够仿生细胞外基质的天然纳米原纤成分(如：胶原纤维)，这种原纤存在于各种生物组织细胞的基质中。静电纺制备的材料具有高孔隙率、特定的比较面积和纳米形貌使得他们能够成为理想的组织工程基质材料。然而传统的静电纺丝大多是将混合纺丝液制成纤维毡或者膜，其仅仅是利用的纳米级材料的高比表面积所具有的特俗吸附性质或者是高密性。然而人体组织中的细胞生长或者生物因子的传输都具有一定的规律及定向性，以及细胞活动相关的尺度范围极小，例如制备出含高度取向纳米纤维且生物相容性、可降解性极高的微型纱线可很好地应用于生物缝合上或者细胞生长与运输方面。因此如果能够利用生物相容性极好的纯蚕丝制造出一种基于纳米级别的高取向生物材料对于未来的生物医学应用将具有很大的现实意义。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：这些研究与现有技术通过繁琐复杂的工艺将再生丝素蛋白制成相应的纳米纤维纱线或者其他支架，其制得的取向性纱线尺寸难以控制，且连续性差，不能持续的大量收集。另外均没有明显改善再生丝素蛋白机械性能差的特点，以混入其他高聚物以达到上述目的的同时也增加了生产成本且大大降低了生产效率，限制了商业大规模的推广与应用。解决以上问题及缺陷的难度为：制备一种连续性好且机械性能满足应用需求的纯蚕丝高度取向性纳米纤维纱线；灵活的控制所需纱线的尺寸；易于收集以及后处理；提高生产效率且降低生产成本。解决以上问题及缺陷的意义为：能够利用回收的废旧蚕丝制成高度取向且机械性能良好的纯蚕丝纳米纤维纱线，并且制备方法简单易控，成本低廉，所生产的纳米纤维纱线尺寸可控，连续收集性好，易于后处理，适合商业大规模的推广和应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法。本专利技术是这样实现的，一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法，包括：步骤一，将回收的废旧的蚕丝进行常规清洗并晾干，随后将原料经脱胶洗涤去除蚕丝表面多余的丝胶，烘干，置于溴化锂溶液中完全溶解后，经透析和高速离心得到丝素蛋白溶液；步骤二，将得到的蚕丝蛋白溶液放置于-40～-80℃冰箱下冷冻，随后放置于-2～-15℃下诱导结构转换，最后进行冷冻干燥得到纯的丝素蛋白；步骤三，将得到的丝素蛋白按照一定比例溶解于甲酸中，并利用磁力搅拌器上搅拌，得到溶解完全的丝素蛋白溶液；步骤四，将得到的丝素溶液作为纺丝液利用湿法静电纺丝法制备含高度取向的纳米纤维的纯蚕丝纱线。进一步，步骤一中对回收废旧蚕丝制成丝素蛋白溶液制备方法为；将废旧蚕丝置于洗衣机中漂洗，晾干后置于煮沸的1g/L的Na2CO3中脱胶30min，重复两次，获得脱完胶的丝素蛋白；将所述脱完胶的丝素蛋白在60℃的烘箱中干燥，随后将干燥好的丝素蛋白按质量体积比1：5溶解于9.3mol/L的LiBr溶液中，获得丝素溶液；对所述丝素进行3天透析，并利用离心机进行离心；重复2次，参数为转速5000rpm、温度25℃，时间15min，过滤后得到的丝素蛋白水溶液。进一步，步骤二中，将步骤一中所得的丝素蛋白水溶液放置于-40～-80℃的冰箱中冷冻过夜，随后取出放置于--2～-10℃的冰箱中冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法，其特征在于，所述利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法包括：/n步骤一，将回收的废旧的蚕丝进行常规清洗并晾干，随后将原料经脱胶洗涤去除蚕丝表面多余的丝胶，烘干，置于溴化锂溶液中完全溶解后，经透析和高速离心得到丝素蛋白溶液；/n步骤二，将得到的蚕丝蛋白溶液放置于-40～-80℃冰箱下冷冻，随后放置于-2～-15℃下诱导结构转换，最后进行冷冻干燥得到纯的丝素蛋白；/n步骤三，将得到的丝素蛋白按照一定比例溶解于甲酸中，并利用磁力搅拌器上搅拌，得到溶解完全的丝素蛋白溶液；/n步骤四，将得到的丝素溶液作为纺丝液利用湿法静电纺丝法制备含高度取向的纳米纤维的纯蚕丝纱线。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法，其特征在于，所述利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法包括：
步骤一，将回收的废旧的蚕丝进行常规清洗并晾干，随后将原料经脱胶洗涤去除蚕丝表面多余的丝胶，烘干，置于溴化锂溶液中完全溶解后，经透析和高速离心得到丝素蛋白溶液；
步骤二，将得到的蚕丝蛋白溶液放置于-40～-80℃冰箱下冷冻，随后放置于-2～-15℃下诱导结构转换，最后进行冷冻干燥得到纯的丝素蛋白；
步骤三，将得到的丝素蛋白按照一定比例溶解于甲酸中，并利用磁力搅拌器上搅拌，得到溶解完全的丝素蛋白溶液；
步骤四，将得到的丝素溶液作为纺丝液利用湿法静电纺丝法制备含高度取向的纳米纤维的纯蚕丝纱线。


2.如权利要求1所述利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法，其特征在于；步骤一中对回收废旧蚕丝制成丝素蛋白溶液制备方法为；将废旧蚕丝置于洗衣机中漂洗，晾干后置于煮沸的1g/L的Na2CO3中脱胶30min，重复两次，获得脱完胶的丝素蛋白；将所述脱完胶的丝素蛋白在60℃的烘箱中干燥，随后将干燥好的丝素蛋白按质量体积比1：5溶解于9.3mol/L的LiBr溶液中，获得丝素溶液；对所述丝素偶然凝固浴进行3天透析，并利用离心机进行离心；重复2次，参数为转速5000rpm、温度25℃，时间15min，过滤后得到的丝素蛋白水溶液。


3.如权利要求1所述利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法，其特征在于；步骤二中，将步骤一中所得的丝素蛋白水溶液放置于-40～-80℃的冰箱中冷冻过夜，随后取出放置于--2～15℃的冰箱中冷冻诱导2～5天，最后进行冷冻干燥得到白色海绵状丝素蛋白。


4.如权利要求1所述利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法，其特征在于；步骤三中所述甲酸的纯度为98％；丝素蛋白...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫书芹，陈仕贤，徐安长，张强，尤仁传，李秀芳，罗祖维，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42