玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜及其制备方法技术

一种玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜及其制备方法，属于玉米副产物利用及静电纺丝技术领域。该玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的制备方法为：将聚环氧乙烷、玉米醇溶蛋白粉末溶于乙醇水溶液中，维持室温搅拌至溶液充分混合，得到混合纺丝溶液；将混合纺丝溶液置于静电纺丝设备的带毛细管的储液器中，设置接地收集器的转速为2500～3500rpm，进行单轴静电纺丝，得到玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜。能够制得高取向度的纤维膜，并且，其显示出超水性，制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的机械性能有显著提高。

【技术实现步骤摘要】
玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜及其制备方法
本专利技术涉及玉米副产物利用及静电纺丝
，具体涉及一种玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜及其制备方法。
技术介绍
玉米加工副产物(主要为纤维素和醇溶蛋白)是一种绿色可再生能源，其制备合成的生物质玉米副产物基功能材料与合成高分子相比，具有可生物降解、无毒、无污染、易于改性、生物相容性好和可再生等优势。但天然生物质玉米副产物与传统化石资源合成材料机械性能不佳，是该领域发展的最大瓶颈，因此，亟待对玉米加工副产物进行研究，提供一种在机械性能有提高的新材料。溶液和熔体在内的许多聚合物溶液形式可以静电纺丝成纤维，对于聚合物溶液，有两个典型的经验规则可以确保无缺陷纤维的形成。一个是聚合物溶液的黏度在0.1-2.0Pa·s的范围，并且聚合物不同可形成纤维的黏度范围具有差异的。而实际上，聚合物链缠结也是静电纺丝紧密相关的一个因素，所以另一个经验规则是聚合物浓度至少为溶液缠结浓度的2.0-2.5倍。但是这两种规则都是适用于合成和线性聚合物，因为它们的构象和聚集行为中的大多数分布是熵主导的。而对于玉米醇溶蛋白这些天然高分子聚合物，其焓和熵具有等同或更多的贡献，比如壳聚糖作为天然高分子聚合物，其通常难以静电纺丝形成纤维，因此，改善天然高分子聚合物的可纺性和对静电纺丝形态的控制就需要进一步研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜及其制备方法，通过将玉米醇溶蛋白和聚环氧乙烷混合后，进行单轴静电纺丝，能够制得高取向度的纤维膜，并且，其显示出超水性，制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的机械性能有显著提高。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的一种玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：配置体积浓度为70～85％的乙醇水溶液；将聚环氧乙烷、玉米醇溶蛋白粉末溶于乙醇水溶液中，维持室温搅拌至溶液充分混合，得到混合纺丝溶液；其中，按质量比，聚环氧乙烷：玉米醇溶蛋白＝(10～1)：(1～10)，混合纺丝溶液中，聚环氧乙烷和玉米醇溶蛋白之和的质量百分浓度为10～20％；步骤2：将混合纺丝溶液置于静电纺丝设备的带毛细管的储液器中，设置毛细管的内径为0.50～0.52mm，设置可控速推进器的进料速度为0.5～2mL/h，在毛细管和接地收集器之间施加高直流电压为10～15kV，毛细管的针头和接地收集器表面之间的距离为10～15cm，控制温度为20～27℃，湿度为45～55％，接地收集器的转速为2500～3500rpm，进行单轴静电纺丝，得到玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜。本专利技术的一种玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜，采用上述制备方法制得，其取向度为0.83～0.88；玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的屈服强度为100-1300MPa，沿纤维取向方向的杨氏模量为2.5-16MPa。所述的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜，其接触角<10°。为了实现一种玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的制备方法，本专利技术采用了一种单轴静电纺丝设备，包括高压提供装置、可控速推进器、带毛细管的储液器和接地收集器；所述的接地收集器为可旋转的收集器；其中，高压提供装置的正极和毛细管相连，接地收集器和高压提供装置的负极相连，可控速推进器设置在带毛细管的储液器远离带毛细管的一端，用于推进储液器匀速运动。本专利技术的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜及其制备方法，其有益效果为：1、本专利技术通过限定接地收集器的转速可以获得取向程度高纤维膜，高取向度的纤维膜的机械性能明显增加，且聚环氧乙烷分的加入使得玉米醇溶蛋白膜的延展性提高。玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的屈服强度为100-1300MPa，沿纤维取向方向的杨氏模量为2.5-16MPa。2、制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜中玉米醇溶蛋白和聚环氧乙烷不存在分子程度的相互作用。玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的热稳定性增加。3、通过元素分析显示玉米醇溶蛋白和聚环氧乙烷两者具有良好的生物相容性。玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的润湿性表明，聚环氧乙烷具有良好的水溶性，而玉米醇溶蛋白者具有较强的疏水性，随着玉米醇溶蛋白含量的增加混合纤维膜的疏水增加。附图说明图1为实施例1玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的SEM形貌图；图2为实施例2玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的SEM形貌图；图3是实施例2玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的元素分布图；图4是实施例2玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的取向分析图；其中，(a)扫描电子显微镜图(b)从原始图像中提取的伪彩色角度图(c)角度分布图(d)S2D衰减图；图5是对比例1玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的取向分析图；图6为实施例3玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的SEM形貌图；图7为实施例4玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的SEM形貌图；图8是对比例2、实施例1-4制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的机械性能测试对比图；图9为对比例3、实施例1-3制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的润湿性对比图。图10为制备的制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的红外谱图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作，进一步的详细说明。以下实施例中，采用的醇溶蛋白的制备方法为：玉米黄粉(CGM)→干燥→粉碎→过筛→无水乙醇脱色(固液比为1:10)→55℃恒温水浴浸提30min→脱色CGM→淀粉酶酶解→超声辅助乙醇浸提(其中，超声功率485W，乙醇体积浓度75％，提取温度60℃，提取时间60min)→离心→上清液→调pH6→静置→离心→沉淀→水洗→冷冻干燥→醇溶蛋白(Zein)，醇溶蛋白的提取率为89.86％。以下实施例中，将制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜切分成宽10毫米，长50毫米的矩形条。根据国家标准标准GB/T1040.1-2006，使用INSTRON材料力学性能分析仪，用于制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的拉伸测试。在室温环境条件下进行单轴拉伸测试(n＝6)。使用1500g测力传感器测试支架，其初始标距长度为20mm，测试速度为5mm/s直至失效。根据应力应变曲线计算弹性模量，断裂伸长率和极限拉伸强度。以下实施例中，使用接触仪器在室温下测量制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的表面润湿性。将制备的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜切成尺寸为1cm×1cm的正方形样品，然后用双面胶粘在测试板上。随后，将一滴蒸馏水小心地滴到样品表面上。使用高速照相机监测液滴的形状变化。以下实施例中，采用了一种单轴静电纺丝设备，包括高压提供装置、可控速推进器、带毛细管的储液器和接地收集器；所述的接地收集器为可旋转的收集器；其中，高压提供装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：/n配置体积浓度为70～85％的乙醇水溶液；/n将聚环氧乙烷、玉米醇溶蛋白粉末溶于乙醇水溶液中，维持室温搅拌至溶液充分混合，得到混合纺丝溶液；其中，按质量比，聚环氧乙烷：玉米醇溶蛋白＝(10～1)：(1～10)，混合纺丝溶液中，聚环氧乙烷和玉米醇溶蛋白之和的质量百分浓度为10～20％；/n步骤2：/n将混合纺丝溶液置于静电纺丝设备的带毛细管的储液器中，设置毛细管的内径为0.50～0.52mm，设置可控速推进器的进料速度为0.5～2mL/h，在毛细管和接地收集器之间施加高直流电压为10～15kV，毛细管的针头和接地收集器表面之间的距离为10～15cm，控制温度为20～27℃，湿度为45～55％，接地收集器的转速为2500～3500rpm，进行单轴静电纺丝，得到玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：
配置体积浓度为70～85％的乙醇水溶液；
将聚环氧乙烷、玉米醇溶蛋白粉末溶于乙醇水溶液中，维持室温搅拌至溶液充分混合，得到混合纺丝溶液；其中，按质量比，聚环氧乙烷：玉米醇溶蛋白＝(10～1)：(1～10)，混合纺丝溶液中，聚环氧乙烷和玉米醇溶蛋白之和的质量百分浓度为10～20％；
步骤2：
将混合纺丝溶液置于静电纺丝设备的带毛细管的储液器中，设置毛细管的内径为0.50～0.52mm，设置可控速推进器的进料速度为0.5～2mL/h，在毛细管和接地收集器之间施加高直流电压为10～15kV，毛细管的针头和接地收集器表面之间的距离为10～15cm，控制温度为20～27℃，湿度为45～55％，接地收集器的转速为2500～3500rpm，进行单轴静电纺丝，得到玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜。


2.根据权利要求1所述的玉米醇溶蛋白基单轴静电纺丝取向纤维膜的制备方法，其特征在于，按质量比，聚环氧乙烷：玉米醇溶蛋白＝0.1～0.5。


3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，刘景圣，王心雅，甄诺，薛瑾，李响，李云琦，闵伟红，田林，赵城彬，许秀颖，曹勇，吴玉柱，
申请(专利权)人：吉林农业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22