一种胶原纤维的制备方法、胶原纤维、应用技术

本申请涉及新材料技术领域，更具体地说，它涉及一种胶原纤维的制备方法、胶原纤维、应用，一种胶原纤维的制备方法，包括以下步骤:（1）纺丝原液制备，将胶原料浸泡于pH 3.5～5.5的溶解液中溶解后，调节pH为9.9～12.5，形成纺丝原液；（2）初生纤维制备，纺丝原液进入pH 4.4～6.8的凝固浴进行凝固喷丝，形成初生纤维。本申请通过多次pH调节，形成胶原蛋白盐析环境，通过湿法纺丝制得具有可纺性的胶原纤维。通过湿法纺丝制得具有可纺性的胶原纤维。

【技术实现步骤摘要】
一种胶原纤维的制备方法、胶原纤维、应用


[0001]本申请涉及新材料
，更具体地说，它涉及一种胶原纤维的制备方法、胶原纤维、应用。

技术介绍

[0002]胶原蛋白是蛋白质中的一种，由α
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氨基酸组成，主要存在于动物的皮、骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中，是结缔组织的重要构成物质和功能物质。
[0003]胶原蛋白基本结构单元的原胶原蛋白分子直径约为115nm、长约为280～300nm，相对分子量30kDa左右。胶原蛋白为三股棒状超螺旋结构，由3条α链多肽组成，每一条胶原链都是左手螺旋构型。3条多肽链再以氢键相互咬合，形成分子结构非常稳定的右手螺旋结构。胶原蛋白独特的棒状螺旋结构及胶原蛋白肽链间存在离子键、氢键、范德华力及非极性基团产生的疏水键等作用力。
[0004]胶原分子能够自组装成超分子形式，这种自组装是通过五个三螺旋胶原分子通过四分之一交错排列并高度取向为具有D
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周期带状空间形成的，其中每个D周期约为67nm。端肽由长度约20个氨基酸残基的非螺旋区组成，在原纤维形成中起重要作用，通过交联形成的成熟胶原分子。
[0005]原纤维形成胶原包括I，II，III，V和XI型胶原。这些胶原的特征在于，它们组装成具有典型超结构的高度取向的超分子聚集物，这种典型的四分之一交错原纤维阵列的直径在25nm和400nm之间。I型胶原是最丰富和研究最多的胶原蛋白。
[0006]由于大部分I型胶原在动物肌腱、皮肤、韧带、角膜呈交联结构，且以交联度较大的纤维形式存在的，它们彼此相互交叉缠结成网状结构，这类胶原基本不溶于水。
[0007]湿法纺丝工艺中，纺丝液经溶解脱泡过滤后由喷丝孔挤出，直接进入凝固浴，再经拉伸、水洗、干燥卷绕成形。但是，湿法纺丝对纺丝原液性能要求较高，而纺丝原液的质量也是获得原丝的必要条件，若纺丝原液经喷丝、凝固、牵伸等工序之后的原丝断裂强度＜1.99cN/dtex，基本没有可纺性。

技术实现思路

[0008]为了制得可纺性的胶原纤维，并实现胶原纤维的工业化生产，本申请提供一种胶原纤维的制备方法、胶原纤维、应用。
[0009]第一方面，本申请提供一种胶原纤维的制备方法，采用如下的技术方案：一种胶原纤维的制备方法，包括以下步骤:(1)纺丝原液将胶原料浸泡于pH 3.5～5.5的溶解液中溶解后，调节pH为9.9～12.5，形成纺丝原液；(2)初生纤维纺丝原液进入pH 4.4～6.8的凝固浴进行凝固喷丝，形成初生纤维。
[0010]通过采用上述技术方案，胶原料经酸性溶解液中溶解后，在将酸性溶解液调节为碱性时，酸碱溶液反应会产生盐，从而提供胶原蛋白盐析环境；进一步，当碱性的纺丝原液进入酸性凝固浴时，再次进行酸液溶液反应，生成盐并提供胶原蛋白的盐析环境，将胶原从纺丝原液中快速析出，固化成型初生纤维，经常规的湿牵伸、干牵伸、定性等后处理后，即可得到原丝断裂强度＞1.99cN/dtex的胶原纤维，即得到具有可纺性的胶原纤维。
[0011]其中，胶原蛋白的等电点在凝固浴pH为4.4～6.8的范围内，等电点为胶原蛋白表面净电荷为零的pH，因此，当纺丝原液进入pH为胶原蛋白等电点的凝固浴时，胶原蛋白的溶解度最小，胶原蛋白更易凝聚而产生沉淀，从而加速盐析，迅速固化成纤维。
[0012]因此，本申请通过溶解液pH、纺丝原液pH、凝固浴pH配合，胶原蛋白盐析，从而迅速固化成具有可纺性的胶原纤维。另外，本申请无需额外有毒的交联剂，反应速度更快，适应连续化生产。
[0013]优选的，所述凝固浴包括以下重量百分比的物质：蛋白质固化剂8
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12％、脱水剂36
‑
47％、pH调节剂0.8
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3％。
[0014]通过采用上述技术方案，蛋白质固化剂可使胶原蛋白凝固。脱水剂可进一步提升盐析效果，一方面与蛋白质争夺水分子，破坏蛋白质胶体颗粒表面的水膜；另一方面又大量中和蛋白质颗粒上的电荷，从而使水中蛋白质颗粒积聚而沉淀析出。pH调节剂则可将凝固浴pH调节至胶原蛋白等电点，使胶原蛋白更易凝聚而产生沉淀。
[0015]优选的，所述凝固浴包括以下重量百分比的物质：蛋白质固化剂8
‑
12％、脱水剂36
‑
47％、pH调节剂0.8
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3％、锌盐1.2
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5％。
[0016]通过采用上述技术方案，当脱水剂为钠盐或钾盐时，纺丝原液在凝固浴中会分散过快，从而导致初生纤维刚性过大，使后期纤维发脆，不利于可纺性。加入锌盐后，可缓和钠、钾离子迅速分散的情况，提升纤维的拉伸性能。
[0017]优选的，所述脱水剂为强电解质盐。
[0018]通过采用上述技术方案，强电解质盐在水中可完全电离，从而可以充分与胶原蛋白争夺水分，使水中胶原蛋白更易沉淀析出。
[0019]优选的，所述脱水剂为钠盐、钾盐、铵盐中的一种或多种的混合物。
[0020]通过采用上述技术方案，钠盐、钾盐、铵盐易得便于工业化生产。
[0021]优选的，所述钠盐为硫酸钠、氯化钠、硝酸钠中的一种或多种的混合物。
[0022]优选的，所述钾盐为硫酸钾、氯化钾、硝酸钾中的一种或多种的混合物。
[0023]优选的，所述铵盐为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种或多种的混合物。
[0024]优选的，所述pH调节剂为强酸。
[0025]通过采用上述技术方案，强酸易与碱性的纺丝原液生产盐，从而提升凝固浴的盐浓度，随着盐浓度增大而使胶原蛋白更易沉淀出来。
[0026]优选的，所述pH调节剂为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或多种的混合物。
[0027]优选的，所述锌盐为硫酸锌、氯化锌、硝酸锌中的一种或多种的混合物。
[0028]优选的，所述溶解液包括蛋白酶和水，所述蛋白酶和水的质量比为(0.2
‑
0.5)：(6
‑
10)。
[0029]通过采用上述技术方案，胶原蛋白的存在形式为网状交联结构，通过溶解液中的
酶制剂可选择性切断胶原蛋白的端肽，对螺旋区段并无作用，这就可以保证胶原的三股螺旋结构不被破坏，使胶原蛋白能够溶解，达到提取胶原的目的。
[0030]优选的，所述胶原料、蛋白酶和水的质量比为(1
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2)：(0.2
‑
0.5)：(6
‑
10)。
[0031]优选的，所述蛋白酶为胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶的一种或多种的混合物。
[0032]优选的，所述溶解液采用弱酸调节pH。
[0033]通过采用上述方案，弱酸较为温和，提升溶解液的稳定性同时降低对胶原活性的影响。
[0034]优选的，所述弱酸为羧酸。
[0035]通过采用上述方案，羧酸与胶原蛋白易生成氢键，对胶原活性影响下小；再有，在调节纺丝原液pH时，羧酸与碱反应生成盐和水，盐浓度增大，从而进一步有利于胶原蛋白盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胶原纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:（1）纺丝原液将胶原料浸泡于pH 3.5～5.5的溶解液中溶解后，调节pH为9.9～12.5，形成纺丝原液；（2）初生纤维纺丝原液进入pH 4.4～6.8的凝固浴进行凝固喷丝，形成初生纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴包括以下重量百分比的物质：蛋白质固化剂8
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12%、脱水剂36
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47%、pH调节剂0.8
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3%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴包括以下重量百分比的物质：蛋白质固化剂8
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12%、脱水剂36
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47%、pH调节剂0.8
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3%、锌盐1.2
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5%。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述脱水剂为强电解质盐。5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述脱水剂为钠盐、钾盐、铵盐中的一种或多种的混合物。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钠盐为硫酸钠、氯化钠、硝酸钠中的一种或多种的混合物。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钾盐为硫酸钾、氯化钾、硝酸钾中的一种或多种的混合物。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铵盐为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种或多种的混合物。9.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为强酸。10.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或多种的混合物。11.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚宇峰，何文广，张怀沧，
申请(专利权)人：浙江启宏新材料科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：