一种无针静电纺淀粉2D纳米纤维复合膜、3D纳米纤维海绵的常温制备方法

本发明属于天然生物高分子材料加工领域，涉及一种静电纺丝制备淀粉纳米纤维的方法。

背景技术：

1、淀粉是一种资源丰富并且价格低廉的天然高分子化合物，具有可再生，无免疫原，可生物降解和商业成本低等优点。天然淀粉通常不具有热塑性，当加热时淀粉在达到结晶熔点之前就发生了热降解，故无法直接对天然淀粉进行熔融加工制成纤维。

2、静电纺丝是一种将淀粉制备成纤维的有效方法。将天然淀粉应用于静电纺丝的研究始于2012年，美国科学家ziegler等报道利用二甲基亚砜作为溶剂和乙醇作为凝固浴沉淀剂的“湿法”静电纺丝制备淀粉纤维(kong&ziegler，biomacromolecules，2012，13(8)：2247-2253)。2015年，lancuski等首次报道了甲酸作为溶剂的“干法”静电纺丝，可获得直径在80-300nm的淀粉纳米纤维(lancuski等，biomacromolecules，2015，16(8)：2529-2536)。“湿法”和“干法”静电纺丝制备淀粉纤维的过程中均需要依赖大量的有机溶剂(二甲基亚砜或甲酸)溶解淀粉，存在安全隐患，限制了其在食品、医药和化妆品领域的应用。

3、中国发明专利(2021112539291)公开了一种以水作为唯一溶剂，不使用有机溶剂的制备淀粉纳米纤维的方法。该方法以高直链淀粉脱支溶液为原料，经过剪切均质后形成纺丝溶液，通过静电纺丝制得淀粉纳米纤维。该方法工艺复杂，需要高温高压糊化，并在糊化温度下纺丝。一旦温度降低后淀粉发生老化就会影响静电纺丝的效果。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中淀粉氢键特性较强，很难单独电纺，需要进行改性的缺陷，本发明提供一种工艺简单的常温下制备淀粉2d纳米纤维膜及3d纳米纤维海绵的方法，是采用静电纺丝的方法制备纯淀粉可食膜。该方法立足常温常压条件下制备，使用降低淀粉糊化温度，加速淀粉糊化并制备纳米纤维。淀粉纳米纤维膜具有一定的力学性能。通过静电纺淀粉纤维，可进一步加工得到不同形态非织造布或织物等纺织制品，在药物输送、伤口敷料和组织工程等医药领域有着巨大的应用潜力。该方法简单、快速、无毒无害、不需要借用大型的仪器。制备的纤维膜操作便捷，原料易得，易于大批量生产。

2、一种无针静电纺丝常温制备淀粉2d纳米纤维复合膜或3d纳米纤维海绵的方法，所述方法包括如下步骤：

3、(1)将氢氧化钠溶于去离子水中，配制成3wt％～5wt％的溶液，搅拌直至氢氧化钠完全溶解，得到氢氧化钠溶液；

4、(2)将淀粉直接溶于氢氧化钠溶液中，搅拌直至淀粉完全糊化，得到糊化后的淀粉溶液；

5、(3)将步骤(2)获得的淀粉溶液放在静电纺设备上进行静电纺丝，即可获得厚度均匀的含氢氧化钠的淀粉2d纳米纤维复合膜或3d纳米纤维海绵；

6、(4)将步骤(3)获得的含氢氧化钠的淀粉2d纳米纤维复合膜或3d纳米纤维海绵放入乙酸中浸泡；

7、(5)将步骤(4)乙酸中浸泡的含氢氧化钠的淀粉2d纳米纤维复合膜或3d纳米纤维海绵取出，放入真空干燥箱中干燥，即可获得纯淀粉2d纳米纤维复合膜或3d纳米纤维海绵。

8、作为优选的技术方案，步骤(1)中，氢氧化钠溶液的浓度3wt％～5wt％。

9、作为优选的技术方案，步骤(2)中，淀粉在氢氧化钠溶液中的浓度为14wt％～16wt％，搅拌时间6-8h。

10、作为优选的技术方案，步骤(3)中，无针静电纺设备进行纺丝的条件为：电压60～80kv，溶液盒速度20～60mm/s，接收距离180mm～220mm，纺丝时间4～5h。

11、作为优选的技术方案，步骤(3)中，纺丝的湿度为40～45％。

12、作为优选的技术方案，当氢氧化钠溶液的浓度为3wt％～4wt％，淀粉在氢氧化钠溶液中的浓度为14wt％～16wt％，可获得含氢氧化钠的淀粉2d纳米纤维复合膜。

13、作为优选的技术方案，当氢氧化钠溶液的浓度为5wt％，淀粉在氢氧化钠溶液中的浓度为14wt％～16wt％，可获得含氢氧化钠的淀粉3d纳米纤维海绵。

14、作为优选的技术方案，步骤(4)中，浸泡时间为5-10min。

15、作为优选的技术方案，步骤(5)中，干燥温度为40-50℃，干燥时间为6-8h。

16、作为优选的技术方案，所述淀粉为高直链淀粉，直链含量大于或等于70％。

17、作为优选的技术方案，所述淀粉为玉米淀粉。

18、本发明工艺流程确定的理论依据是：

19、(1)在淀粉中适量加入氢氧化钠能起到促进糊化的作用。氢氧化钠与淀粉中的羟基结合，破坏氢键，减弱大分子间的相互作用力，降低糊化温度。

20、(2)氢氧化钠是强碱，乙酸是弱酸，酸碱中和。氢氧化钠和乙酸的反应方程式为：ch3coo+naoh＝ch3coona+h2o。

21、本发明具有的有益效果是：

22、1、工艺简单，可以在常温下加工。

23、2、氢氧化钠具有防腐性，本发明不加酸浸泡制备的含氢氧化钠的纳米纤维膜可以用作食品的保鲜膜，延长保质期。

24、3、本发明可制备纯淀粉纳米纤维膜，在无针静电纺设备制备上加工，无针静电纺加工效率高，可工业化生产。

25、4、本发明所制备的纯纳米纤维膜，纳米纤维膜直径均匀，厚度均匀，可控。

26、5、本发明所制备的纯纳米纤维膜，不使用戊二醇等交联剂，具有一定的力学性能。

27、6、通过工艺调整，可以制备3d纳米纤维海绵。

28、7、生产成本低，在生物工程、组织工程等方面有潜在的应用价值。

技术特征：

1.一种无针静电纺丝常温制备淀粉2d纳米纤维复合膜或3d纳米纤维海绵的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤(1)中，氢氧化钠溶液的浓度3wt％～5wt％，淀粉在氢氧化钠溶液中的浓度为14wt％～16wt％，搅拌时间6-8h。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤(2)中，无针静电纺的条件为：电压60～80kv，溶液盒速度20～60mm/s，接收距离180mm～220mm。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤(2)中，纺丝的时间为4～5h。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤(2)中，纺丝的湿度为40～45％。

6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，当氢氧化钠溶液的浓度为3wt％～4wt％，淀粉在氢氧化钠溶液中的浓度为14wt％～16wt％，可获得含氢氧化钠的淀粉2d纳米纤维复合膜。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，当氢氧化钠溶液的浓度为5wt％，淀粉在氢氧化钠溶液中的浓度为14wt％～16wt％，可获得含氢氧化钠的淀粉3d纳米纤维海绵。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤(3)中，浸泡时间为5-10min，干燥温度为40-50℃，干燥时间为6-8h。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉为高直链淀粉，直链含量大于或等于70％。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉。

技术总结
本发明公开了一种无针静电纺淀粉2D纳米纤维复合膜、3D纳米纤维海绵的常温制备方法。通过配置淀粉/氢氧化钠复合溶液，运用静电纺丝方法，获得含氢氧化钠的淀粉2D纳米纤维复合膜及3D纳米纤维海绵。本发明制备的复合膜，制备方法简单，纳米纤维直径均匀，厚度可控，不需要其他交联剂，生产成本低，在生物工程、组织工程等方面有潜在的应用价值。

技术研发人员：王迎,黄一玮
受保护的技术使用者：大连工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17