一种丝素纤维的分纤方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种丝素纤维的分纤方法，本发明所述丝素纤维，如不做特别声明，一般指由蚕丝通过脱胶制得的丝素纤维，当然，对于其他丝素纤维，本领域技术人员仍然可以依据本发明进行分纤，并得到丝素纳米纤维。
【背景技术】
[0002]蚕丝被称为人体的第二肌肤，是优质的纺织原料，近年来随着对蚕丝结构性能的深入研究以及蚕丝新材料的开发，蚕丝已被广泛应用在食品、化妆品、保健品及医学等领域。蚕丝脱胶制得的丝素纤维作为一种经由自然选择和生物进化的天然高分子蛋白质材料有诸多优点，作为手术缝合线在外科领域的应用已有很长历史。随着现代医学的发展，由丝素纤维制得的丝素纳米纤维以其良好的生物相容性和生物可降解性成为人工组织材料中的重要天然材料，在生物材料领域有重要的研究意义和应用前景。
[0003]天然丝素纤维的直径在10?30微米之间，单根丝素纤维由数以千计的纳米纤维组成。为了得到纳米丝素纤维，产业上普遍采用的工艺方法为静电纺丝法，该方法需要以再生丝素蛋白溶液为原料，而获取再生丝素蛋白的成本较高，因制备再生丝素蛋白的工艺中普遍包括72小时透析用以除去无机盐的步骤，增加了工艺的复杂性，降低了生产效率，导致无法大规模量产。
[0004]近年来，人们借助超声波制备纳米纤维，但超声波对丝素纤维的作用区域通常停留在纤维表面以内大约I微米的范围，大大的降低了分纤的实际效率。
【发明内容】
[0005]经过大量的生产实践，单纯用超声波对丝素纤维分纤作用效果不佳，使得丝素纳米纤维的产率始终保持在较低的水平。一种可采用的方案是对丝素纤维进行多次分纤，具体的说，就是将丝素纤维置于具有超声波的环境中，经过一段时间后，提取丝素纳米纤维，而将未形成丝素纳米纤维的丝素纤维仍然置于超声波的环境中，如此反复，以提高丝素纳米纤维的总体产率。然而，丝素纳米纤维的产率并未获得显著的提高。
[0006]本发明采用了完全不同的技术措施，该技术措施为一种丝素纤维的分纤方法，包括:
a、将丝素纤维加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纤维；
b、用超声波对置于处理液中的浸泡纤维进行分纤，得到粗产物；
c、除去粗产物中的处理液，得到丝素纳米纤维；
所述浸泡液为碳酸钠及碱金属磷酸盐的水溶液，所述处理液为浸泡液或水，
所述碱金属磷酸盐为磷酸三钠或磷酸三钾，所述碳酸钠及碱金属磷酸盐的浓度均为0.05%-5%0
[0007]依照本领域技术人员所熟知的技术，实施b步骤后，处理液中将含有丝素纳米纤维，将处理液倒出，经过过滤就可得到丝素纳米纤维，而本发明发现，在实施b步骤以后，丝素纤维基本被整体分纤为丝素纳米纤维，其中仅有少量的丝素纳米纤维脱离丝素纤维而游离到处理液中，从而通过过滤处理液提取丝素纳米纤维已经没有意义了。这样大部分的丝素纤维能够分纤为丝素纳米纤维，所述丝素纳米纤维的转化率至少能够达到70%，得到的丝素纳米纤维的尺度为50nm-300nm。
[0008]在本发明之前，有部分技术要求对丝素纤维进行简单的处理，例如苏州大学博士论文《蚕丝纤维的微孔生成及其填埋特性研究》在对丝素纤维进行超声波分纤前，先用氯化钙溶液处理丝素纤维，见图1，氯化钙溶液处理丝素纤维初期丝素纤维会产生溶胀现象、纤维表面产生纵向侵蚀条纹，处理后丝素纤维背部有微孔穴和原纤化特征，运用该文中提到的方法处理丝素纤维，并做超声处理(A和B)，从图2可以看出，氯化钙溶液中丝素蛋白以颗粒状从纤维表面脱落，处理后样品没有明显的分离纳米纤维的现象出现，但这些技术基本不能扩大超声波对丝素纤维的作用区域，从而无法显著的提高丝素纳米纤维的产率。
[0009]本发明所采用的处理液为碳酸钠及碱金属磷酸盐的水溶液，所述处理液为浸泡液或水，所述碱金属磷酸盐为磷酸三钠或磷酸三钾，所述碳酸钠及碱金属磷酸盐的浓度均为
0.05%-5%。丝素纤维经处理液处理后，丝素纤维内部的羟基含量大幅增加，丝素纤维内部结构疏松，组成丝素纤维的丝素纳米纤维之间的作用力变弱，从而很容易通过超声波的方式将丝素纤维分纤得到丝素纳米纤维，使得丝素纤维被充分分纤。
[0010]为了提高丝素纤维内部结构的疏松度，所述碳酸钠与碱金属磷酸盐的摩尔比优选为1:0.2-5，最优的方案是将碳酸钠与碱金属磷酸盐的摩尔比调整为1:1。
[0011 ] 对于碳酸钠及碱金属磷酸钠，本发明一般倾向于选择较高的浓度，例如0.5%-5%，而浸泡液的温度一般为20 °C -80 °C，更优的方案是将浸泡液的温度设置在40 0C -50 °C。
【附图说明】
[0012]图1是
【发明内容】
部分中，氯化钙溶液处理丝素纤维后的扫描电镜图；
图2是
【发明内容】
部分中，对氯化钙溶液处理后的丝素纤维进行超声波分纤后的扫描电镜图；
图3是对比例中的原料丝素纤维未经超声波分纤的扫描电镜图；
图4是对比例中的丝素纤维超声波分纤后的扫描电镜图；
图5是实施例1中的丝素纤维超声波分纤后的扫描电镜图；
图6是对比例中的原料丝素纤维与实施例1中的浸泡纤维的红外光谱对比图；
图7是对比例中的原料丝素纤维的X射线衍射图；
图8是实施例1中的浸泡纤维的X射线衍射图。
[0013]图9是实施例2中的丝素纤维超声波分纤后的扫描电镜图；
图10是实施例3中的丝素纤维超声波分纤后的扫描电镜图；
【具体实施方式】
[0014]本发明所述丝素纤维的分纤方法在用浸泡液对丝素纤维进行处理后，再进行超声波分纤，在超声波常用的频率范围内(例如10KHz-30KHz)，均可以使经浸泡液浸泡后的丝素纤维产生良好的分纤效果，而超声波功率至少可依据所需分纤的丝素纤维在单位空间中的数量而进行调整，提高分纤速度。
[0015]对比例:
为更加直观的显示本发明的技术效果，本发明安排了如下对比例，该对比例直接借助超声波对丝素纤维进行分纤，具体步骤为:
将丝素纤维放入水溶液中直接用超声波处理15min，所述超声波的功率为800瓦，频率为20KHz，处理前后的电镜扫描对比图分别为图3及图4。
[0016]实施例1:
配置浸泡液，所述浸泡液为由0.05%的碳酸钠及0.05%磷酸三钠组成的混合水溶液，随后加热浸泡液，使浸泡液的温度维持在40°C，将对比例中的原料丝素纤维投入浸泡液中浸泡I小时后，取出，烘干，得到待超声波分纤处理的浸泡纤维。将浸泡纤维置于水溶液中采用与对比例中相同的条件进行超声波分纤处理，处理后对丝素纤维进行电镜扫描后得到图5，从图5中可以看出丝素纤维基本已经转化为纳米丝素纤维，其转化率为70%，形成的丝素纳米纤维的尺度为50nm_300nm。
[0017]此外，本实施例分别对对比例中的原料丝素纤维及本实施例的浸泡纤维做X射线衍射测试，其结果见图6，由图6可以看出，丝素纤维的特征吸收峰酰胺I，酰胺II，酰胺III，酰胺IV在处理前后并无明显变化。但预处理使得分子内N—H键伸缩振动作用加强，而分子间N—H键伸缩振动作用减弱。所有C一H伸缩振动吸收峰向长波方向移动5 cm—S表明处理后丝素纤维内部结构变得疏松。
[0018]同时，本实施例还对对比例中的原料丝素纤维及本实施例中的浸泡纤维做X射线衍射分析，其结果见图7和图8，图中可以看出浸泡液对丝素纤维的结晶相无明显影响，但显著降低了丝素纤维的结晶度。由图7和8的分析可知，本实施例对丝素纤维进行浸泡，使得组成丝素纤维的纳米纤维之间的作用力变弱，对纳米纤维内部结构稳定性并没有显著影响。
[0019]实施例2:
与实施例1基本一致，不同点在于碳酸钠及磷酸三钠的浓度均为0.1%，浸泡液的温度为35°C，浸泡时间为3小时，处理后对丝素纤维进行电镜扫描后得到图9，从图9中可以看出丝素纤维基本已经转化为纳米丝素纤维，其转化率为75%，形成的丝素纳米纤维的尺度为50nm-300nmo
[0020]实施例3:
与实施例1基本一致，不同点在于碳酸钠及磷酸三钠的浓度均为0.4%，浸泡液的温度为50°C，浸泡时间为5小时，处理后对丝素纤维进行电镜扫描后得到图10，从图10中可以看出丝素纤维基本已经转化为纳米丝素纤维，其转化率为80%，形成的丝素纳米纤维的尺度为50nm_300nm。
【主权项】
1.一种丝素纤维的分纤方法，包括: a、将丝素纤维加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纤维； b、用超声波对置于处理液中的浸泡纤维进行分纤，得到粗产物； c、除去粗产物中的处理液，得到丝素纳米纤维； 所述浸泡液为碳酸钠及碱金属磷酸盐的水溶液，所述处理液为浸泡液或水，所述碱金属磷酸盐为磷酸三钠或磷酸三钾，所述碳酸钠及碱金属磷酸盐的浓度均为0.05%-5%。2.根据权利要求1所述的一种丝素纤维的分纤方法，其特征在于所述碳酸钠与碱金属磷酸盐的摩尔比为1:0.2-5。3.根据权利要求1所述的一种丝素纤维的分纤方法，其特征在于所述浸泡液的温度控制在 20°C_80°C。4.根据权利要求1所述的一种丝素纤维的分纤方法，其特征在于所述超声波的频率为10khz-30khzo5.根据权利要求2所述的一种丝素纤维的分纤方法，其特征在于所述碳酸钠与碱金属磷酸盐的摩尔比为1:1。6.根据权利要求3所述的一种丝素纤维的分纤方法，其特征在于浸泡液的温度控制在40 cC-50 cC ο7.根据权利要求1所述的一种丝素纤维的分纤方法，其特征在于所述碳酸钠及碱金属磷酸盐的浓度为0.5%-5%。
【专利摘要】本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种丝素纤维的分纤方法，为了解决单纯用超声波对丝素纤维分纤作用效果不佳，使得丝素纳米纤维的产率始终保持在较低的水平的问题，本发明提供了一种丝素纤维的分纤方法，包括：将丝素纤维加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纤维；然后用超声波对置于处理液中的浸泡纤维进行分纤，得到粗产物；最后除去粗产物中的处理液，得到丝素纳米纤维；所述浸泡液为碳酸钠及碱金属磷酸盐的水溶液，所述处理液为浸泡液或水，所述碱金属磷酸盐为磷酸三钠或磷酸三钾，所述碳酸钠及碱金属磷酸盐的浓度均为0.05%-5%，采用以上技术方案即可有效的解决上述技术问题。
【IPC分类】D02J1/18
【公开号】CN105714432
【申请号】CN201610301914
【发明人】蒋彦可, 夏庆友
【申请人】西南大学