一種絲素纖維的分纖方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種絲素纖維的分纖方法，本發(fā)明所述絲素纖維，如不做特別聲明，一般指由蠶絲通過脫膠制得的絲素纖維，當(dāng)然，對(duì)于其他絲素纖維，本領(lǐng)域技術(shù)人員仍然可以依據(jù)本發(fā)明進(jìn)行分纖，并得到絲素納米纖維。
【背景技術(shù)】
[0002]蠶絲被稱為人體的第二肌膚，是優(yōu)質(zhì)的紡織原料，近年來隨著對(duì)蠶絲結(jié)構(gòu)性能的深入研究以及蠶絲新材料的開發(fā)，蠶絲已被廣泛應(yīng)用在食品、化妝品、保健品及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。蠶絲脫膠制得的絲素纖維作為一種經(jīng)由自然選擇和生物進(jìn)化的天然高分子蛋白質(zhì)材料有諸多優(yōu)點(diǎn)，作為手術(shù)縫合線在外科領(lǐng)域的應(yīng)用已有很長(zhǎng)歷史。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，由絲素纖維制得的絲素納米纖維以其良好的生物相容性和生物可降解性成為人工組織材料中的重要天然材料，在生物材料領(lǐng)域有重要的研究意義和應(yīng)用前景。
[0003]天然絲素纖維的直徑在10?30微米之間，單根絲素纖維由數(shù)以千計(jì)的納米纖維組成。為了得到納米絲素纖維，產(chǎn)業(yè)上普遍采用的工藝方法為靜電紡絲法，該方法需要以再生絲素蛋白溶液為原料，而獲取再生絲素蛋白的成本較高，因制備再生絲素蛋白的工藝中普遍包括72小時(shí)透析用以除去無(wú)機(jī)鹽的步驟，增加了工藝的復(fù)雜性，降低了生產(chǎn)效率，導(dǎo)致無(wú)法大規(guī)模量產(chǎn)。
[0004]近年來，人們借助超聲波制備納米纖維，但超聲波對(duì)絲素纖維的作用區(qū)域通常停留在纖維表面以內(nèi)大約I微米的范圍，大大的降低了分纖的實(shí)際效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]經(jīng)過大量的生產(chǎn)實(shí)踐，單純用超聲波對(duì)絲素纖維分纖作用效果不佳，使得絲素納米纖維的產(chǎn)率始終保持在較低的水平。一種可采用的方案是對(duì)絲素纖維進(jìn)行多次分纖，具體的說，就是將絲素纖維置于具有超聲波的環(huán)境中，經(jīng)過一段時(shí)間后，提取絲素納米纖維，而將未形成絲素納米纖維的絲素纖維仍然置于超聲波的環(huán)境中，如此反復(fù)，以提高絲素納米纖維的總體產(chǎn)率。然而，絲素納米纖維的產(chǎn)率并未獲得顯著的提高。
[0006]本發(fā)明采用了完全不同的技術(shù)措施，該技術(shù)措施為一種絲素纖維的分纖方法，包括:
a、將絲素纖維加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纖維；
b、用超聲波對(duì)置于處理液中的浸泡纖維進(jìn)行分纖，得到粗產(chǎn)物；
c、除去粗產(chǎn)物中的處理液，得到絲素納米纖維；
所述浸泡液為碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的水溶液，所述處理液為浸泡液或水，
所述堿金屬磷酸鹽為磷酸三鈉或磷酸三鉀，所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度均為0.05%-5%0
[0007]依照本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，實(shí)施b步驟后，處理液中將含有絲素納米纖維，將處理液倒出，經(jīng)過過濾就可得到絲素納米纖維，而本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，在實(shí)施b步驟以后，絲素纖維基本被整體分纖為絲素納米纖維，其中僅有少量的絲素納米纖維脫離絲素纖維而游離到處理液中，從而通過過濾處理液提取絲素納米纖維已經(jīng)沒有意義了。這樣大部分的絲素纖維能夠分纖為絲素納米纖維，所述絲素納米纖維的轉(zhuǎn)化率至少能夠達(dá)到70%，得到的絲素納米纖維的尺度為50nm-300nm。
[0008]在本發(fā)明之前，有部分技術(shù)要求對(duì)絲素纖維進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，例如蘇州大學(xué)博士論文《蠶絲纖維的微孔生成及其填埋特性研究》在對(duì)絲素纖維進(jìn)行超聲波分纖前，先用氯化鈣溶液處理絲素纖維，見圖1，氯化鈣溶液處理絲素纖維初期絲素纖維會(huì)產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象、纖維表面產(chǎn)生縱向侵蝕條紋，處理后絲素纖維背部有微孔穴和原纖化特征，運(yùn)用該文中提到的方法處理絲素纖維，并做超聲處理(A和B)，從圖2可以看出，氯化鈣溶液中絲素蛋白以顆粒狀從纖維表面脫落，處理后樣品沒有明顯的分離納米纖維的現(xiàn)象出現(xiàn)，但這些技術(shù)基本不能擴(kuò)大超聲波對(duì)絲素纖維的作用區(qū)域，從而無(wú)法顯著的提高絲素納米纖維的產(chǎn)率。
[0009]本發(fā)明所采用的處理液為碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的水溶液，所述處理液為浸泡液或水，所述堿金屬磷酸鹽為磷酸三鈉或磷酸三鉀，所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度均為
0.05%-5%。絲素纖維經(jīng)處理液處理后，絲素纖維內(nèi)部的羥基含量大幅增加，絲素纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，組成絲素纖維的絲素納米纖維之間的作用力變?nèi)酰瑥亩苋菀淄ㄟ^超聲波的方式將絲素纖維分纖得到絲素納米纖維，使得絲素纖維被充分分纖。
[0010]為了提高絲素纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的疏松度，所述碳酸鈉與堿金屬磷酸鹽的摩爾比優(yōu)選為1:0.2-5，最優(yōu)的方案是將碳酸鈉與堿金屬磷酸鹽的摩爾比調(diào)整為1:1。
[0011 ] 對(duì)于碳酸鈉及堿金屬磷酸鈉，本發(fā)明一般傾向于選擇較高的濃度，例如0.5%-5%，而浸泡液的溫度一般為20 °C -80 °C，更優(yōu)的方案是將浸泡液的溫度設(shè)置在40 0C -50 °C。
【附圖說明】
[0012]圖1是
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中，氯化鈣溶液處理絲素纖維后的掃描電鏡圖；
圖2是
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中，對(duì)氯化鈣溶液處理后的絲素纖維進(jìn)行超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
圖3是對(duì)比例中的原料絲素纖維未經(jīng)超聲波分纖的掃描電鏡圖；
圖4是對(duì)比例中的絲素纖維超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
圖5是實(shí)施例1中的絲素纖維超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
圖6是對(duì)比例中的原料絲素纖維與實(shí)施例1中的浸泡纖維的紅外光譜對(duì)比圖；
圖7是對(duì)比例中的原料絲素纖維的X射線衍射圖；
圖8是實(shí)施例1中的浸泡纖維的X射線衍射圖。
[0013]圖9是實(shí)施例2中的絲素纖維超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
圖10是實(shí)施例3中的絲素纖維超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明所述絲素纖維的分纖方法在用浸泡液對(duì)絲素纖維進(jìn)行處理后，再進(jìn)行超聲波分纖，在超聲波常用的頻率范圍內(nèi)(例如10KHz-30KHz)，均可以使經(jīng)浸泡液浸泡后的絲素纖維產(chǎn)生良好的分纖效果，而超聲波功率至少可依據(jù)所需分纖的絲素纖維在單位空間中的數(shù)量而進(jìn)行調(diào)整，提高分纖速度。
[0015]對(duì)比例:
為更加直觀的顯示本發(fā)明的技術(shù)效果，本發(fā)明安排了如下對(duì)比例，該對(duì)比例直接借助超聲波對(duì)絲素纖維進(jìn)行分纖，具體步驟為:
將絲素纖維放入水溶液中直接用超聲波處理15min，所述超聲波的功率為800瓦，頻率為20KHz，處理前后的電鏡掃描對(duì)比圖分別為圖3及圖4。
[0016]實(shí)施例1:
配置浸泡液，所述浸泡液為由0.05%的碳酸鈉及0.05%磷酸三鈉組成的混合水溶液，隨后加熱浸泡液，使浸泡液的溫度維持在40°C，將對(duì)比例中的原料絲素纖維投入浸泡液中浸泡I小時(shí)后，取出，烘干，得到待超聲波分纖處理的浸泡纖維。將浸泡纖維置于水溶液中采用與對(duì)比例中相同的條件進(jìn)行超聲波分纖處理，處理后對(duì)絲素纖維進(jìn)行電鏡掃描后得到圖5，從圖5中可以看出絲素纖維基本已經(jīng)轉(zhuǎn)化為納米絲素纖維，其轉(zhuǎn)化率為70%，形成的絲素納米纖維的尺度為50nm_300nm。
[0017]此外，本實(shí)施例分別對(duì)對(duì)比例中的原料絲素纖維及本實(shí)施例的浸泡纖維做X射線衍射測(cè)試，其結(jié)果見圖6，由圖6可以看出，絲素纖維的特征吸收峰酰胺I，酰胺II，酰胺III，酰胺IV在處理前后并無(wú)明顯變化。但預(yù)處理使得分子內(nèi)N—H鍵伸縮振動(dòng)作用加強(qiáng)，而分子間N—H鍵伸縮振動(dòng)作用減弱。所有C一H伸縮振動(dòng)吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)5 cm—S表明處理后絲素纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松。
[0018]同時(shí)，本實(shí)施例還對(duì)對(duì)比例中的原料絲素纖維及本實(shí)施例中的浸泡纖維做X射線衍射分析，其結(jié)果見圖7和圖8，圖中可以看出浸泡液對(duì)絲素纖維的結(jié)晶相無(wú)明顯影響，但顯著降低了絲素纖維的結(jié)晶度。由圖7和8的分析可知，本實(shí)施例對(duì)絲素纖維進(jìn)行浸泡，使得組成絲素纖維的納米纖維之間的作用力變?nèi)酰瑢?duì)納米纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并沒有顯著影響。
[0019]實(shí)施例2:
與實(shí)施例1基本一致，不同點(diǎn)在于碳酸鈉及磷酸三鈉的濃度均為0.1%，浸泡液的溫度為35°C，浸泡時(shí)間為3小時(shí)，處理后對(duì)絲素纖維進(jìn)行電鏡掃描后得到圖9，從圖9中可以看出絲素纖維基本已經(jīng)轉(zhuǎn)化為納米絲素纖維，其轉(zhuǎn)化率為75%，形成的絲素納米纖維的尺度為50nm-300nmo
[0020]實(shí)施例3:
與實(shí)施例1基本一致，不同點(diǎn)在于碳酸鈉及磷酸三鈉的濃度均為0.4%，浸泡液的溫度為50°C，浸泡時(shí)間為5小時(shí)，處理后對(duì)絲素纖維進(jìn)行電鏡掃描后得到圖10，從圖10中可以看出絲素纖維基本已經(jīng)轉(zhuǎn)化為納米絲素纖維，其轉(zhuǎn)化率為80%，形成的絲素納米纖維的尺度為50nm_300nm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種絲素纖維的分纖方法，包括: a、將絲素纖維加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纖維； b、用超聲波對(duì)置于處理液中的浸泡纖維進(jìn)行分纖，得到粗產(chǎn)物； c、除去粗產(chǎn)物中的處理液，得到絲素納米纖維； 所述浸泡液為碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的水溶液，所述處理液為浸泡液或水，所述堿金屬磷酸鹽為磷酸三鈉或磷酸三鉀，所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度均為0.05%-5%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述碳酸鈉與堿金屬磷酸鹽的摩爾比為1:0.2-5。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述浸泡液的溫度控制在 20°C_80°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述超聲波的頻率為10khz-30khzo5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述碳酸鈉與堿金屬磷酸鹽的摩爾比為1:1。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于浸泡液的溫度控制在40 cC-50 cC ο7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度為0.5%-5%。
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種絲素纖維的分纖方法，為了解決單純用超聲波對(duì)絲素纖維分纖作用效果不佳，使得絲素納米纖維的產(chǎn)率始終保持在較低的水平的問題，本發(fā)明提供了一種絲素纖維的分纖方法，包括：將絲素纖維加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纖維；然后用超聲波對(duì)置于處理液中的浸泡纖維進(jìn)行分纖，得到粗產(chǎn)物；最后除去粗產(chǎn)物中的處理液，得到絲素納米纖維；所述浸泡液為碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的水溶液，所述處理液為浸泡液或水，所述堿金屬磷酸鹽為磷酸三鈉或磷酸三鉀，所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度均為0.05%-5%，采用以上技術(shù)方案即可有效的解決上述技術(shù)問題。
【IPC分類】D02J1/18
【公開號(hào)】CN105714432
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610301914
【發(fā)明人】蔣彥可, 夏慶友
【申請(qǐng)人】西南大學(xué)