[发明专利]蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合纳米纤维纱及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续的纳米级纤维纱，具体涉及一种以聚乳酸和蜘蛛丝蛋白复合构成的纳米级纤维纱及其制备方法。

背景技术

蜘蛛丝以其优异的力学性能和生物相容性而成为国内外的研究热点之一。蜘蛛丝作为一种蛋白质纤维在生物材料领域的应用是十分令人瞩目的，但困扰研究人员的难题是数量太少，要进行常规的纺织加工很困难。虎纹捕鸟蛛是一种可进行人工养殖的蜘蛛，有专门的蜘蛛养殖场饲养，虽然其目的主要是提取毒素以用于制药，但与此同时，通过这种途径可获得大量的蜘蛛丝纤维，为再生蜘蛛丝的加工提供了原料来源。

目前，蜘蛛丝再生加工的方法主要是静电纺丝。静电纺丝是一种方便易行的新型纺丝技术，其产品形式一般为由无规排列的纳米纤维构成的多孔纤维毡。

聚乳酸是一种可生物降解的合成材料，由于其无毒、无刺激性，具有较好的生物相容性和生物可吸收性，强度高，可聚性好，因此得到了广泛应用。目前，聚乳酸的主要用途之一是采用熔体纺丝法得到的聚乳酸纤维，不仅可以用于加工服装面料，还可以作为手术缝合线等。聚乳酸溶液由于具有良好的可纺性，因此其静电纺丝产品方面的研究也较多，但产品的形式基本也为由无规排列的纤维构成的纤维毡。

为了得到连续的纳米纤维纱，以扩大产品的应用领域，研究人员在静电纺丝的方法方面进行了一系列的改进，基本原理为：在纺丝过程中添加辅助电场或改变收集屏的形状，对纤维施加机械力或电场力。主要方法有：间隔的导电板法、旋转鼓法、薄饼型收集轮法、点收集屏法、辅助电场法、近距离纺丝法、联合使用一定间隙的导电带和旋转鼓的装置、联合使用点收集屏和旋转鼓等等。然而，上述方法只能获得定向排列的纤维，纤维束的长度很有限，无法得到由连续的纤维构成的纱线。

虽然，目前已经出现了关于通过静电纺丝得到连续纱线的报道，如中国发明专利申请CN101037809A公开了一种聚酰胺6/66共聚物长丝纱的连续静电纺丝方法，用平平加O制备浴液，采用静电纺丝法获得了12小时以上无断头的长丝纱。然而，试验发现，利用上述连续静电纺丝方法直接以虎纹捕鸟蛛的蜘蛛丝或聚乳酸为原料时，并不能得到连续的纱线。

因此，研制开发可连续纺制的新型复合纳米纤维纱，并使纱线具有良好的断裂强度、柔韧性、亲水性和生物相容性，以更好的应用于生物医用材料等领域，具有显著的积极意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种可连续纺制的蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合纳米纤维纱及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合纳米纤维纱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备纺丝液：将聚乳酸溶解在六氟异丙醇中，制得质量百分比5～15％的聚乳酸溶液；将蜘蛛丝溶解在六氟异丙醇中，充分搅拌并过滤后，制得质量百分比0.5～2％的蜘蛛丝蛋白溶液；然后将所述聚乳酸溶液和蜘蛛丝蛋白溶液按质量比9：1～5：5混合，即得到所需纺丝液；

(2)制备浴液：将亲水性有机硅柔软剂溶解在去离子水中，制得质量百分比0.1～1％的浴液；

(3)采用静电纺丝方法，将步骤(1)得到的纺丝液加入纺丝管中，连接高压电源的正极，将步骤(2)得到的浴液加入浴槽内，连接高压电源的负极，从纺丝管喷出的纺丝液在浴液中形成纤维束，集束后的纤维经导丝、加热、卷绕成形，获得所述蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合纳米纤维纱。

上文中，所述步骤(1)中的蜘蛛丝可以是来源广泛的虎纹捕鸟蛛的蜘蛛丝纤维，也可以是其他蜘蛛牵引丝或包卵丝；所述六氟异丙醇的浓度为99％。所述步骤(2)中的亲水性有机硅柔软剂是现有产品，可以是市售产品；其作用有两个方面，一是提高纤维的集束成形性，二是润滑作用，以提高连续纺丝的时间。

上述技术方案中，所述步骤(3)中静电纺丝时，电压为12～20KV，纺丝高度为5～12cm，卷绕速度为50～350rpm，纺丝液流量为2～6mL/h，加热温度为20～200℃。

进一步的技术方案，将所述步骤(3)得到的纳米纤维纱进行二次热拉伸。

上述技术方案中，所述二次热拉伸的加热温度为20～200℃，拉伸倍数为1.1～1.8。

进一步的技术方案，将所述步骤(3)得到的纳米纤维纱进行合并加捻形成股线。对纱线进行并合加捻是纱线制造工艺中常用的一道工序，由两根或两根以上的单纱经并合加捻形成股线，两根单纱并合加捻形成双股线，三根单纱并合加捻形成三股线。纱线并合加捻后除了纱线内部纤维的抱合增强外，纱线与纱线之间的抱合也增加，力学性能必定也发生变化。