[发明专利]一种调控原纤体取向的角蛋白同质复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调控原纤体取向的角蛋白同质复合膜及其制备方法，尤其是一种由动物毛中获得的原纤体为增强体，和由动物毛的溶解液为基质混合而成的角蛋白同质复合膜及其制备方法。

背景技术

短纤维增强是提高材料强度和弹性模量的重要手段，在新型复合材料的研发过程中得到了广泛应用。从理论分析和实验结果发现，影响短纤维的增强效果的主要因素有短纤维的尺寸、含量、取向与分布。其中，仅短纤维分布为单调影响复合材料性能，即短纤维分布愈好复合材料性能则愈佳。因此，对于复合材料的制备须给出短纤维的尺寸、含量与取向的专门化技术。本发明研究的主体是以动物毛，即天然角蛋白纤维为原料的角蛋白膜，并且以天然角蛋白纤维中提取的亚微到微米尺度的原纤体作为增强短纤维。

经检索，与本发明最接近的专利如下：

申请号为01128117.0的发明专利《角蛋白复合纤维及其制造方法》中以毛发角蛋白15-60%、聚乙烯醇40-85%组成了角蛋白复合纤维，利用接枝剂使角蛋白与聚乙烯醇接枝共聚，用维尼纶生产设备和工艺湿法纺丝，结果发现：角蛋白与聚乙烯醇比例为3:7时，制得的复合纤维的干断裂强度为3.0-4.0CN/dtex，但若提高了蛋白质含量，当角蛋白与聚乙烯醇比例为5:5时，尽管会使纤维的吸湿性、染色性被进一步改善，但纤维的干断裂强度却下降了30%左右。实际上，复合纤维中的主体是聚乙烯醇，而角蛋白本质上成为了添加物，非同质复合物，不能发挥角蛋白作为生物材料的优越性，而且纤维在喷出纺丝过程中已形成取向，故不同于膜，需要人为控制或专门方法。

申请号为02155407.2的发明专利《一种再生角蛋白功能纤维的加工技术》报道了通过加入金属氧化物、有机金属化合物、甲壳素、壳聚糖、环糊精、聚醚、聚丙烯酸等其中的一种或数种，制备得到纳米级的功能分散液，通过湿发纺丝或者干湿法纺丝生产出具有抗菌除臭、抗静电、干燥感、热迟滞性能、高吸湿性等等不同功能的或者是多种功能组合的再生角蛋白功能纤维。其中角蛋白含量45-75%，共混高聚物50-20%，金属氧化物1-5%或甲壳素或壳聚糖或环糊精1-5%。然而，该专利仅是通过将功能高聚物材料与角蛋白共混纺丝，其一不是在讨论膜的制备，其二主要目的在于实现角蛋白纤维的附加功能而不是本身的力学性能。

申请号为200910048841.9的发明专利《一种角蛋白晶须增强的天然蛋白质复合膜及其制备方法》描述了将动物纤维中提取的晶须作为增强材料加入到角蛋白基体中，得到的天然蛋白质复合膜具有较好的机械性能。此专利主要关心得到同质复合膜的方法，即用角蛋白晶须增强角蛋白基质，以使所得复合膜既保持原生态物质和良好的生物相容性，又能够提高膜的强度。但只是随机的混合，只能得到随机排列的结果，并未涉及原纤体的尺寸、含量和取向排列的筛选和科学的控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调控原纤体取向的角蛋白同质复合膜及制备方法，解决原纤增强体在基体中的尺寸、含量及取向问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种调控原纤体取向的角蛋白同质复合膜，其特征在于，由角蛋白基质以及分散在角蛋白基质中的原纤体和增塑剂组成，原纤体在角蛋白基质中取向排列。

优选地，所述的角蛋白基质、原纤体和增塑剂的重量比为90-97：3-10：0.05-2.5。

优选地，所述的增塑剂为乙二醇、丙二醇和丙三醇中的至少一种。

优选地，所述的原纤体为直径为3-5μm、长度为80-120μm的原纤体或直径为0.3-1μm、长度为20-50μm的原纤体。

优选地，所述的角蛋白基质和原纤体是从天然角蛋白纤维中提取得到。

优选地，所述的天然角蛋白纤维为人发、羊绒、驼毛、牦牛毛、羊毛、马毛或牛毛。

本发明还提供了上述调控原纤体取向的角蛋白同质复合膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步、混合分散：将从天然角蛋白纤维中分离得到的原纤体与增塑剂按比例加入到重量浓度为200-350mg/mL的角蛋白溶液中；单独进行机械搅拌或超声处理，或同步进行机械搅拌和超声处理，得到混合分散均匀的同质混合液；

第二步、取向排列：将第一步所得的同质混合液静置脱泡或真空脱泡后，倒入铺有脱模纸的成膜器中，在温度为40-65℃的条件下，对成膜器作单方向的来回晃动来实现调控原纤体取向，然后固化成膜。