[发明专利]一种仿生再生丝素蛋白长丝纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维及其制备方法，具体涉及一种仿生再生丝素蛋白长丝纤维及其制备方法。

背景技术

蚕丝是人类最早利用的天然蛋白质之一，作为一种性能优良的天然长丝纤维，主要应用于纺织品领域。蚕丝是由丝素蛋白和丝胶两部分组成，丝胶包覆在丝素蛋白的外部，约占重量的25%；丝素蛋白的氨基酸组成主要以甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸为主，约占85%，与人体胶原蛋白的氨基酸组成相似，具有良好的生物相容性，是制备生物医用制品较为理想的原料。近年来，蚕丝的研究与应用从传统的纺织领域延伸到生物医用材料领域，如：手术后的缝合线、酶的固定化和生物传感器等。因此，如何利用蚕丝蛋白为原料制备具有优异性能的再生纤维成为科学家研究的课题，其中纺丝原液的配置是再生丝素纤维生产过程中的关键步骤。

美国专利US4233212A、US005252285A公开了一种制备再生丝素纤维的方法，首先将丝素纤维溶解到盐溶液中，透析除盐，成膜，然后，再用六氟异丙醇溶解再生丝素进行纺丝获得再生丝素纤维；2005年David M. Phillips等人采用湿法纺丝技术获得再生丝素蛋白纤维，该方法首先在1-甲基-3-乙基咪唑氯离子盐的溶液体系中进行纺丝，然后，将牵伸丝在乙醇溶液中定型获得沿纤维方向的β-折叠结构 (David M. Phillips, et al. J. Mater. Chem. 15 ,2005: 4206-4208)。

中国专利CN1372023以及中国专利申请CN102477592A都公开了一种以蚕丝为原料，经脱胶、溶解等工序后，采用湿法纺丝获得生物可降解组织工程支架用再生丝素纤维；中国专利CN101736430A公开了一种具有护肤功效的丝素蛋白纳米纤维的制备方法，该方法通过冷冻干燥法获得多孔丝素蛋白，然后将维生素C磷酸酯钠粉末与丝素蛋白溶于无菌去离子水中，制备成纺丝液，利用静电纺丝设备进行纺丝；此外，2008年Yutaka Kawahara等人采用六氟异丙醇作为溶剂制备出了丝素蛋白纳米纤维(Yutaka Kawahara, et al. J. Appl. Polym. Sci. 107,2008:3681-3684)。

以上制备方法具有易加工性；但是制备的再生丝素蛋白长丝缺少天然蚕丝原纤结构，并且力学性能较差、结构性能不稳定，导致其应用存在难度。

所以，需要研发一种简单、高效的制备方法，以获得良好力学性能、结构性能趋于稳定、利于工业化生产的再生丝素蛋白长丝纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生再生丝素蛋白长丝纤维，以改变现有再生丝素蛋白纤维缺少天然蚕丝原纤结构、力学性能差的缺点；本发明同时提供该长丝纤维的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种仿生再生丝素蛋白长丝纤维，该丝素蛋白长丝纤维的结晶度为10%～60%，所述长丝纤维内由直径为10～500nm的蚕丝原纤组成；所述长丝纤维直径为1～500μm，干态下拉伸断裂强度为50 MPa～1GPa，断裂伸长率为5%～90%。

上述技术方案中，所述长丝纤维以桑蚕丝或者其制品为原材料加工制得；长丝纤维内丝素蛋白以β-折叠结构为主。

上述长丝纤维可以通过湿法纺丝或者干法纺丝制备，先将蚕丝脱胶，制得脱胶蚕丝丝素，湿法纺丝还包括如下步骤： 

(a)将脱胶蚕丝丝素以盐-酸体系分纤溶解，提纯后制得质量分数为0.1%～50%含天然丝素原纤的纺丝原液；

(b)用质量分数为0%～100%的有机溶剂水溶液或质量分数为0%～80%的高吸水性物质水溶液制备成凝固浴，将纺丝原液放入纺丝装置中，然后在凝固浴中进行湿法纺丝，清洗得到初生丝素长丝；

(c)用质量分数为0%～90%的有机溶剂水溶液或质量分数为0%～60%的高吸水性物质水溶液制备成牵伸浴，将初生丝素长丝在牵伸浴中进行一次或一次以上的牵伸，其牵伸速度为1～150米/分，牵伸倍率为0.1～10倍，牵伸温度为20～120℃，结晶度为0.1%～50%，从而得到结构性能稳定的丝素长丝。

干法纺丝还包括如下步骤：

(a)将脱胶蚕丝丝素以盐-酸分纤体系溶解，提纯后制得质量分数为0.1%～50%含天然丝素原纤的的纺丝原液；

(b) 将纺丝原液放入纺丝装置中，采用干法纺丝进行纺丝，获得丝素蛋白初生长丝纤维，然后，通过进一步牵伸或热定型使纤维结构性能稳定，获得丝素长丝。

上述制备方法中，所述蚕丝为桑蚕丝或桑蚕丝制品；所述制品为茧丝、生丝、缫丝厂下脚丝、丝绸厂真丝织物边角料或者丝织物。