[发明专利]一种制备高强度蚕丝的氧化石墨烯添食育蚕法及其制品

说明书

本发明涉及一种制备高强度蚕丝的氧化石墨烯添食育蚕法及其制品，具体是将氧化石墨烯添加在家蚕人工饲料中，利用蚕自身的吸收转化功能使氧化石墨烯进入蚕的丝腺，并由蚕自身结茧得到含有氧化石墨烯的高强度蚕丝的方法。本发明的方法在不损害蚕丝天然品质的前提下，对蚕丝进行改性，得到机械性能更加优异的蚕丝。

技术领域

本发明属蚕丝纤维及其改性领域，涉及一种制备高强度蚕丝的氧化石墨烯添食育蚕法及其制品。

背景技术

熟蚕结茧时由丝腺分泌出的由蛋白质组成的纺丝液，在空气中凝固形成的连续长纤维称为蚕丝。作为一种生物纤维，蚕丝不仅具有良好的光泽度和舒适的触感，还具有较强的机械性能和很好的生物相容性，在纺织、医学、化妆品及生物领域都有广泛的应用。

脱胶蚕丝的断裂强度约为400MPa，断裂伸长率和断裂能分别15％和30J/g左右。在实际应用中，其性能仍有待进一步提高，因此需要对蚕丝进行改性。

有研究通过在蚕丝表面涂布粒子的方法来增强蚕丝的性能。例如公开号为CN103572585A的中国专利公开了一种二氧化钛改性的蚕丝及其制备方法。专利中发明者以钛酸酯为反应物，以石油醚作溶剂，原位室温合成致密的水合二氧化钛，覆盖于蚕丝表面。通过此方法改性的蚕丝的断裂强度为300～680MPa，断裂能为22～74J/g。虽然通过此方法可得到强度较高的蚕丝，但是这种改性天然蚕丝的方法需要使用有机溶剂，若量化生产在溶剂回收处理方面需要较多的投入。不仅如此，二氧化钛覆盖于蚕丝表面会损害蚕丝本身的色泽、触感、透气性等优秀品质。

公开号为CN103498210A的中国专利公开了一种高强度蚕丝蛋白纤维的仿生制备方法。该专利中，发明者将天然蚕丝脱胶之后溶解于溴化锂溶液中，制成再生丝素蛋白-溴化锂水溶液，随后加入浓度为1.0％～7.0％的纳米纤维素晶须悬浊液，置于聚乙二醇溶液中透析、浓缩，得到质量浓度为18～30％的再生丝素蛋白-纳米纤维素晶须混合水溶液，利用湿法纺丝制备初生蚕丝纤维，经过后拉伸和热处理得到高强度蚕丝纤维。纳米纤维素晶须本身具有高强度、高模量的特点，并且其分子链上所含的羟基可与蚕丝蛋白分子链上的羧基、氨基等极性基团形成分子间氢键，从而提高纤维力学性能。此发明所述高强度蚕丝纤维的断裂强度为350～560MPa，断裂伸长率为19～36％，所得蚕丝的强度确有一定提高，但是通过再生丝素蛋白溶液纺丝的过程操作复杂、条件苛刻、周期长、产量低，工业化的可能性非常小。

也有研究者在家蚕饲料中添加一些功能性微粒，从而得到具有某些特定功能的蚕丝。公开号为CN1395861A的中国专利公开了一种含有功能性微粒的蚕饲料和用该饲料喂食生产的蚕丝及使用该蚕丝的制品，该专利中，发明者将矿物、色素等功能性微粒加入蚕饲料中喂食家蚕，通过蚕吸收转化作用纺出功能蚕丝。公开号为CN1608489的中国专利公开了一种蚕用饲料和喂饲该饲料而生产的丝以及使用该丝的丝制品。这项专利则是将规定量的沸石、夜光石等功能性微粒溶于水或其他溶剂再加入蚕饲料中喂食家蚕得到蚕丝。这两项专利在添食过程中需要将所用功能性微粒进行筛选和处理，由于微粒粒径较大，很容易影响家蚕的进食生长，导致蚕丝质量和产量下降。其结果又表明，功能性微粒较多存在于丝胶中，而蚕丝在使用时，大多需要脱胶，这样一来其改性效果就微乎其微了。而且二者均未给出所得蚕丝的力学性能特征，仅表示所得蚕丝具有一些所添加微粒的功能，可应用范围窄。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备高强度蚕丝的氧化石墨烯添食育蚕法及其制品，更好地用于组织支架工程、纺织及医学等领域。在本发明中，将氧化石墨烯混合在蚕饲料中喂食家蚕，通过家蚕自身的吸收，使氧化石墨烯混合进入蚕丝，以提高蚕丝的强度。氧化石墨烯具有层状结构，本身具有一定的力学性能，其表面带有羟基、羧基等基团，可与丝素蛋白形成氢键，从而对蚕丝纤维起到增强作用，脱胶丝能保持很好的改性效果。而且本方法在提高蚕丝强度的同时不会降低其韧性，也不会损害蚕丝其他的优良品质。整个过程绿色环保，简便易行，在正常的家蚕饲养过程中即可实施，可实现工业化生产。