[发明专利]聚苯乙烯诱导介观结构增强的再生蚕丝纤维及其制备方法

说明书

聚苯乙烯诱导介观结构增强的再生蚕丝纤维及其制备方法，通过将蚕丝经过弱碱溶液脱胶以后，使用中性盐溶解、透析，然后浓缩至质量分数12～15％，加入表面经过羧基修饰直径在20～40nm之间的聚苯乙烯微球，聚苯乙烯干重占比为0.8％～5.0％，混合溶液经过硫酸铵溶液凝固成形后使用水蒸气热处理。该方法得到的蚕丝表面光滑均匀，力学性能优异，相比不加入聚苯乙烯微球修饰的再生蚕丝纤维力学强度提高了25％～300％，最强可达520MPa，断裂伸长可达25％。实现使用低浓度的蚕丝溶液制备超强再生蚕丝纤维的可能性，降低获得高强度再生蚕丝纤维的成本，原材料来源广泛，制备过程绿色无毒，在生物材料上有应用潜力。

技术领域

本发明涉及聚苯乙烯微球诱导介观结构增强再生蚕丝纤维，尤其是涉及聚苯乙烯诱导介观结构增强的再生蚕丝纤维及其制备方法。

背景技术

蜘蛛丝纤维具有优良的拉伸性能(断裂应力为1.3GPa，断裂应变为40％)，但由于蜘蛛不能人工饲养，资源稀缺，其潜在的应用价值也大大受限。

蚕丝纤维也具有优异的机械性能(断裂应力为400MPa，断裂应变为15％)，并且容易获得，尽管比最佳蜘蛛丝纤维更弱、韧性更差，但蚕丝纤维仍然是一种强度很高的天然纤维，而且有望通过对蚕丝纤维的改性来使其获得蜘蛛丝纤维一般优秀的性能。目前也有许多研究如何通过人工纺丝获得高性能的再生蚕丝纤维。中国专利CN102912470A使用碳酸钠溶液脱胶后溶解、透析，加入氯化钙溶液和金属氧化物纳米颗粒对其改性，最终通过干法纺丝得到的再生蚕丝纤维断裂强度为50～250MPa，断裂伸长率为50％～150％。中国专利CN106435818A使用明胶和交联剂掺杂蚕丝溶液纺丝获得再生蚕丝纤维断裂强度最高可达420MPa，断裂伸长率为12％。中国专利CN104264263A使用碳纳米管掺杂蚕丝溶液纺丝获得再生蚕丝纤维断裂强度为100～500MPa，断裂伸长率为30％～120％。这些方法对再生蚕丝增强的方法都是基于物理掺杂或者化学交联，相比对应天然蚕丝丝素纤维的断裂强度，断裂伸长率提高非常有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯乙烯微球增强的再生蚕丝纤维及其制备方法。

所述聚苯乙烯微球增强的再生蚕丝纤维的组成包括表面经过羧基修饰直径在20～40nm的聚苯乙烯微球和经过无机盐溶解的蚕丝溶液，所述聚苯乙烯微球掺杂在无机盐溶解的蚕丝溶液中，所述聚苯乙烯微球与无机盐溶解的蚕丝溶液的质量百分比为0.8％～5％。

所述聚苯乙烯微球增强的再生蚕丝纤维的直径可为10～20μm，强度可为100～550MPa，断裂伸长可为20％～50％，表面形状均匀光滑，性能稳定性优异，不溶于水，在室温环境下长时间放置不发生变性。

所述聚苯乙烯微球增强的再生蚕丝纤维的制备方法包括以下步骤：

1)将蚕茧经过脱胶、溶解、透析，得质量浓度为5％～8％的蚕丝溶液；

2)将步骤1)得到的质量浓度为5％～8％的蚕丝溶液装入截留分子量3500Da的透析袋中，加入聚乙烯醇20000，再放入聚乙烯醇溶液中搅拌，浓缩，得质量浓度为12％～18％的蚕丝溶液；

在步骤2)中，所述聚乙烯醇20000溶液的质量浓度可为15％～20％。

3)将步骤2)得到质量浓度为12％～18％的蚕丝溶液与聚苯乙烯微球共混摇匀，得聚苯乙烯微球增强的再生蚕丝纤维。

在步骤3)中，所述聚苯乙烯微球的质量浓度可为0.01％～0.5％，所得的聚苯乙烯微球增强的再生蚕丝纤维质量浓度可为12％～15％。

本发明利用微量的直径30nm表面带羧基的聚苯乙烯微球，通过溶液纺丝的方法得到了力学性能可调的超高强度再生蚕丝纤维。