[发明专利]一种基于仿生矿化过程的超亲水纤维及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于仿生矿化过程的超亲水纤维，底物为聚合物纤维，其特征在于：在聚合物纤维表面均匀设有一层纳米钙磷盐生物陶瓷涂层。并公开了其制备方法。该方法反应条件温和，在室温下即可实现，整个工艺过程均为水溶液体系，对环境友好，工艺操作简便，可在纤维表面获得牢固均匀的纳米材料表面，并且能在保持良好超亲水性的同时不影响纤维的固有机械性能，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种基于仿生矿化过程的超亲水纤维及其制备方法。

背景技术

浸润性是固体表面的一个重要特征，近年来，具有特殊浸润性的界面材料引起了人们的广泛关注。当材料表面与水的接触角小于5°时，该表面称为超亲水表面，它在工农业生产、医疗卫生和人们日常生活中有着极其广阔的应用前景。一般来说，纤维及其纺织品的表面浸润性与其平衡吸湿率、吸湿排汗性、保湿性、抗静电性、穿着舒适性和生物相容性等都有着密切的关系。目前，制备超亲水表面主要途径就是通过在材料表面修饰具有微纳结构的亲水涂层而实现的。常用的亲水整理剂一般有聚丙烯酸酯类和聚氨酯两类。其中聚氨酯类亲水整理剂在国外已经工业化，并且具有良好的耐水洗性。然而，这类亲水整理剂提供的亲水性能指标不高，很难达到超亲水性能，并且所用试剂多为有机试剂，对环境危害较大，这大大限制了亲水纤维及其纺织品的应用。

生物体可以通过生物矿化过程随心所欲的制造各种微观和宏观结构的无机矿物材料，并且是在完全环保的情况下。仿生矿化是利用有机分子模板对无机物的成核、生长及组装过程进行有效的调控，从而得到新型无机/有机杂化材料。自然界中的生物矿化现象的化学本质是无机材料与有机材料的界面相互作用。受到自然界的启发，若能利用这种制造方法的原理，人类就可以模仿用来制造所需要的材料，无疑意义是巨大的。纳米钙磷盐陶瓷是一类以钙磷化合物为主体的亲水材料，它是人体中主要的无机成分，具有良好的生物相容性和生物活性。

目前超亲水纤维的实际应用还未工业化，许多问题尚待解决。如何简单可控、环境友好地制备超亲水功能纤维还有待探索，迫切需要能在保持良好超亲水性的同时不影响纤维的固有机械性能，并使制备工艺适合工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于仿生矿化过程的超亲水纤维，具有超亲水表面涂层。

本发明的技术方案为：

一种基于仿生矿化过程的超亲水纤维，底物为聚合物纤维，其特征在于：在聚合物纤维表面均匀设有一层纳米钙磷盐生物陶瓷涂层。

优选的，所述纳米钙磷盐生物陶瓷涂层的表面接触角<5°。

本发明还提供了上述的基于仿生矿化过程的超亲水纤维的制备方法，其步骤包括:

(1)硝酸钙加入水中配制成钙离子原液；磷酸二氢铵加入水中，再加入水溶性丝素蛋白，配制成磷酸根与丝素蛋白的复合水溶液，添加水溶性丝素蛋白时，应在缓慢轻柔搅拌作用下，将丝素蛋白浓缩溶液慢慢滴加到磷酸根离子原液中；

(2)将聚合物纤维进行低温等离子体预处理，在纤维表面引入羧酸根官能团COO^-；

(3)将聚合物纤维侵泡在钙离子原液中，聚合物纤维表面的羧酸根官能团(COO^-)与钙离子(Ca²⁺)相互结合，得到表面富含COO-Ca离子复合物的带液纤维；

(4)浸泡一段时间后，将聚合物纤维取出，放入磷酸根与丝素蛋白的复合水溶液中浸轧处理，可进一步与磷酸根离子相互作用，引发钙磷盐纳米生物陶瓷材料在纤维表面均匀成核和生长，待聚合物纤维形成一层纳米钙磷盐生物陶瓷涂层后，将聚合物纤维取出干燥。

优选的，步骤(1)中钙离子原液中钙离子的摩尔浓度为0.1～0.6mol·L^-1，磷酸根离子原液中磷酸根离子的摩尔浓度为0.07～0.36mol·L^-1。