[发明专利]一种柔性丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维及其制备方法

说明书

发明涉及一种柔性丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维及其制备方法，该方法是先以旧丝绵为原料制备丝素蛋白水溶液，再将丝素蛋白水溶液按照一定比例与聚乙烯醇水溶液共混得到丝素蛋白/聚乙烯醇复合纺丝水溶液，然后采用干喷湿法纺丝工艺制备丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维；所述干喷湿法纺丝工艺的凝固浴中，丝素蛋白的β‑折叠结构的含量由37～39％提升为40～42％；制得的柔性丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维由拉曼光谱所测定的柔性丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维中的分子链取向度为0.69～1.26。该柔性丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维的断裂伸长率为329～528％，断裂强度为0.17～0.27cN/dtex，直径为70～108μm。本发明的方法工艺简单，绿色环保，制得的复合纤维伸长率大，具有良好的柔韧性。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种柔性丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维及其制备方法。

背景技术

我国每年生产的丝绵被多达上千万条，然而在使用一定时间后，丝绵的弹性下降，存在老化泛黄等现象，失去使用价值被直接遗弃，大量的旧丝绵不仅导致了不容忽视的环境压力也造成了丝绵资源的极大浪费，蚕丝作为天然蛋白质纤维，由丝素和丝胶组成，丝素蛋白无毒性、无刺激作用、无过敏性，具有优异的生物相容性及生物可降解性，在纺织服装及生物医学领域有着广泛的应用。目前还未见有以旧丝绵作为原料的再生丝素材料的相关研究，发明一种能将旧丝绵被高价值化开发利用的材料制备技术十分必要。

在现有的以普通蚕丝为原料制备再生丝素复合材料的研究中，水溶性聚合物聚乙烯醇因无毒无味，生物相容性、化学稳定性良好且具有较好的成纤性，常被用来制备丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维(膜)材料。

专利CN1818163A与论文《丝素蛋白-聚乙烯醇共混改性电纺膜的制备》均以丝素蛋白/聚乙烯醇共混溶液为原料，通过静电纺丝的方式制备了丝素蛋白/聚乙烯醇纳米纤维膜。但纳米纤维复合膜的力学性能较差，限制了应用范围。

论文《微流体纺丝制备丝素纳米银/PVA共混纤维的研究》中，采用了微流体纺丝技术，以甲酸为溶剂，将丝素溶液与纳米银、聚乙烯醇共混作为纺丝液，以平衡往复移动的载玻片作为接收装置，制备了具有抗菌功能的直径均匀的丝素纳米银/聚乙烯醇复合纤维，但该方法所制备的是复合短纤维且产量小，效率低，纤维难以与收集底板分离，造成应用上的困难。

专利CN1062934A将聚乙烯醇水溶液与丝素蛋白硝酸类盐溶液共混，加入非离子型表面活性剂，采用湿法纺丝的方式，以硫酸铵或硫酸钠为凝固浴，制备了具有皮芯结构的丝蛋白/聚乙烯醇复合纤维。但该方法中溶解丝素蛋白时所需的最高温度达110℃，容易造成丝蛋白的热降解，酸类溶剂会使丝素肽键断裂，导致丝素蛋白发生明显降解,对后续所制备的复合纤维的力学性能带来不利影响，且凝固浴对温度具有一定的要求，增加了纺丝过程中的能耗以及工艺复杂程度。

因此，研究一种力学性能好且制备方法简单的丝素蛋白复合长丝具有十分重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种柔性丝素蛋白/聚乙烯醇复合纤维及其制备方法；目的是为了能将旧丝绵加以充分利用，并解决再生丝素复合纤维伸长小、容易脆断等问题，研制一种具有高柔韧性的旧丝绵丝素复合纤维长丝。具体是以旧丝绵为原料，制备丝素蛋白水溶液，并与聚乙烯醇水溶液共混，通过调整丝素蛋白与聚乙烯醇的配比，选定相容性较为稳定的比例制备丝素/聚乙烯醇复合纺丝水溶液；采用干喷湿法纺丝技术，制备丝素/聚乙烯醇复合纤维。其中，以乙醇作为凝固浴，一方面是因为乙醇凝固速度较快，可以弥补水溶液扩散较慢的缺陷，另一方面是因为乙醇成本较低、无毒无害且对温度没有要求，工艺简单。所制备的复合纤维直径均匀，断裂伸长率高达337～526％，既克服了再生丝素纤维伸长能力差、易脆断的缺陷，又能够高值化回收利用旧丝绵材料。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：