一種絲素纖維的分纖方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米材料制備技術領域，涉及一種絲素纖維的分纖方法，本發明所述絲素纖維，如不做特別聲明，一般指由蠶絲通過脫膠制得的絲素纖維，當然，對于其他絲素纖維，本領域技術人員仍然可以依據本發明進行分纖，并得到絲素納米纖維。
【背景技術】
[0002]蠶絲被稱為人體的第二肌膚，是優質的紡織原料，近年來隨著對蠶絲結構性能的深入研究以及蠶絲新材料的開發，蠶絲已被廣泛應用在食品、化妝品、保健品及醫學等領域。蠶絲脫膠制得的絲素纖維作為一種經由自然選擇和生物進化的天然高分子蛋白質材料有諸多優點，作為手術縫合線在外科領域的應用已有很長歷史。隨著現代醫學的發展，由絲素纖維制得的絲素納米纖維以其良好的生物相容性和生物可降解性成為人工組織材料中的重要天然材料，在生物材料領域有重要的研究意義和應用前景。
[0003]天然絲素纖維的直徑在10?30微米之間，單根絲素纖維由數以千計的納米纖維組成。為了得到納米絲素纖維，產業上普遍采用的工藝方法為靜電紡絲法，該方法需要以再生絲素蛋白溶液為原料，而獲取再生絲素蛋白的成本較高，因制備再生絲素蛋白的工藝中普遍包括72小時透析用以除去無機鹽的步驟，增加了工藝的復雜性，降低了生產效率，導致無法大規模量產。
[0004]近年來，人們借助超聲波制備納米纖維，但超聲波對絲素纖維的作用區域通常停留在纖維表面以內大約I微米的范圍，大大的降低了分纖的實際效率。
【發明內容】
[0005]經過大量的生產實踐，單純用超聲波對絲素纖維分纖作用效果不佳，使得絲素納米纖維的產率始終保持在較低的水平。一種可采用的方案是對絲素纖維進行多次分纖，具體的說，就是將絲素纖維置于具有超聲波的環境中，經過一段時間后，提取絲素納米纖維，而將未形成絲素納米纖維的絲素纖維仍然置于超聲波的環境中，如此反復，以提高絲素納米纖維的總體產率。然而，絲素納米纖維的產率并未獲得顯著的提高。
[0006]本發明采用了完全不同的技術措施，該技術措施為一種絲素纖維的分纖方法，包括:
a、將絲素纖維加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纖維；
b、用超聲波對置于處理液中的浸泡纖維進行分纖，得到粗產物；
c、除去粗產物中的處理液，得到絲素納米纖維；
所述浸泡液為碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的水溶液，所述處理液為浸泡液或水，
所述堿金屬磷酸鹽為磷酸三鈉或磷酸三鉀，所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度均為0.05%-5%0
[0007]依照本領域技術人員所熟知的技術，實施b步驟后，處理液中將含有絲素納米纖維，將處理液倒出，經過過濾就可得到絲素納米纖維，而本發明發現，在實施b步驟以后，絲素纖維基本被整體分纖為絲素納米纖維，其中僅有少量的絲素納米纖維脫離絲素纖維而游離到處理液中，從而通過過濾處理液提取絲素納米纖維已經沒有意義了。這樣大部分的絲素纖維能夠分纖為絲素納米纖維，所述絲素納米纖維的轉化率至少能夠達到70%，得到的絲素納米纖維的尺度為50nm-300nm。
[0008]在本發明之前，有部分技術要求對絲素纖維進行簡單的處理，例如蘇州大學博士論文《蠶絲纖維的微孔生成及其填埋特性研究》在對絲素纖維進行超聲波分纖前，先用氯化鈣溶液處理絲素纖維，見圖1，氯化鈣溶液處理絲素纖維初期絲素纖維會產生溶脹現象、纖維表面產生縱向侵蝕條紋，處理后絲素纖維背部有微孔穴和原纖化特征，運用該文中提到的方法處理絲素纖維，并做超聲處理(A和B)，從圖2可以看出，氯化鈣溶液中絲素蛋白以顆粒狀從纖維表面脫落，處理后樣品沒有明顯的分離納米纖維的現象出現，但這些技術基本不能擴大超聲波對絲素纖維的作用區域，從而無法顯著的提高絲素納米纖維的產率。
[0009]本發明所采用的處理液為碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的水溶液，所述處理液為浸泡液或水，所述堿金屬磷酸鹽為磷酸三鈉或磷酸三鉀，所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度均為
0.05%-5%。絲素纖維經處理液處理后，絲素纖維內部的羥基含量大幅增加，絲素纖維內部結構疏松，組成絲素纖維的絲素納米纖維之間的作用力變弱，從而很容易通過超聲波的方式將絲素纖維分纖得到絲素納米纖維，使得絲素纖維被充分分纖。
[0010]為了提高絲素纖維內部結構的疏松度，所述碳酸鈉與堿金屬磷酸鹽的摩爾比優選為1:0.2-5，最優的方案是將碳酸鈉與堿金屬磷酸鹽的摩爾比調整為1:1。
[0011 ] 對于碳酸鈉及堿金屬磷酸鈉，本發明一般傾向于選擇較高的濃度，例如0.5%-5%，而浸泡液的溫度一般為20 °C -80 °C，更優的方案是將浸泡液的溫度設置在40 0C -50 °C。
【附圖說明】
[0012]圖1是
【發明內容】
部分中，氯化鈣溶液處理絲素纖維后的掃描電鏡圖；
圖2是
【發明內容】
部分中，對氯化鈣溶液處理后的絲素纖維進行超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
圖3是對比例中的原料絲素纖維未經超聲波分纖的掃描電鏡圖；
圖4是對比例中的絲素纖維超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
圖5是實施例1中的絲素纖維超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
圖6是對比例中的原料絲素纖維與實施例1中的浸泡纖維的紅外光譜對比圖；
圖7是對比例中的原料絲素纖維的X射線衍射圖；
圖8是實施例1中的浸泡纖維的X射線衍射圖。
[0013]圖9是實施例2中的絲素纖維超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
圖10是實施例3中的絲素纖維超聲波分纖后的掃描電鏡圖；
【具體實施方式】
[0014]本發明所述絲素纖維的分纖方法在用浸泡液對絲素纖維進行處理后，再進行超聲波分纖，在超聲波常用的頻率范圍內(例如10KHz-30KHz)，均可以使經浸泡液浸泡后的絲素纖維產生良好的分纖效果，而超聲波功率至少可依據所需分纖的絲素纖維在單位空間中的數量而進行調整，提高分纖速度。
[0015]對比例:
為更加直觀的顯示本發明的技術效果，本發明安排了如下對比例，該對比例直接借助超聲波對絲素纖維進行分纖，具體步驟為:
將絲素纖維放入水溶液中直接用超聲波處理15min，所述超聲波的功率為800瓦，頻率為20KHz，處理前后的電鏡掃描對比圖分別為圖3及圖4。
[0016]實施例1:
配置浸泡液，所述浸泡液為由0.05%的碳酸鈉及0.05%磷酸三鈉組成的混合水溶液，隨后加熱浸泡液，使浸泡液的溫度維持在40°C，將對比例中的原料絲素纖維投入浸泡液中浸泡I小時后，取出，烘干，得到待超聲波分纖處理的浸泡纖維。將浸泡纖維置于水溶液中采用與對比例中相同的條件進行超聲波分纖處理，處理后對絲素纖維進行電鏡掃描后得到圖5，從圖5中可以看出絲素纖維基本已經轉化為納米絲素纖維，其轉化率為70%，形成的絲素納米纖維的尺度為50nm_300nm。
[0017]此外，本實施例分別對對比例中的原料絲素纖維及本實施例的浸泡纖維做X射線衍射測試，其結果見圖6，由圖6可以看出，絲素纖維的特征吸收峰酰胺I，酰胺II，酰胺III，酰胺IV在處理前后并無明顯變化。但預處理使得分子內N—H鍵伸縮振動作用加強，而分子間N—H鍵伸縮振動作用減弱。所有C一H伸縮振動吸收峰向長波方向移動5 cm—S表明處理后絲素纖維內部結構變得疏松。
[0018]同時，本實施例還對對比例中的原料絲素纖維及本實施例中的浸泡纖維做X射線衍射分析，其結果見圖7和圖8，圖中可以看出浸泡液對絲素纖維的結晶相無明顯影響，但顯著降低了絲素纖維的結晶度。由圖7和8的分析可知，本實施例對絲素纖維進行浸泡，使得組成絲素纖維的納米纖維之間的作用力變弱，對納米纖維內部結構穩定性并沒有顯著影響。
[0019]實施例2:
與實施例1基本一致，不同點在于碳酸鈉及磷酸三鈉的濃度均為0.1%，浸泡液的溫度為35°C，浸泡時間為3小時，處理后對絲素纖維進行電鏡掃描后得到圖9，從圖9中可以看出絲素纖維基本已經轉化為納米絲素纖維，其轉化率為75%，形成的絲素納米纖維的尺度為50nm-300nmo
[0020]實施例3:
與實施例1基本一致，不同點在于碳酸鈉及磷酸三鈉的濃度均為0.4%，浸泡液的溫度為50°C，浸泡時間為5小時，處理后對絲素纖維進行電鏡掃描后得到圖10，從圖10中可以看出絲素纖維基本已經轉化為納米絲素纖維，其轉化率為80%，形成的絲素納米纖維的尺度為50nm_300nm。
【主權項】
1.一種絲素纖維的分纖方法，包括: a、將絲素纖維加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纖維； b、用超聲波對置于處理液中的浸泡纖維進行分纖，得到粗產物； c、除去粗產物中的處理液，得到絲素納米纖維； 所述浸泡液為碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的水溶液，所述處理液為浸泡液或水，所述堿金屬磷酸鹽為磷酸三鈉或磷酸三鉀，所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度均為0.05%-5%。2.根據權利要求1所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述碳酸鈉與堿金屬磷酸鹽的摩爾比為1:0.2-5。3.根據權利要求1所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述浸泡液的溫度控制在 20°C_80°C。4.根據權利要求1所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述超聲波的頻率為10khz-30khzo5.根據權利要求2所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述碳酸鈉與堿金屬磷酸鹽的摩爾比為1:1。6.根據權利要求3所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于浸泡液的溫度控制在40 cC-50 cC ο7.根據權利要求1所述的一種絲素纖維的分纖方法，其特征在于所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度為0.5%-5%。
【專利摘要】本發明屬于納米材料制備技術領域，涉及一種絲素纖維的分纖方法，為了解決單純用超聲波對絲素纖維分纖作用效果不佳，使得絲素納米纖維的產率始終保持在較低的水平的問題，本發明提供了一種絲素纖維的分纖方法，包括：將絲素纖維加入浸泡液中浸泡，得到浸泡纖維；然后用超聲波對置于處理液中的浸泡纖維進行分纖，得到粗產物；最后除去粗產物中的處理液，得到絲素納米纖維；所述浸泡液為碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的水溶液，所述處理液為浸泡液或水，所述堿金屬磷酸鹽為磷酸三鈉或磷酸三鉀，所述碳酸鈉及堿金屬磷酸鹽的濃度均為0.05%-5%，采用以上技術方案即可有效的解決上述技術問題。
【IPC分類】D02J1/18
【公開號】CN105714432
【申請號】CN201610301914
【發明人】蔣彥可, 夏慶友
【申請人】西南大學