[發明專利]一種利用蝦蟹殼制備甲殼素納米纖維的方法

有效

• 申請號: 201310288079.8
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103342821A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 李大綱;陳楚楚;胡琴琴;邵旭;李晶;王茹
• 申請（專利權）人: 南京林業大學;李大綱
• 主分類號: C08J3/00
• 分類號: C08J3/00;C08L5/08;D01F9/00;B02C21/00;B08B3/12;B04B1/00
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

技術領域

本發明涉及一種利用蝦蟹殼制備甲殼素納米纖維的方法，屬于天然高分子領域、也屬地于化學、生物工程、新材料領域。

技術背景

隨著我國淡水及海水蟹養殖產品的增加，每年都有大量的蟹殼副產品，其中僅有一小部分用于飼料添加劑等低值產品，絕大部分被當作垃圾處理，即污染環境，又造成了資源的浪費。若將其回收用于制取高附加值的甲殼素納米纖維，不但能變廢為寶，還可以獲得可觀的經濟效益。作為世界上含量第二豐富的天然有機高分子化合物甲殼素也被進行了較長時間的研究，甲殼素可以從蝦、螃蟹、甲殼類動物身體上獲得，而每年都有很多蝦蟹殼作為廢棄品被遺棄，既浪費了資源又破壞了環境，使用蝦蟹殼制備甲殼素納米纖維將有利于創造環境友好型的新材料。但是關于甲殼素納米纖維的研究剛剛處于起步階段，在國內外相關發明專利并不多。甲殼素廣泛存在于低等植物菌類、藻類的細胞，節肢動物蝦、蟹、蠅蛆和昆蟲的外殼，貝類、軟體動物的外殼和軟骨中。甲殼素纖維廢棄物可自然降解。對環境不會造成污染。然而，很多的甲殼素被作為工業或者食品廢棄物而丟掉，卻沒有得到有效的利用。因此，如何將甲殼素作為天然生物友好型的材料是一個重要的研究內容。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用蝦蟹殼制備甲殼素納米纖維的方法，制備高性能光學透明材料的原材料加以高值化利用。

蝦殼和螃蟹殼具有明顯的分層結構組織。這些納米纖維被蛋白質層所包圍著，接著下一層的級別是由直徑在50-300nm的甲殼素/蛋白質纖維聚集在一起的，這些納米纖維—蛋白質纖維形成平面的交織物和分支的網狀結構。同時，這些線狀物被各種的蛋白質和礦物質包圍著，這些礦物質主要由碳酸鈣結晶體組成，線狀物的寬度在不同甲殼類動物中會不同。而且，這些編織狀和網狀的平面可以形成扭曲的夾層模型。這個結構式通過纖維狀的甲殼素—蛋白質按照旋轉層疊的順序形成的。這些扭曲夾層的厚度相當于一個層疊的密度板平面，它們逐漸的沿著法線軸旋轉。?

鹽酸浸泡蟹殼，鹽酸會與碳酸鹽發生反應，產生劇烈的二氧化碳氣泡，因此通過洗滌、分離即可去除；殼中的蛋白質數量也很大，且包覆于纖維束周圍較難去除。蛋白質是一種兩性化合物，既能溶于堿，也能溶于酸，一般而言在堿液中溶解的快一些，氫氧化鉀與蛋白質反應，溶液呈橙黃色，說明蛋白質以及部分色素溶解至溶液中，通過沖洗即可完全去除；用95?%的乙醇溶液處理后，可觀察到蟹殼中的色素已基本除凈。

????甲殼素納米纖維以蝦蟹殼為原料，因此原料來源豐富，成本低廉，而且可再生，可生物降解，屬于典型的生物環保材料。甲殼素納米纖維具有納米尺度，高長徑比，力學性能特別優異。因此，甲殼素納米纖維是作為復合材料改性體的理想選擇。然而，很多的甲殼素被作為工業或者食品廢棄物而丟掉，卻沒有得到有效的利用。因此，本發明提供了將甲殼素作為天然生物友好型的材料新方向。

本發明的技術解決方案：一種利用蝦蟹殼制備甲殼素納米纖維的方法，包括1）化學處理，2）機械處理。

本發明與現有技術相比具有以下優點:1）作為垃圾處理，污染環境的櫥余廢物的蝦蟹殼作為制備高性能光學透明材料的原材料加以高值化利用；?2）制備的納米薄膜具有力學性能好、透明度高、熱膨脹系數低等特點，而且由于納米纖維素的直徑尺寸低于可見光的波長范圍，其光學透明好；3）納米纖維薄膜與其他樹脂復合材料可作為可卷繞的柔性電子器件來使用，如柔性顯示器、電子紙、太陽能電池、柔性電路、玻璃基體的替代品等，具有廣闊的應用前景。

具體實施方式

一種利用蝦蟹殼制備甲殼素納米纖維的方法，包括1）化學處理，2）機械處理。

所述的化學處理方法是在酸性條件下，即pH＝3；或中性條件下，pH＝7的條件下進行化學處理；該方法包括（1）將蝦蟹殼沖洗干凈，然后使用粉碎機將大塊的殼粉碎成較小的粉末狀，稱取30g蝦蟹殼粉末放入600ml的燒杯中，配制濃度為5%的鹽酸溶液600?ml，用以去除蝦蟹刻中的碳酸鈣礦物質；在常溫常壓下浸泡24小時，浸泡24小時后使用真空過濾器進行過濾并用蒸餾水水洗至中性；（2）配制6%濃度的氫氧化鈉溶液600?ml，用以去除存在于蝦蟹刻中的蛋白質物質，倒入被鹽酸浸泡后的粉末中，在常溫常壓下浸泡12小時，每12小時換一次氫氧化鈉溶液，要重復4次；（3）使用95%濃度的無水乙醇進行脫色處理，每12小時換一次乙醇溶液，重復4次；（4）使用10%醋酸滴定甲殼素溶液，使其pH值為3~4，靜置24小時后，過濾水洗至中性；（5）化學處理完全后，將溶液放入6℃的冰箱中冷藏。