[發明專利]一種強韌化改性的單絲納米蠶絲纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201610102041.0
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105696098B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 魏天堂
• 申請（專利權）人: 蘇州三和開泰花線織造有限公司
• 主分類號: D01F4/00
• 分類號: D01F4/00;D01F1/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 連平

本發明提供一種強韌化改性的單絲納米蠶絲纖維及其制備方法，按百分比計，包括0.3?0.4％的氧化石墨烯、0.8?1.2％的納米二氧化鈦顆粒、80?85％的蠶絲蛋白、余量為其他物質。具體制備方法為：將二氧化鈦溶膠加入蠶絲蛋白溶液中，充分攪拌后再加入氧化石墨烯溶液，再加入增稠劑，得到紡絲液；將紡絲液至于靜電紡絲的注射器中，接收器為旋轉的棒狀物，調節電壓、距離和接收器的轉速，得到初生的納米單絲蠶絲纖維；將初生的納米單絲蠶絲纖維浸于乙醇水溶液中預結晶，再經熱處理得到單絲納米蠶絲纖維。本發明制備方法簡單，通過靜電紡絲技術和旋轉棒狀接收裝置，可得到單絲的納米蠶絲纖維，而且通過在蠶絲蛋白中添加納米顆粒和氧化石墨烯得到強韌化改性的納米蠶絲纖維。

技術領域：

本發明屬于紡織材料技術領域，具體涉及一種強韌化改性的單絲納米蠶絲纖維及其制備方法。

背景技術：

納米纖維是指直徑小于100nm的纖維，亞納米纖維是指直徑不大于800nm的纖維，這兩種纖維的電、熱和機械性能與一般的纖維相比有很大不同，可運用于高性能濾布、醫療防護用品和軍用裝備等。常規的直接紡絲法不能生產亞納米或者納米級纖維，一般采用靜電紡絲法將兩種互不相溶混的聚合物進行共混紡絲，但是其產品僅限于生產短纖維非織造布，其機械強度及拉伸彈性不理想，多用于非織造產品，對于單絲的納米纖維或者亞納米纖維的制備技術仍需要進一步研究。

蠶絲是最常見的天然動物絲蛋白纖維，屬于皮芯結構纖維，主要成分為蛋白質，還含有少量的金屬元素、水分和雜質。蠶絲主要包括絲素和絲膠，絲素蛋白質中包含18種氨基酸，其中側基較為簡單的甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸越占總組成的85％，三者的摩爾比為4：3：1。絲素蛋白主要由三個亞單元組成：H鏈(即重鏈，約5112個氨基酸殘基，分子量350kDa)；L鏈(即輕鏈，約244個氨基酸殘基，分子量25.8kDa)；糖蛋白P25(203個氨基酸殘基，分子量23.55KDa，附加3個寡糖鏈)，分子比H：L：P25為6：6：1。

有研究表明蠶絲纖維中的微量無機金屬元素(如鈣、鋅、銅等)對蠶絲纖維成型及纖維力學性能具有重要影響，無論是通過干法還是濕法紡制的初生纖維其力學性能遠遠落后于天然蠶絲纖維，而只有通過纖維改性才能使人工紡纖維接近或達到天然動物絲。然而絲素蛋白由于其結構遠比合成高聚物復雜，其熔點高于分解溫度，并且高溫處理會使其蛋白結構變性。因此不能采用合纖的“回火熱處理方式。絲素蛋白的一個特點是某些有機溶劑能使其構象發生轉變，誘導其內部的無規或α-螺旋結構向β-折疊結構轉變，以此提高其結晶度。因此人們采用溶劑誘導結晶結合拉伸的方式對蠶絲纖維的初生纖維進行后處理，以提高其力學性能。

中國專利CN 102864517A(公開日2013.1.9)公開的高強耐磨型納米改性聚酰胺單絲及其生產方法，聚合物為聚酰胺，聚酰胺中加有納米二氧化鈦、納米碳化硅或納米氧化鋁，經共混紡絲、冷卻、拉伸、熱定型步驟得到單絲直徑為0.08-5mm，單絲強度≥3cN/dtex，斷裂伸長率15-35％。中國專利CN 103741254B(公開日2014.4.23)公開的一種大直徑生物可降解聚乳酸單絲及生產方法，該聚乳酸單絲有聚乳酸和二氧化鈦、納米碳酸鈣、硬脂酸或己內酰胺組成，原料經聚合物干燥、原料混合、熔融擠出、冷卻、牽伸、熱定型步驟得到直徑為0.05-2mm的單絲，單絲強度≥3.5cN/dtex，斷裂伸長率15-40％。但是，基于強韌化的單絲納米蠶絲纖維的研究仍十分少見。

發明內容：

本發明要解決的技術問題是提供一種強韌化改性的單絲納米蠶絲纖維及其制備方法，將蠶絲蛋白、納米二氧化鈦顆粒、氧化石墨烯和增稠劑作為原料制備紡絲液，經靜電紡絲和旋轉棒狀接收裝置得到初生的單絲納米蠶絲纖維，再經預結晶和熱處理得到強韌化改性的單絲納米蠶絲纖維。該制備方法簡單，既可得到單絲的納米蠶絲纖維，而且得到的納米蠶絲纖維與傳統制備的納米蠶絲纖維的力學性能明顯提高。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：