[发明专利]纳米复合纤维纺丝液的制备方法及纳米复合纤维

说明书

本发明提供了一种纳米复合纤维纺丝液的制备方法及纳米复合纤维，该方法将氯化钙粉末溶解于甲酸溶液中，并控制氯化钙与甲酸的质量比，然后将甲壳素原料加入到该氯化钙甲酸溶液中于一定温度下进行搅拌，再将蚕丝加入甲壳素、氯化钙、甲酸的混合液中，搅拌后，将甲壳素、蚕丝、氯化钙、甲酸的混合液静置，得到含有甲壳素与蚕丝的纺丝液，最后将纺丝液进行离心脱泡后，进行凝固浴和牵伸处理，得到甲壳素‑蚕丝纳米复合纤维。该方法以甲壳素作为基体材料，蚕丝纳米纤丝作为增强材料，通过湿法纺丝工艺进行制备，可得到高强度、高韧性、可生物降解、无细胞毒性、环境友好的纳米复合纤维。

技术领域

本发明属于纤维材料的技术领域，尤其涉及一种甲壳素-蚕丝纳米复合纤维纺丝液的制备方法以及采用该纺丝液制得的纳米复合纤维。

背景技术

甲壳素是一种十分重要的天然多糖，首次被发现于1884年。甲壳素是世界上存量仅次于纤维素的第二大聚合物。这种生物聚合物存在于各种各样的生物体，每年都会有数目十分可观的甲壳素相关的产品被生产出来。在自然界中，甲壳素常存在于真菌的细胞壁、节肢动物(如虾、蟹、昆虫)的外骨骼、软体动物的齿舌或喙突、鱼鳞。甲壳素溶解后可以制备甲壳素纤维、甲壳素膜、甲壳素水凝胶、甲壳素气凝胶、甲壳素微球等新材料，又因其具有良好的生物相容性、生物可降解性、无毒性，故而在组织工程、伤口愈合、药物缓释、基因载体等领域有良好的应用前景(Zhang J,Yan N.Formic acid-mediated liqu efaction ofchitin[J].Green Chemistry,2016,18(18):5050-5058.)。

蚕丝由丝素蛋白和丝胶蛋白构成，其中丝素蛋白约占蚕丝大的75～83％。丝素蛋白与人体组织生物相容性高，药物渗透强，以及良好的机械性能，因此被广泛应用于生物医学、医疗材料、日化产品、组织工程和药物输送系统。同时，可溶性再生丝素蛋白还具有乳化、起泡和凝胶等功能特性(陈佳弘,江虹锐,余炼,等.丝素蛋白在氯化钙-乙醇-水体系中的溶解行为及其结构的变化[J].现代食品科技,2017,33(9):37-45.)。

目前，有报道将甲壳素与蚕丝结合起来主要应用于混纺面膜(如申请号为CN201510583229.7的中国专利文献)，具体制备方法为含有营养液的甲壳素纤维蚕丝纤维混纺层由经纱线组和纬纱线组互相交织形成，该混纺过程所得产物强力较差，无法体现出良好的生物性能，且织造过程繁琐，这对于工业化应用十分不利。因此利用交织技术将两种纤维材料结合起来的效率有待提高。有报道将甲壳素与壳聚糖结合起来纺丝(如申请号为202010841120.X的中国专利文献)，具体制备方法为：将甲壳素纳米纤丝置于水中进行均化处理,得到甲壳素水悬浮液；将壳聚糖粉末添加到甲壳素水悬浮液中进行混匀,得到混合液；往混合液中添加乙酸水溶液进行混匀,得到纺丝原液；将纺丝原液进行过滤和脱气处理后,再置于沉淀剂中进行凝固浴和拉伸处理,得到所述甲壳素-壳聚糖纳米复合纤维。该纤维具有优异的力学性能，但受到高成本、高能耗、过程繁杂、对纺丝液不稳定等的约束，工业化生产发展缓慢。

现有技术中关于直接制备甲壳素-蚕丝纳米复合纤维的报道还是一片空白。相较于强碱性水溶液和浓酸溶剂，甲壳素和蚕丝在弱酸中更加稳定，不易发生甲壳素分子链和蚕丝分子链的降解。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明以甲壳素作为基体材料，蚕丝纳米纤丝作为增强材料，通过湿法纺丝工艺进行制备，可得到高强度、高韧性、可生物降解、无细胞毒性、环境友好的纳米复合纤维。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米复合纤维纺丝液的制备方法，至少包括以下步骤：

S1：将预定质量比的氯化钙粉末溶解于甲酸溶液中，并搅拌混合；

S2：将甲壳素原料加入到步骤S1制得氯化钙/甲酸溶液中，并在预定温度下进行搅拌0-60min；