CN103541041A

CN103541041A - 一种天然高分子短纤维的制备方法

Info

Publication number: CN103541041A
Application number: CN201310306114.4A
Authority: CN
Inventors: 陆玲玲; 姚琛; 卢琳
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: CN103541041B

Abstract

本发明公开了一种天然高分子短纤维的制备方法，包括如下步骤：（1）配制一定浓度的天然高分子溶液，往天然高分子溶液中加入所需量的盐类化合物，得到含盐天然高分子溶液，往含盐天然高分子溶液中加入所需量的表面活性剂；（2）对步骤（1）得到的溶液进行搅拌，逐滴加入油相溶剂，制得初乳；（3）将步骤（2）得到的初乳通过非溶剂致相分离法在非溶剂浴中析出，真空冷冻干燥后即得天然高分子短纤维。天然高分子短纤维作为天然增强、改性材料，在生物医药、食品加工以及包装等领域有着广泛的应用前景。

Description

一种天然高分子短纤维的制备方法

技术领域

本发明是一种天然高分子短纤维的制备方法，涉及一种可用于生物医药、食品加工以及包装等方面的材料制备方法，属于生物医用材料领域。

背景技术

用于聚合物增强的短纤维主要包括合成纤维、天然纤维和无机纤维。如将通用级沥青碳纤维切成直径为15μm，强度为800GPa，模量41GPa的碳纤维，与酚醛系碳纤维（直径14μm，强度200MPa）以8:2的比例混合，制得稳定均整的纱条。编织成各种形状的织物或短切成纤维可用于复合材料如水泥、铝合金的增强体。林童等提供了一种功能纳米短纤维的制备方法，主要利用静电纺丝技术，在高压电场下将聚合物溶液迅速拉伸成并转化成固体超细纤维，生成直径在50-1000纳米的纳米纤维，这些纤维被直接收集在水中，并且使用循环水真空泵加速收集，利用真空形成时高速水流所产生的剪切效应，将收集的纳米长纤维迅速剪切成长度为几个毫米的纳米短纤维（CN200410084223.7）。赵彬等提供了一种水溶性聚乙烯醇短纤维的制备方法，包括纺丝原液的制备、纺丝、热处理、纺丝后处理，该水溶性纤维特别适用于纺织、无纺布行业，生产刺绣基布，水溶性试纸，辅助生产高档毛织物，是90℃水溶纤维的换代产品（CN200910191061.X）。王秀华等提供了一种连续聚合直纺高收缩聚酯短纤维的制备方法，包括连续缩聚改性共聚酯熔体的制备工艺和直纺高收缩聚酯短纤维的制备工艺；且在连续缩聚改性共聚酯熔体的制备工艺中采用精对苯二甲酸、间苯二甲酸、乙二醇单体为原料，制得改性共聚酯熔体，然后经计量、挤出、吹风冷却、上油集束，牵伸、热定型、卷曲、切断工艺制得高收缩涤纶短纤维（CN201010124499.9）。钱军等发明了一种聚酯短纤维的制备方法，尤其涉及一种阻燃再生涤纶短纤维的制备方法，其操作性强，工艺合理，生产效率高，可实现规模化大生产（CN201210399779.X）。CN200610048101.1涉及一种利用胡麻全秆制备粘胶短纤维的方法，它包括有制备胡麻全杆粘胶浆粕和利用该浆粕制备粘胶短纤维两大步，可用于做纺织原料等，也可用于制造币纸。

天然高分子短纤维具有密度小、无毒无害、高的强度和模量、易于表面处理等特点，原料来源丰富。近年来，随着全球能源和环境间题日益突出，采用自然界丰富的天然高分子制备短纤维可以作为增强体分散在聚合物基质中，复合制成共混体补强性复合材料，将聚合物、短纤维的柔性和刚性很好结合，赋予材料高模量、高撕裂强度以及各向异性等。更重要的是，天然高分子蛋白质、多糖常常具有较好的生物相容性和生物可降解性，在对聚合物改性方面具有其它材料不可比拟的优越性，在生物医药、食品加工以及包装等领域有着广泛的应用前景。天然高分子中很多蛋白，如弹性蛋白和胶原蛋白，是细胞外基质的主要成分，是组织支架的重要调节蛋白，影响细胞的粘附、生长、繁殖。大豆蛋白、玉米蛋白等则来源广泛、价廉易得，其固体或水相分散形式的短纤维均可在食品加工以及包装领域得到广泛应用，是近年来倍受关注的一类天然高分子生物材料。甲壳素及其衍生物是一种天然高分子线形多糖，具有抗菌、消炎、止血、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复、愈合的功效，其短纤维复合敷料或药剂在生物医学领域备受关注。然而，目前仍缺乏通用、有效地制备天然高分子短纤维的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通用、有效地制备天然高分子短纤维的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种天然高分子短纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制一定浓度的天然高分子溶液，往天然高分子溶液中加入所需量的盐类化合物，得到含盐天然高分子溶液，往含盐天然高分子溶液中加入所需量的表面活性剂；

（2）对步骤（1）得到的溶液进行搅拌，逐滴加入油相溶剂，制得初乳；

（3）将步骤（2）得到的初乳通过非溶剂致相分离法在非溶剂浴中析出，真空冷冻干燥后即得天然高分子短纤维。

其中，步骤（1）中，所述天然高分子为甲壳素、甲壳素衍生物、明胶、胶原蛋白、丝素蛋白、玉米蛋白、大豆蛋白或藻酸盐中的一种或任意两种或任意两种以上的混合物。

其中，步骤（1）中，所述盐类化合物为钠盐、钾盐或磷酸盐中的一种。

其中，步骤（1）中，所述表面活性剂为磷脂、脂肪酸单甘油酯、脂肪酸蔗糖酯、脂肪酸山梨糖醇酐酯或脂肪酸丙二醇酯中的一种。

其中，步骤（1）中，所述天然高分子溶液的质量百分浓度为0.2-10%。

其中，步骤（1）中，对于每1ml天然高分子溶液，盐类化合物的加入量为0.5-50mg。

其中，步骤（1）中，对于每1ml天然高分子溶液，表面活性剂的加入量为0.0001-0.05ml。

其中，步骤（2）中，所述油相溶剂为低碳烷烃，所述油相溶剂的加入量为1～10ml。

其中，步骤（3）中，所得的天然高分子短纤维的直径为0.2-5微米，长度为10-500微米。

本发明在天然高分子溶液中加入无机盐，无机盐与天然高分子聚电解质溶液相互作用，因同种电荷相互排斥而延长了高分子链靠拢的时间，并对高分子链的聚集尺寸起到稳定及均一化的作用，另外，无机盐具有强的亲水效应，能够使得到的初乳溶剂与非溶剂交换速率加快，有利于高分子链聚集尺寸的固定即短纤维的形成。

有益效果：相比于现有技术，本发明在天然高分子溶液中加入无机盐，有效的延长了高分子链靠拢的时间，并对高分子链的聚集尺寸起到稳定及均一化的作用，本发明的方法操作简单，非溶剂多采用醇、水等无毒无害溶剂，符合环保要求，制得的纤维直径和长度均匀，且具有良好的生物相容性和生物降解性，本发明方法适于产业化生产，是一种通用且有效制备天然高分子短纤维的方法。

附图说明

图1为本发明方法制备得到的壳聚糖短纤维的扫描电镜照片。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

称取0.05g羧甲基壳聚糖溶于5ml蒸馏水中，得到羧甲基壳聚糖溶液，往羧甲基壳聚糖溶液中加入0.05g氯化钠，充分搅拌溶解后往溶液中加入100μlSpan20，快速搅拌30min后，再往溶液中逐滴加入1ml正己烷，继续搅拌2h，搅拌后的溶液以乙醇析出，真空干燥后得到羧甲基壳聚糖短纤维。

实施例2

称取0.2g明胶溶于20ml蒸馏水中，得到明胶溶液，往明胶溶液中加入0.05g氯化钾，充分搅拌溶解后往溶液中加入1ml蔗糖硬脂酸酯（1％的水溶液），快速搅拌1h后，再往溶液中逐滴加入3ml正己烷，继续搅拌2h，搅拌后的溶液以乙醇析出，真空干燥后得到明胶短纤维。

实施例3

取桑蚕茧用0.1%Na₂CO₃溶液以1：50的浴比（80g桑蚕茧、4gNa₂CO₃、4000mL去离子水）在100°C下煮沸30分钟，重复三次，在通风处晾干得脱除丝胶的丝素蛋白，以10%CaCl₂的乙醇/水（v/v，8/2）溶液为溶剂溶解丝素蛋白，所得丝素-氯化钙溶液，将丝素-氯化钙溶液以去离子水透析48小时，每6小时更换一次去离子水，经旋转蒸发制得质量浓度约8%的丝素蛋白水溶液。

在100ml丝素蛋白水溶液中加入0.1g氯化钠，充分搅拌溶解后往溶液中加入5ml磷脂酰胆碱（1％的水溶液），快速搅拌1h后，再往溶液中缓慢滴加10ml正己烷，继续搅拌4h，搅拌后的溶液以异丙醇析出，真空冷冻干燥后得到丝素蛋白短纤维。

实施例4

称取0.5g明胶溶于20ml蒸馏水中，2g玉米蛋白溶于20ml90%乙醇-水溶液中，将两种溶液混合并往混合溶液中加入0.2g磷酸氢二钠，充分搅拌溶解后再往混合溶液中加入100μl Tween20，高速搅拌1h后，缓慢滴加10ml正己烷，继续搅拌2h，搅拌后的溶液以无水乙醇析出，真空干燥后得到明胶/玉米蛋白复合短纤维。

本发明的天然高分子短纤维制备方法，非溶剂的选择除了实施例1～4所列的物质，其余的无毒溶剂均适用于本发明的方法。

本发明的天然高分子短纤维制备方法，表面活性剂的选择除了实施例1～4所列的物质，其余无毒可食用的表面活性剂均适用于本发明的方法。

本发明的天然高分子短纤维制备方法，油相溶剂的选择除了实施例1～4所列的正己烷，其余的低碳烷烃都可以作为油相溶剂实现本发明天然高分子短纤维的制备。

Claims

1.一种天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述天然高分子为甲壳素、甲壳素衍生物、明胶、胶原蛋白、丝素蛋白、玉米蛋白、大豆蛋白或藻酸盐中的一种或任意两种或任意两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述盐类化合物为钠盐、钾盐或磷酸盐中的一种。

4.根据权利要求1所述的天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述表面活性剂为磷脂、脂肪酸单甘油酯、脂肪酸蔗糖酯、脂肪酸山梨糖醇酐酯或脂肪酸丙二醇酯中的一种。

5.根据权利要求1所述的天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述天然高分子溶液的质量百分浓度为0.2-10%。

6.根据权利要求1所述的天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，对于每1ml天然高分子溶液，盐类化合物的加入量为0.5-50mg。

7.根据权利要求1所述的天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，对于每1ml天然高分子溶液，表面活性剂的加入量为0.0001-0.05ml。

8.根据权利要求1所述的天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述油相溶剂为低碳烷烃，所述油相溶剂的加入量为1～10ml。

9.根据权利要求1所述的天然高分子短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所得的天然高分子短纤维的直径为0.2-5微米，长度为10-500微米。