CN107604668A - 基于蚕丝蛋白的结构色纤维的制备方法及结构色面料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于蚕丝蛋白的结构色纤维的制备方法：将胶体微球分散于水中，制备胶体乳液，胶体微球为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化钛微球；将蚕丝蛋白与纤维素溶于碱的水溶液，采用湿法静电纺丝工艺进行纺丝，得到蚕丝蛋白纤维；将蚕丝蛋白纤维浸泡在胶体乳液中，且在其中沿圆周方向运动；水分挥发后得到基于蚕丝蛋白的结构色纤维。本发明还提供了一种基于蚕丝蛋白的结构色面料，包括：基布层及变色层，基布层由经纱和纬纱交织而成，每条纬纱以倾斜的方式连接于相邻的两条经纱之间，经纱和纬纱至少其中的一种为包缠纱线，包缠纱线由蚕丝和麻类纤维组成，麻类纤维为芯纱，蚕丝包覆在麻类纤维表面，变色层由基于蚕丝蛋白的结构色纤维制成。

Description

基于蚕丝蛋白的结构色纤维的制备方法及结构色面料

技术领域

本发明涉及纤维制备技术领域，尤其涉及一种基于蚕丝蛋白的结构色纤维的制备方法及结构色面料。

背景技术

结构色是一种物理现象，颜色的显现是通过反射体的微结构与光相互作用，只反射一定波长的光并透射其他波长光来产生。反射体的微结构通常是三维周期性的异质阵列结构，其周期的尺度与所响应的光波长相同量级，具有这种结构的物体称为光子晶体。自然界中天然蛋白石，鸟类羽毛和昆虫甲虫翅膀等都具有光子晶体结构，因此也能显现五彩斑斓的颜色。结构色的产生避免了化学染料和色素的参与，只要保持周期性有序阵列结构就能产生明亮的颜色；由于相干衍射产生的结构色相比于色素颜色具有色彩明亮鲜艳的优势；只要微结构不被破坏，结构色永不褪色。因此通过制备具有光子晶体结构的纤维并产生结构色是一种可能的绿色无污染的纤维显色技术。

蚕丝蛋白本身具有良好的机械性能和理化性质，如良好的柔韧性和抗拉伸强度、透气透湿性、缓释性等，而且经过不同处理可以得到不同的形态，如纤维、溶液、粉、膜以及凝胶等。目前并未出现带有结构色的蚕丝蛋白纤维，绿色环保逐渐成为了纺织面料发展的方向，开发具有绿色环保和具有鲜艳颜色且难以褪色的面料势在必行。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于蚕丝蛋白的结构色纤维的制备方法及结构色面料，本发明的方法工艺简单，可快速并大量的实现结构色纤维的制备，本发明的结构色面料绿色无污染、低能耗、永不褪色。

本发明的一种基于蚕丝蛋白的结构色纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将胶体微球分散于水中，制备质量分数为6-15％的胶体乳液，胶体微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球和二氧化钛微球；

(2)将蚕丝蛋白与纤维素溶于碱的水溶液，得到混合溶液，采用湿法静电纺丝工艺将混合溶液进行纺丝，得到蚕丝蛋白纤维；

(3)将蚕丝蛋白纤维浸泡在胶体乳液中，且在其中沿圆周方向运动，以在蚕丝蛋白纤维的表面均匀附着胶体乳液层，蚕丝蛋白纤维在胶体乳液的运动速度为10-50mm/min；

(4)将步骤(3)处理过的蚕丝蛋白纤维表面的水分挥发，使胶体乳液层中的颗粒微球组装于纤维表面，得到基于蚕丝蛋白的结构色纤维。

进一步地，在步骤(2)中，纤维素为羧甲基纤维素、微晶纤维素、甲基纤维素和木质纤维素中的一种或几种。

进一步地，在步骤(2)中，蚕丝蛋白与纤维素的总质量占混合溶液总质量的5-10％。

进一步地，在步骤(2)中，蚕丝蛋白与纤维素的质量比为5-10:1。

进一步地，在步骤(2)中，碱为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或几种。

进一步地，在步骤(2)中，蚕丝蛋白纤维的直径为20-80μm。

本发明还提供了一种基于蚕丝蛋白的结构色面料，包括：基布层以及位于基布层上方的变色层，基布层由经纱和纬纱相互交织而成，每条纬纱均以倾斜的方式连接于相邻的两条经纱之间，经纱和纬纱至少其中的一种为包缠纱线，包缠纱线由蚕丝和麻类纤维组成，麻类纤维为芯纱，蚕丝包覆在麻类纤维表面，变色层由上述基于蚕丝蛋白的结构色纤维制成。

进一步地，麻类纤维为亚麻、苎麻、黄麻和罗布麻中的一种或几种。

进一步地，蚕丝为桑蚕丝、柞蚕丝或绢丝。

进一步地，基布层的经密为270-290，纬密为300-320。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明通过液体的挥发在纤维表面实现胶体微球的自组装，得到结构色光子晶体纤维。

蚕丝蛋白本身具有良好的机械性能和理化性质，如良好的柔韧性和抗拉伸强度、透气透湿性、缓释性，纤维素的使用进一步增强了静电纺丝后纤维的机械强度。将蚕丝蛋白纤维浸泡在胶体乳液中沿圆周方向运动，能够使得胶体乳液中的胶体微球沿同一方向紧密排列，且运动速度的控制能够调节其排列密度，从而使得最终制备的纤维具有不同的结构色。本发明可以快速并大量的实现结构色纤维的制备，并在一定程度上实现不同光学效果的可控性，有助于发展一种绿色无污染、低能耗、永不褪色的纤维显色技术。

本发明的基于蚕丝蛋白的结构色面料，其中的麻类纤维，使面料具有良好的透湿性和抗菌性能，柔滑的蚕丝分布在麻类纤维的表面，使其具有亮丽的光泽；且选用丝麻包缠纱制成，一方面可以加大面料中麻类纤维的含量，使抗菌性能更加优异，另一方面还可以降低蚕丝的用量，在保证手感柔滑的前提下，降低产品的成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球和二氧化钛微球分散于水中，制备质量分数为6％的胶体乳液，三者的质量比为2:2:1。

将一定量的蚕茧剪成大约1cm²的碎片，加入到煮沸的1wt％的NaOH水溶液中，沸煮30min后，用去离子水冲洗脱胶丝至丝胶脱尽。脱胶完全后，将丝素放在40℃的烘箱中烘干。称取一定脱胶丝，按浴比1:10加入并完全浸润在盛有5M的LiBr溶液的容器中，然后将容器在60℃中恒温一个小时。然后将溶液放入用截留分子量为7000的透析袋中透析三天，得到蚕丝蛋白水溶液。向蚕丝蛋白水溶液中加入羧甲基纤维素，搅拌均匀后得到混合溶液。其中，蚕丝蛋白与羧甲基纤维素的总质量占混合溶液总质量的5％，蚕丝蛋白与羧甲基纤维素的质量比为5:1。采用湿法静电纺丝工艺将混合溶液进行纺丝，以制备直径为20μm的蚕丝蛋白纤维。

将蚕丝蛋白纤维浸泡在胶体乳液中，且在其中沿圆周方向运动，以在蚕丝蛋白纤维的表面均匀附着胶体乳液层，蚕丝蛋白纤维在胶体乳液的运动速度为10mm/min，浸泡时间为15min。取出浸泡过的蚕丝蛋白纤维，将其表面的水分挥发，使胶体乳液层中的颗粒微球组装于纤维表面，得到基于蚕丝蛋白的结构色纤维。

实施例2

将聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球和二氧化钛微球分散于水中，制备质量分数为10％的胶体乳液，三者的质量比为2:1:1。

将一定量的蚕茧剪成大约1cm²的碎片，加入到煮沸的1wt％的NaOH水溶液中，沸煮30min后，用去离子水冲洗脱胶丝至丝胶脱尽。脱胶完全后，将丝素放在40℃的烘箱中烘干。称取一定脱胶丝，按浴比1:10加入并完全浸润在盛有5M的LiBr溶液的容器中，然后将容器在60℃中恒温一个小时。然后将溶液放入用截留分子量为7000的透析袋中透析三天，得到蚕丝蛋白水溶液。向蚕丝蛋白水溶液中加入纤维素，具体的，纤维素为微晶纤维素和甲基纤维素，搅拌均匀后得到混合溶液。其中，蚕丝蛋白与纤维素的总质量占混合溶液总质量的10％，蚕丝蛋白与纤维素的质量比为10:1。采用湿法静电纺丝工艺将混合溶液进行纺丝，以制备直径为80μm的蚕丝蛋白纤维。

将蚕丝蛋白纤维浸泡在胶体乳液中，且在其中沿圆周方向运动，以在蚕丝蛋白纤维的表面均匀附着胶体乳液层，蚕丝蛋白纤维在胶体乳液的运动速度为50mm/min，浸泡时间为10min。取出浸泡过的蚕丝蛋白纤维，将其表面的水分挥发，使胶体乳液层中的颗粒微球组装于纤维表面，得到基于蚕丝蛋白的结构色纤维。

实施例3

将聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球和二氧化钛微球分散于水中，制备质量分数为15％的胶体乳液，三者的质量比为2:1:1。

将一定量的蚕茧剪成大约1cm²的碎片，加入到煮沸的1wt％的NaOH水溶液中，沸煮30min后，用去离子水冲洗脱胶丝至丝胶脱尽。脱胶完全后，将丝素放在40℃的烘箱中烘干。称取一定脱胶丝，按浴比1:10加入并完全浸润在盛有5M的LiBr溶液的容器中，然后将容器在60℃中恒温一个小时。然后将溶液放入用截留分子量为7000的透析袋中透析三天，得到蚕丝蛋白水溶液。向蚕丝蛋白水溶液中加入木质纤维素，搅拌均匀后得到混合溶液。其中，蚕丝蛋白与木质纤维素的总质量占混合溶液总质量的7％，蚕丝蛋白与木质纤维素的质量比为8:1。采用湿法静电纺丝工艺将混合溶液进行纺丝，以制备直径为50μm的蚕丝蛋白纤维。

将蚕丝蛋白纤维浸泡在胶体乳液中，且在其中沿圆周方向运动，以在蚕丝蛋白纤维的表面均匀附着胶体乳液层，蚕丝蛋白纤维在胶体乳液的运动速度为30mm/min，浸泡时间为20min。取出浸泡过的蚕丝蛋白纤维，将其表面的水分挥发，使胶体乳液层中的颗粒微球组装于纤维表面，得到基于蚕丝蛋白的结构色纤维。

实施例4

一种基于蚕丝蛋白的结构色面料，包括：基布层以及位于基布层上方的变色层。基布层由经纱和纬纱相互交织而成，经密为270-290，纬密为300-320。每条纬纱均以倾斜的方式连接于相邻的两条经纱之间，经纱和纬纱均为包缠纱线，包缠纱线由桑蚕丝和麻类纤维组成，麻类纤维为芯纱，桑蚕丝包覆在麻类纤维表面，其中，麻类纤维由亚麻和苎麻纺织而成，变色层由上述实施例1-3中的任意一种基于蚕丝蛋白的结构色纤维制成。

实施例5

一种基于蚕丝蛋白的结构色面料，包括：基布层以及位于基布层上方的变色层。基布层由经纱和纬纱相互交织而成，经密为270-290，纬密为300-320。每条纬纱均以倾斜的方式连接于相邻的两条经纱之间，经纱和纬纱均为包缠纱线，包缠纱线由柞蚕丝和麻类纤维组成，麻类纤维为芯纱，柞蚕丝包覆在麻类纤维表面，其中，麻类纤维由黄麻和罗布麻纺织而成，变色层由上述实施例1-3中的任意一种基于蚕丝蛋白的结构色纤维制成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于蚕丝蛋白的结构色纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将胶体微球分散于水中，制备质量分数为6-15％的胶体乳液，所述胶体微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球和二氧化钛微球；

(2)将蚕丝蛋白与纤维素溶于碱的水溶液，得到混合溶液，采用湿法静电纺丝工艺将所述混合溶液进行纺丝，得到蚕丝蛋白纤维；

(3)将所述蚕丝蛋白纤维浸泡在所述胶体乳液中，且在其中沿圆周方向运动，以在所述蚕丝蛋白纤维的表面均匀附着胶体乳液层，所述蚕丝蛋白纤维在所述胶体乳液的运动速度为10-50mm/min；

(4)将步骤(3)处理过的蚕丝蛋白纤维表面的水分挥发，使胶体乳液层中的颗粒微球组装于纤维表面，得到所述基于蚕丝蛋白的结构色纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述纤维素为羧甲基纤维素、微晶纤维素、甲基纤维素和木质纤维素中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述蚕丝蛋白与纤维素的总质量占混合溶液总质量的5-10％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述蚕丝蛋白与纤维素的质量比为5-10:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述蚕丝蛋白纤维的直径为20-80μm。

7.一种基于蚕丝蛋白的结构色面料，其特征在于，包括：基布层以及位于所述基布层上方的变色层，所述基布层由经纱和纬纱相互交织而成，每条纬纱均以倾斜的方式连接于相邻的两条经纱之间，所述经纱和纬纱至少其中的一种为包缠纱线，所述包缠纱线由蚕丝和麻类纤维组成，所述麻类纤维为芯纱，所述蚕丝包覆在所述麻类纤维表面，所述变色层由权利要求1-6中任一项所述的基于蚕丝蛋白的结构色纤维制成。

8.根据权利要求7所述的基于蚕丝蛋白的结构色面料，其特征在于：所述麻类纤维为亚麻、苎麻、黄麻和罗布麻中的一种或几种。

9.根据权利要求7所述的基于蚕丝蛋白的结构色面料，其特征在于：所述蚕丝为桑蚕丝、柞蚕丝或绢丝。

10.根据权利要求7所述的基于蚕丝蛋白的结构色面料，其特征在于：所述基布层的经密为270-290，纬密为300-320。