CN107829162A - 人造蜘蛛丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人造蜘蛛丝的制备方法，步骤如下：(1)获取蜘蛛丝蛋白液、纺丝材料及纺丝溶剂；(2)将所述纺丝材料称重放置于容器中并加入所述纺丝溶剂，将所述容器放置于搅拌器中并搅拌直至获得澄清溶液，再加入所述蜘蛛丝蛋白液，搅拌并进行超声波振荡，获得分散均匀的纺丝溶液；(3)将分散均匀的纺丝溶液放置于纺丝装置中并进行纺丝，获得所述人造蜘蛛丝。本发明制备方法简单，蜘蛛丝蛋白液原料来源广泛，可通过多种纺丝技术制备人造蜘蛛丝，制备的人造蜘蛛丝强度较高，且具有较强的疏水性。本发明可行性强，制备的纤维可用于服装、医疗、建筑等多种行业，且成本低廉，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种人造蜘蛛丝及其制备方法，属于纳米材料领域。
背景技术
蜘蛛丝的理化性质与蚕丝相比，具有非常明显的优势，在力学强度方面，蜘蛛丝纤维与强度最高的碳纤维及高强合纤Aramid、Kelve，等强度相接近，但它的韧性明显优于上述几种纤维。因此，蜘蛛丝纤维在国防、军事(防弹衣)、建筑等领域具有广阔应用前景。天然蜘蛛丝主要来源于结网，产量非常低，而且蜘蛛具有同类相食的个性，无法像家蚕一样高密度养殖。所以要从天然蜘蛛中取得蛛丝产量很有限。随着现代生物工程发展，用基因工程手段人工合成蜘蛛丝蛋白是一种新突破，但是成本较高。
静电纺丝技术是通过高压静电力作为牵引力克服溶液或熔体表面张力和内部的粘滞力来制备纳米纤维的技术。气泡静电纺技术是受蜘蛛纺丝原理的灵感而启发创造出来的，应用气泡动力学原理，在气泡纺过程中加载高压电场，溶液中的电荷受到电场诱导，瞬间分布在气泡表面，当电场强度达到阈值时，气泡受到的电场力足以克服气泡表面张力，气泡被拉伸破裂，带电射流瞬间从气泡顶端喷射而出。气流气泡纺根据气泡表面张力仅仅依赖于其半径和内外压差，因此借助借助高温高速气流克服气泡的表面张力，当外加热气流作用于气泡时，气泡会破裂形成多级子气泡和多股射流，子气泡与射流飞出时，由于受到气流牵伸力、表面张力和内外压差作用而变的不稳定，子气泡破裂，再次分裂成无数根射流，又受到气流进一步拉伸细化，期间溶剂快速挥发，最终固化后形成纳米纤维或者超细纤维沉积在接收板上。针对以上所述，本发明提供一种人造蜘蛛丝制备方法，通过多种纺丝技术还原这一稀缺材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人造蜘蛛丝及其制备方法，该制备方法可行性强、成本低廉且操作简单方便，制备的人造蜘蛛丝强度较高，且具有较强的疏水性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种人造蜘蛛丝的制备方法，所述人造蜘蛛丝的制备方法的步骤如下：
S1：获取蜘蛛丝蛋白液、纺丝材料及纺丝溶剂；
S2：将所述纺丝材料称重放置于容器中并加入所述纺丝溶剂，将所述容器放置于搅拌器中并搅拌直至获得澄清溶液，再加入所述蜘蛛丝蛋白液，搅拌并进行超声波振荡，获得分散均匀的纺丝溶液；
S3：将分散均匀的纺丝溶液放置于纺丝装置中并进行纺丝，获得所述人造蜘蛛丝。
进一步地，所述步骤S1中的蜘蛛丝蛋白液从蜘蛛中提取。
进一步地，所述步骤S3中，所述纺丝工艺包括静电纺丝、离心纺丝或气泡纺丝。
进一步地，所述气泡纺丝包括气流气泡纺丝或气泡静电纺丝。
进一步地，所述步骤S3中，在所述纺丝工艺过程中，环境温度为0至80℃。
进一步地，所述步骤S3中，在所述纺丝工艺过程中，环境湿度为0至90％。
进一步地，所述步骤S3中，在所述纺丝工艺过程中，纺丝电压为0至900kv。
本发明还提供了一种由上所述的人造蜘蛛丝的制备方法所制得的人造蜘蛛丝。
本发明的有益效果在于：本发明的人造蜘蛛丝的制备方法通过获取蜘蛛丝蛋白液并通过纺丝工艺将其制备成蜘蛛丝，工艺简单，操作方便。本发明中的蜘蛛丝蛋白液可以从各种蜘蛛中提取，蜘蛛丝蛋白液原料来源广泛，制备的人造蜘蛛丝强度较高，且具有较强的疏水性。
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并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明人造蜘蛛丝的制备方法的流程图。
图2为本发明实施例1水接触角示意图。
图3为本发明实施例2水接触角示意图。
图4为本发明实施例1和实施例2断裂强力对比示意图。
图5为本发明实施例3制得纤维的电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，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。
请参见图1，本发明的一较佳实施例的人造蜘蛛丝的制备方法的步骤如下：
S1：获取蜘蛛丝蛋白液、纺丝材料及纺丝溶剂；
S2：将所述纺丝材料称重放置于容器中并加入所述纺丝溶剂，将所述容器放置于搅拌器中并搅拌直至获得澄清溶液，再加入所述蜘蛛丝蛋白液，搅拌并进行超声波振荡，获得分散均匀的纺丝溶液；
S3：将分散均匀的纺丝溶液放置于纺丝装置中并进行纺丝，获得所述人造蜘蛛丝。
其中，所述步骤S2中将加入所述纺丝溶剂的纺丝材料放置于集热式磁力加热搅拌器中并进行水浴加热搅拌，所述水浴加热的温度范围为50～100℃；所述步骤S1中的蜘蛛丝蛋白液从蜘蛛中提取；所述步骤S3中，所述纺丝工艺包括静电纺丝、离心纺丝或气泡纺丝，所述气泡纺丝包括气流气泡纺丝或气泡静电纺丝。在所述纺丝工艺过程中，环境湿度为0至90％，纺丝电压为0至900kv。在本实施例中，所述纺丝材料为PVA，所述纺丝溶剂为去离子水。
称取PVA 5g置于烧杯中，加入45g去离子水，将烧杯密封放置于集热式磁力加热搅拌器中进行水浴加热搅拌，水浴温度为80℃。待PVA完全溶解形成均匀透明溶液后，配成浓度为10％的PVA溶液。随后向上述PVA溶液中加入0.25g蜘蛛丝蛋白提取液，将烧杯置于超声波清洗器中2h，然后将烧杯放置于六连不加热磁力搅拌器上进行搅拌(室温条件)直至形成均匀分散溶液。将制得的纺丝液倒入储液装置，进行静电纺丝，其中纺丝电压为20kv，温度为23.2℃，湿度为43％。纺丝结束后，取下接收板，制得人造蜘蛛丝纤维。请参见图2，图2为上述条件下制得的人造蜘蛛丝纤维水的接触角示意图。
与上述实施例不同的是，在实施例2中，制备纤维的时候并未加入蜘蛛丝蛋白液。称取PVA 5g置于烧杯中，加入45g去离子水，将烧杯密封放置于集热式磁力加热搅拌器中进行水浴加热搅拌，水浴温度为80℃。待PVA完全溶解形成均匀透明溶液后，配成浓度为10％的PVA溶液。将制得的纺丝液倒入储液装置，进行静电纺丝，其中纺丝电压为20kv，温度为23.2℃，湿度为43％。纺丝结束后，取下接收板，制得纯PVA纤维。请参见图3及图4，图3为上述条件下制得的纯PVA纤维水的接触角示意图，与实施例1相比，在相同条件下，制得的人造蜘蛛丝纤维比纯PVA纤维的接触角大很多；如图4所示，在相同条件下，人造蜘蛛丝纤维的断裂强力是纯PVA纤维断裂强力的2倍。
与实施例1不同的是，在实施例3中，称取PVA 4g置于烧杯中，加入46g去离子水，将烧杯密封放置于集热式磁力加热搅拌器中进行水浴加热搅拌，水浴温度为80℃。待PVA完全溶解形成均匀透明溶液后，配成浓度为8％的PVA溶液。随后向上述PVA溶液中加入0.05g蜘蛛丝蛋白提取液和0.005g十二烷基苯磺酸钠，将烧杯置于超声波清洗器中3h，然后将烧杯放置于六连不加热磁力搅拌器上进行搅拌(室温条件)直至形成均匀分散溶液。将制得的纺丝液倒入储液装置，进行气泡静电纺丝，其中纺丝电压为40kv，温度为25℃，湿度为30％。纺丝结束后，取下接收板，制得人造蜘蛛丝纤维。请参见图5，图5为上述条件下制得的人造蜘蛛丝纤维电镜图。
与实施例3不同的是，在实施例4中，称取PAN 5g置于烧杯中，加入45g N-N二甲基甲酰胺，将烧杯密封放置于六连不加热磁力搅拌器上进行搅拌。待PAN完全溶解形成均匀透明溶液后，配成浓度为10％的PAN溶液。随后向上述PAN溶液中加入0.05g蜘蛛丝蛋白提取液和0.005g十二烷基苯磺酸钠，将烧杯置于超声波清洗器中3h，然后将烧杯放置于六连不加热磁力搅拌器上进行搅拌(室温条件)直至形成均匀分散溶液。将制得的纺丝液倒入储液装置，进行气流气泡纺丝，温度为70℃，湿度为80％。纺丝结束后，取下接收板，制得人造蜘蛛丝纤维。
综上所述：本发明的人造蜘蛛丝的制备方法通过获取蜘蛛丝蛋白液并通过纺丝工艺将其制备成蜘蛛丝，工艺简单，操作方便。本发明中的蜘蛛丝蛋白液可以从各种蜘蛛中提取，蜘蛛丝蛋白液原料来源广泛，制备的人造蜘蛛丝强度较高，且具有较强的疏水性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种人造蜘蛛丝的制备方法，其特征在于，所述人造蜘蛛丝的制备方法的步骤如下：
S1：获取蜘蛛丝蛋白液、纺丝材料及纺丝溶剂；
S2：将所述纺丝材料称重放置于容器中并加入所述纺丝溶剂，将所述容器放置于搅拌器中并搅拌直至获得澄清溶液，再加入所述蜘蛛丝蛋白液，搅拌并进行超声波振荡，获得分散均匀的纺丝溶液；
S3：将分散均匀的纺丝溶液放置于纺丝装置中并进行纺丝，获得所述人造蜘蛛丝。
2.如权利要求1所述的人造蜘蛛丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的蜘蛛丝蛋白液从蜘蛛中提取。
3.如权利要求1所述的人造蜘蛛丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述纺丝工艺包括静电纺丝、离心纺丝或气泡纺丝。
4.如权利要求3所述的人造蜘蛛丝的制备方法，其特征在于，所述气泡纺丝包括气流气泡纺丝或气泡静电纺丝。
5.如权利要求1所述的人造蜘蛛丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，在所述纺丝工艺过程中，环境温度为0至80℃。
6.如权利要求1所述的人造蜘蛛丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，在所述纺丝工艺过程中，环境湿度为0至90％。
7.如权利要求1所述的人造蜘蛛丝的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，在所述纺丝工艺过程中，纺丝电压为0至900kv。
8.一种由权利要求1至7中任一项所述的人造蜘蛛丝的制备方法所制得的人造蜘蛛丝。
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