CN113584634A - 一种环保型假发材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及假发材料领域，具体为一种环保型假发材料及其制备方法，由以下成分组成：聚乳酸、改性胶原蛋白、复合纤维素、壳聚糖接枝HPMCP、交联剂、氢氧化钠、尿素、乙二醇二缩水甘油醚、水，本发明所制备的假发材料力学性能良好，断裂强度≥16.09cN·dtex‑1，断裂伸长率≥65.28％，且经过100℃水浸泡后，其相关力学性能并没有太过明显的下降，说明本发明假发材料可用热水进行消毒清洗，使用起来更方便。
Description
技术领域
本发明涉及假发材料领域，具体涉及一种环保型假发材料及其制备方法。
背景技术
假发为通过人造技术制造而成的头发，用作为装饰的饰品供秃头或头发稀少的人佩戴，或作为戏装或专业人员装束或时髦装饰的一部分。
目前假发多为聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺等高分子材料制成，虽然成本较低，但是佩戴舒适性差，且发丝脱落或丢弃后不易降解，容易造成污染，虽然也有使用聚乳酸作为假发材料的相关报道如中国专利CN102926024A，其提供了一种可降解假发聚乳酸纤维及其生产工艺，由重量份为100份的聚乳酸，加入重量份为1.5-4份的炭黑母粒、重量份为0.1-2.5份的二氧化钛、重量份为0.1-3份的滑石粉、重量份为0.5-2份的聚酯蜡中的至少3种搅拌均匀，经配料、挤丝、冷却、上油、拉伸、打辊、定型打包一系列的工艺制得，制得的假发纤维具有良好的柔软性和优良的排湿透气性，而且由于聚乳酸本身具有可降解性制得的假发纤维使用后能被自然界中的微生物完全降解，但是所制得的假发力学性能难以满足要求，发丝易断裂，这也阻碍了聚乳酸作为假发原料的使用。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种环保型假发材料及其制备方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种环保型假发材料，由以下成分组成：
聚乳酸、改性胶原蛋白、复合纤维素、壳聚糖接枝HPMCP、交联剂、氢氧化钠、尿素、乙二醇二缩水甘油醚、水。
进一步地，所述环保型假发材料，由以下重量份数的成分组成：
聚乳酸30-40份、改性胶原蛋白10-15份、复合纤维素30-40份、壳聚糖接枝HPMCP5-10份、交联剂0.1-1份、氢氧化钠3-5份、尿素3-5份、乙二醇二缩水甘油醚1-2份、水300-400份。
进一步地，所述复合纤维素由氧化纤维素、纤维素、纤维素纳米微晶按重量比1-3：5-10：1组成。
进一步地，所述改性胶原蛋白为植物单宁改性胶原蛋白。
更进一步地，所述植物单宁改性胶原蛋白的制备方法如下：
将胶原蛋白加入到磷酸缓冲溶液中，升温至70-75℃搅拌30-50min，再降温至40-50℃加入植物单宁，继续反应5-10h后，将反应液转移至透析袋中透析20-25h，透析液为水，透析后的溶液离心，所得固体低温冷冻干燥即可。
更进一步地，所述胶原蛋白和植物单宁的重量比为3-5：1。
进一步地，所述壳聚糖接枝HPMCP的制备方法如下：
S1：将HPMCP用乙醇充分溶胀后，得到溶液A；
S2：惰性气体保护下，将MES缓冲溶液降温至0℃以下，先将溶液A滴加入其中，再将EDC和NHS加入，在此温度下反应2-5h后，再将壳聚糖/乙酸溶液滴加进反应体系中，恢复室温反应20-25h，加入甲醇并搅拌均匀，再将氢氧化钠加入，反应液降温至0℃搅拌1-3h；
S3：过滤，所得固体水洗至中性后，低温冷冻干燥。
更进一步地，所述MES缓冲溶液的pH为5-5.4，质量浓度为5.8-6g/L；
所述壳聚糖/乙酸溶液的质量浓度为15-25g/L。
进一步地，所述交联剂为戊二醛、碳二亚胺、聚乙二醇、京尼平中的任意一种。
上述环保型假发材料的制备方法如下：
将氢氧化钠、尿素加入水中，搅拌溶解后，降温至0℃以下，将改性胶原蛋白、复合纤维素加入，以50-100r/min的速度搅拌10-20min后静置1-3h，再将乙二醇二缩水甘油醚加入，继续以50-100r/min的速度搅拌30-50min，将聚乳酸和交联剂加入，升温至50-60℃，以300-500r/min的速度搅拌30-50min后，真空下静置脱泡10-15h，得到原液，原液通过纺丝机后挤入到凝固浴中，经拉伸、水洗、干燥得到假发材料。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种环保型假发材料，其中聚乳酸作为新型生物降解材料，机械性能及热稳定性良好，但是鲜有将其作为假发材料的报道，发明人将聚乳酸作为原料制作假发材料，取得了良好的效果，胶原蛋白作为假发的原料，可以使成分更接近真发，提升假发的质感，植物单宁分子和胶原蛋白多肽链上的官能团之间能以多种不同的形式结合，产生新的分子交联键，单宁中的酚羟基和蛋白质肽键上的羧基及聚乳酸的端羧基形成氢键，使胶原蛋白、聚乳酸进一步交联，加强了胶原蛋白与其余原料之间的紧密程度，改善了假发的力学强度和耐热稳定性，复合纤维素的加入可以提升原液中氢键含量，提升了原料的相容性，使假发材料纺丝、成型性更高，壳聚糖具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能，发明人将其与HPMCP接枝后加入，可以使得假发材料降解速率可控，降低壳聚糖的团聚效应，使其具有更好的分散效果，提升假发材料的力学性能，本发明所制备的假发材料力学性能良好，断裂强度≥16.09cN·dtex-1，断裂伸长率≥65.28％，且经过100℃水浸泡后，其相关力学性能并没有太过明显的下降，说明本发明假发材料可用热水进行消毒清洗，使用起来更方便。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
其中，TEMPO为(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基)是TEMPO催化氧化体系中重要的催化剂；
HPMCP为羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯；
MES为水吗啉乙磺酸；
EDC为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐；
NHS为N-羟基琥珀酰亚胺。
实施例1：
一种环保型假发材料，由以下重量份数的成分组成：
聚乳酸35份、改性胶原蛋白12份、复合纤维素30份、壳聚糖接枝HPMCP 5份、戊二醛0.1份、氢氧化钠5份、尿素3份、乙二醇二缩水甘油醚2份、水300份。
其中，复合纤维素由TEMPO氧化纤维素、纤维素、纤维素纳米微晶按重量比3：10：1组成。
改性胶原蛋白为植物单宁改性胶原蛋白，其制备方法如下：
将胶原蛋白加入到磷酸缓冲溶液中，升温至75℃搅拌30min，再降温至50℃加入植物单宁，胶原蛋白和植物单宁的重量比为3：1，继续反应10h后，将反应液转移至透析袋中透析25h，透析液为水，透析后的溶液离心，所得固体低温冷冻干燥即可。
壳聚糖接枝HPMCP的制备方法如下：
S1：将HPMCP用10倍于其重量的乙醇充分溶胀后，得到溶液A；
S2：惰性气体保护下，将pH为5，质量浓度为6g/L的MES缓冲溶液降温至0℃以下，先将溶液A滴加入其中，再将EDC和NHS加入，在此温度下反应2h后，再将质量浓度为20g/L的壳聚糖/乙酸溶液滴加进反应体系中，恢复室温反应25h，加入甲醇并搅拌均匀，再将氢氧化钠加入，反应液降温至0℃搅拌2h；
S3：过滤，所得固体水洗至中性后，低温冷冻干燥。
上述环保型假发材料的制备方法如下：
将氢氧化钠、尿素加入水中，搅拌溶解后，降温至0℃以下，将改性胶原蛋白、复合纤维素加入，以50r/min的速度搅拌15min后静置2h，再将乙二醇二缩水甘油醚加入，继续以100r/min的速度搅拌40min，将聚乳酸和戊二醛加入，升温至50℃，以500r/min的速度搅拌50min后，真空下静置脱泡15h，得到原液，原液通过纺丝机后挤入到凝固浴(乙醇、水、氯化钙按重量比10：10：1混合后，用盐酸调节pH至3)中，经拉伸、水洗、干燥得到假发材料。
实施例2：
一种环保型假发材料，由以下重量份数的成分组成：
聚乳酸30份、改性胶原蛋白15份、复合纤维素30份、壳聚糖接枝HPMCP 10份、戊二醛0.1份、氢氧化钠5份、尿素3份、乙二醇二缩水甘油醚2份、水300份。
其中，复合纤维素由TEMPO氧化纤维素、纤维素、纤维素纳米微晶按重量比3：5：1组成。
改性胶原蛋白为植物单宁改性胶原蛋白，其制备方法如下：
将胶原蛋白加入到磷酸缓冲溶液中，升温至75℃搅拌30min，再降温至50℃加入植物单宁，胶原蛋白和植物单宁的重量比为3：1，继续反应10h后，将反应液转移至透析袋中透析20h，透析液为水，透析后的溶液离心，所得固体低温冷冻干燥即可。
壳聚糖接枝HPMCP的制备方法如下：
S1：将HPMCP用10倍于其重量的乙醇充分溶胀后，得到溶液A；
S2：惰性气体保护下，将pH为5.4，质量浓度为5.8g/L的MES缓冲溶液降温至0℃以下，先将溶液A滴加入其中，再将EDC和NHS加入，在此温度下反应5h后，再将质量浓度为15g/L的壳聚糖/乙酸溶液滴加进反应体系中，恢复室温反应25h，加入甲醇并搅拌均匀，再将氢氧化钠加入，反应液降温至0℃搅拌1h；
S3：过滤，所得固体水洗至中性后，低温冷冻干燥。
上述环保型假发材料的制备方法如下：
将氢氧化钠、尿素加入水中，搅拌溶解后，降温至0℃以下，将改性胶原蛋白、复合纤维素加入，以100r/min的速度搅拌10min后静置3h，再将乙二醇二缩水甘油醚加入，继续以50r/min的速度搅拌30min，将聚乳酸和戊二醛加入，升温至60℃，以300r/min的速度搅拌50min后，真空下静置脱泡10h，得到原液，原液通过纺丝机后挤入到凝固浴(乙醇、水、氯化钙按重量比10：10：1混合后，用盐酸调节pH至3)中，经拉伸、水洗、干燥得到假发材料。
实施例3：
一种环保型假发材料，由以下重量份数的成分组成：
聚乳酸40份、改性胶原蛋白10份、复合纤维素40份、壳聚糖接枝HPMCP 5份、戊二醛1份、氢氧化钠3份、尿素5份、乙二醇二缩水甘油醚1份、水400份。
其中，复合纤维素由TEMPO氧化纤维素、纤维素、纤维素纳米微晶按重量比1：10：1组成。
改性胶原蛋白为植物单宁改性胶原蛋白，其制备方法如下：
将胶原蛋白加入到磷酸缓冲溶液中，升温至70℃搅拌50min，再降温至40℃加入植物单宁，胶原蛋白和植物单宁的重量比为5：1，继续反应5h后，将反应液转移至透析袋中透析25h，透析液为水，透析后的溶液离心，所得固体低温冷冻干燥即可。
壳聚糖接枝HPMCP的制备方法如下：
S1：将HPMCP用10倍于其重量的乙醇充分溶胀后，得到溶液A；
S2：惰性气体保护下，将pH为5，质量浓度为6g/L的MES缓冲溶液降温至0℃以下，先将溶液A滴加入其中，再将EDC和NHS加入，在此温度下反应2h后，再将质量浓度为25g/L的壳聚糖/乙酸溶液滴加进反应体系中，恢复室温反应20h，加入甲醇并搅拌均匀，再将氢氧化钠加入，反应液降温至0℃搅拌3h；
S3：过滤，所得固体水洗至中性后，低温冷冻干燥。
上述环保型假发材料的制备方法如下：
将氢氧化钠、尿素加入水中，搅拌溶解后，降温至0℃以下，将改性胶原蛋白、复合纤维素加入，以50r/min的速度搅拌20min后静置1h，再将乙二醇二缩水甘油醚加入，继续以100r/min的速度搅拌30min，将聚乳酸和戊二醛加入，升温至60℃，以300r/min的速度搅拌50min后，真空下静置脱泡10h，得到原液，原液通过纺丝机后挤入到凝固浴(乙醇、水、氯化钙按重量比10：10：1混合后，用盐酸调节pH至3)中，经拉伸、水洗、干燥得到假发材料。
实施例4：
一种环保型假发材料，由以下重量份数的成分组成：
聚乳酸30份、改性胶原蛋白10份、复合纤维素30份、壳聚糖接枝HPMCP 5份、戊二醛0.1份、氢氧化钠3份、尿素3份、乙二醇二缩水甘油醚1份、水300份。
其中，复合纤维素由TEMPO氧化纤维素、纤维素、纤维素纳米微晶按重量比1：5：1组成。
改性胶原蛋白为植物单宁改性胶原蛋白，其制备方法如下：
将胶原蛋白加入到磷酸缓冲溶液中，升温至70℃搅拌30min，再降温至40℃加入植物单宁，胶原蛋白和植物单宁的重量比为3：1，继续反应5h后，将反应液转移至透析袋中透析20h，透析液为水，透析后的溶液离心，所得固体低温冷冻干燥即可。
壳聚糖接枝HPMCP的制备方法如下：
S1：将HPMCP用10倍于其重量的乙醇充分溶胀后，得到溶液A；
S2：惰性气体保护下，将pH为5，质量浓度为5.8g/L的MES缓冲溶液降温至0℃以下，先将溶液A滴加入其中，再将EDC和NHS加入，在此温度下反应2h后，再将质量浓度为15g/L的壳聚糖/乙酸溶液滴加进反应体系中，恢复室温反应20h，加入甲醇并搅拌均匀，再将氢氧化钠加入，反应液降温至0℃搅拌1h；
S3：过滤，所得固体水洗至中性后，低温冷冻干燥。
上述环保型假发材料的制备方法如下：
将氢氧化钠、尿素加入水中，搅拌溶解后，降温至0℃以下，将改性胶原蛋白、复合纤维素加入，以50r/min的速度搅拌10min后静置1h，再将乙二醇二缩水甘油醚加入，继续以50r/min的速度搅拌30min，将聚乳酸和戊二醛加入，升温至50℃，以300r/min的速度搅拌30min后，真空下静置脱泡10h，得到原液，原液通过纺丝机后挤入到凝固浴(乙醇、水、氯化钙按重量比10：10：1混合后，用盐酸调节pH至3)中，经拉伸、水洗、干燥得到假发材料。
实施例5：
一种环保型假发材料，由以下重量份数的成分组成：
聚乳酸40份、改性胶原蛋白15份、复合纤维素40份、壳聚糖接枝HPMCP 10份、戊二醛1份、氢氧化钠5份、尿素3-5份、乙二醇二缩水甘油醚1-2份、水400份。
其中，复合纤维素由TEMPO氧化纤维素、纤维素、纤维素纳米微晶按重量比3：10：1组成。
改性胶原蛋白为植物单宁改性胶原蛋白，其制备方法如下：
将胶原蛋白加入到磷酸缓冲溶液中，升温至75℃搅拌50min，再降温至50℃加入植物单宁，胶原蛋白和植物单宁的重量比为5：1，继续反应10h后，将反应液转移至透析袋中透析25h，透析液为水，透析后的溶液离心，所得固体低温冷冻干燥即可。
壳聚糖接枝HPMCP的制备方法如下：
S1：将HPMCP用10倍于其重量的乙醇充分溶胀后，得到溶液A；
S2：惰性气体保护下，将pH为5.4，质量浓度为6g/L的MES缓冲溶液降温至0℃以下，先将溶液A滴加入其中，再将EDC和NHS加入，在此温度下反应5h后，再将质量浓度为25g/L的壳聚糖/乙酸溶液滴加进反应体系中，恢复室温反应25h，加入甲醇并搅拌均匀，再将氢氧化钠加入，反应液降温至0℃搅拌3h；
S3：过滤，所得固体水洗至中性后，低温冷冻干燥。
上述环保型假发材料的制备方法如下：
将氢氧化钠、尿素加入水中，搅拌溶解后，降温至0℃以下，将改性胶原蛋白、复合纤维素加入，以100r/min的速度搅拌20min后静置3h，再将乙二醇二缩水甘油醚加入，继续以100r/min的速度搅拌50min，将聚乳酸和戊二醛加入，升温至60℃，以500r/min的速度搅拌50min后，真空下静置脱泡15h，得到原液，原液通过纺丝机后挤入到凝固浴(乙醇、水、氯化钙按重量比10：10：1混合后，用盐酸调节pH至3)中，经拉伸、水洗、干燥得到假发材料。
实施例6：
一种环保型假发材料，由以下重量份数的成分组成：
聚乳酸32份、改性胶原蛋白10份、复合纤维素30份、壳聚糖接枝HPMCP 5份、戊二醛0.1份、氢氧化钠4份、尿素3份、乙二醇二缩水甘油醚1份、水300份。
其中，复合纤维素由TEMPO氧化纤维素、纤维素、纤维素纳米微晶按重量比2：5：1组成。
改性胶原蛋白为植物单宁改性胶原蛋白，其制备方法如下：
将胶原蛋白加入到磷酸缓冲溶液中，升温至75℃搅拌30min，再降温至40℃加入植物单宁，胶原蛋白和植物单宁的重量比为4：1，继续反应10h后，将反应液转移至透析袋中透析20h，透析液为水，透析后的溶液离心，所得固体低温冷冻干燥即可。
壳聚糖接枝HPMCP的制备方法如下：
S1：将HPMCP用10倍于其重量的乙醇充分溶胀后，得到溶液A；
S2：惰性气体保护下，将pH为5.2，质量浓度为5.8g/L的MES缓冲溶液降温至0℃以下，先将溶液A滴加入其中，再将EDC和NHS加入，在此温度下反应5h后，再将质量浓度为20g/L的壳聚糖/乙酸溶液滴加进反应体系中，恢复室温反应20h，加入甲醇并搅拌均匀，再将氢氧化钠加入，反应液降温至0℃搅拌1h；
S3：过滤，所得固体水洗至中性后，低温冷冻干燥。
上述环保型假发材料的制备方法如下：
将氢氧化钠、尿素加入水中，搅拌溶解后，降温至0℃以下，将改性胶原蛋白、复合纤维素加入，以100r/min的速度搅拌15min后静置3h，再将乙二醇二缩水甘油醚加入，继续以50r/min的速度搅拌40min，将聚乳酸和戊二醛加入，升温至50℃，以400r/min的速度搅拌30min后，真空下静置脱泡15h，得到原液，原液通过纺丝机后挤入到凝固浴(乙醇、水、氯化钙按重量比10：10：1混合后，用盐酸调节pH至3)中，经拉伸、水洗、干燥得到假发材料。
对比例1：
对比例1与实施例1基本相同，区别在于，胶原蛋白不经过改性处理。
对比例2：
对比例2与实施例1基本相同，区别在于，用纤维素代替复合纤维素。
对比例3：
对比例3与实施例1基本相同，区别在于，不加入壳聚糖接枝HPMCP。
对比例4：
对比例4与实施例1基本相同，区别在于，不加入乙二醇二缩水甘油醚。
性能测试：
参考GB/T14337-2008《化学纤维、短纤维拉伸性能试验方法》，用纤维强伸度仪对本发明实施例1-6及对比例1-4所制备的假发材料进行力学强度测试，将假发材料加入100℃水中浸泡60min后取出，风机吹干后，再次进行力学强度测试，测试结果如下表1所示：
表1
由上表1可知，本发明所制备的假发材料力学性能良好，断裂强度≥16.09cN·dtex-1，断裂伸长率≥65.28％，且经过100℃水浸泡后，其相关力学性能并没有太过明显的下降，说明本发明假发材料可用热水进行消毒清洗，使用起来更方便。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种环保型假发材料，其特征在于，由以下成分组成：
聚乳酸、改性胶原蛋白、复合纤维素、壳聚糖接枝HPMCP、交联剂、氢氧化钠、尿素、乙二醇二缩水甘油醚、水。
2.如权利要求1所述的环保型假发材料，其特征在于，由以下重量份数的成分组成：
聚乳酸30-40份、改性胶原蛋白10-15份、复合纤维素30-40份、壳聚糖接枝HPMCP 5-10份、交联剂0.1-1份、氢氧化钠3-5份、尿素3-5份、乙二醇二缩水甘油醚1-2份、水300-400份。
3.如权利要求1所述的环保型假发材料，其特征在于，所述复合纤维素由氧化纤维素、纤维素、纤维素纳米微晶按重量比1-3：5-10：1组成。
4.如权利要求1所述的环保型假发材料，其特征在于，所述改性胶原蛋白为植物单宁改性胶原蛋白。
5.如权利要求4所述的环保型假发材料，其特征在于，所述植物单宁改性胶原蛋白的制备方法如下：
将胶原蛋白加入到磷酸缓冲溶液中，升温至70-75℃搅拌30-50min，再降温至40-50℃加入植物单宁，继续反应5-10h后，将反应液转移至透析袋中透析20-25h，透析液为水，透析后的溶液离心，所得固体低温冷冻干燥即可。
6.如权利要求1所述的环保型假发材料，其特征在于，所述胶原蛋白和植物单宁的重量比为3-5：1。
7.如权利要求1所述的环保型假发材料，其特征在于，所述壳聚糖接枝HPMCP的制备方法如下：
S1：将HPMCP用乙醇充分溶胀后，得到溶液A；
S2：惰性气体保护下，将MES缓冲溶液降温至0℃以下，先将溶液A滴加入其中，再将EDC和NHS加入，在此温度下反应2-5h后，再将壳聚糖/乙酸溶液滴加进反应体系中，恢复室温反应20-25h，加入甲醇并搅拌均匀，再将氢氧化钠加入，反应液降温至0℃搅拌1-3h；
S3：过滤，所得固体水洗至中性后，低温冷冻干燥。
8.如权利要求7所述的环保型假发材料，其特征在于，所述MES缓冲溶液的pH为5-5.4，质量浓度为5.8-6g/L；
所述壳聚糖/乙酸溶液的质量浓度为15-25g/L。
9.如权利要求1所述的环保型假发材料，其特征在于，所述交联剂为戊二醛、碳二亚胺、聚乙二醇、京尼平中的任意一种。
10.如权利要求1-9任一项所述的环保型假发材料的制备方法，其特征在于，具体如下：
将氢氧化钠、尿素加入水中，搅拌溶解后，降温至0℃以下，将改性胶原蛋白、复合纤维素加入，以50-100r/min的速度搅拌10-20min后静置1-3h，再将乙二醇二缩水甘油醚加入，继续以50-100r/min的速度搅拌30-50min，将聚乳酸和交联剂加入，升温至50-60℃，以300-500r/min的速度搅拌30-50min后，真空下静置脱泡10-15h，得到原液，原液通过纺丝机后挤入到凝固浴中，经拉伸、水洗、干燥得到假发材料。
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