CN103879120A - 基于废弃茧丝原料的丝蛋白纳米纤维雾霾防护产品 - Google Patents

Abstract

基于废弃茧丝原料的丝蛋白纳米纤维雾霾防护产品，涉及废弃茧丝原料的利用技术领域，它的生产工艺流程为：从废蚕丝中提取丝蛋白，并制得丝蛋白膜；功能性丝蛋白纺丝液的制备；无喷头高速静电纺制备多元结构丝蛋白纳米纤维膜；常规纺织面料与丝蛋白纳米纤维膜的在线复合。它利用从废弃茧丝中提取的丝蛋白溶液，添加功能性物质制备复合纺丝液，通过无喷头高速静电纺丝技术和在线复合技术，对茧丝绸加工中的废丝进行深度开发利用，研制开发出具有多孔、串珠结构等多元结构的纳米级丝蛋白纤维膜，利用多孔、串珠结构提高纤维的比表面积、增大纤维对微细颗粒的吸附能力、提高透气性，使产品对雾霾、PM2.5等被污染的空气具有高效防护功能。

Description

基于废弃茧丝原料的丝蛋白纳米纤维雾霾防护产品

技术领域：

本发明涉及废弃茧丝原料的利用技术领域，具体涉及一种基于废弃茧丝原料的丝蛋白纳米纤维雾霾防护产品。

背景技术：

对于蚕丝的再生加工利用的研究主要在于丝蛋白生物医用材料、丝素粉、丝胶粉等。丝素粉、丝胶粉主要在食品和化妆品等领域有一定的应用。将丝蛋白溶液制成丝素膜，或者与纤维素、海藻酸钠、壳聚糖等高分子材料混合制成共混膜，研究其生物医学特性是目前国内外关于再生丝蛋白研究的热点之一，但是这些研究基本都停留于实验室探究阶段。苏州大学研制的丝蛋白人工皮肤于2013年刚刚取得医疗许可证，开始小批量的产业化生产。将丝素蛋白(以涂层、纤维包覆等形式)处理到棉织物、毛织物、粘胶织物、合成纤维面料上进而改善面料的性能也有报道，但未见有商业化销售的产品。总体上，目前对于废弃茧丝及其丝素蛋白提取液的应用还存在原料利用率低、产品附加值低、丝素蛋白提取效率低、产品的产业化生产困难等问题。废弃茧丝相对于生丝而言价格低，但氨基酸组成和基本功效与生丝相似，如何将这种茧丝绸副产品通过深度开发利用加工为具有高附加值的市场急需产品是桑蚕茧丝绸产业的关键技术之一。

近年来，我国快速的都市化及工业化进程导致了严重的空气污染问题，尤其是持续大规模的雾霾污染，其污染范围涉及17个省份四分之一的国土面积，影响人口约6亿，这不仅造成了巨大的财产损失，同时也严重地影响了人们的身体健康和生活质量。雾霾通常是由漂浮在空气中的粉尘颗粒引起的，而一般这些颗粒的直径在几十纳米到几十微米之间。目前国内外对于雾霾防护产品的研发还主要是以传统棉织物、非织造过滤材料为主，这种传统空气过滤材料即使是高效过滤也仅能有效去除粒径在0.3μm以上的微粒，对粒径更小的颗粒的过滤效果并不理想，因此，制备能有效防护空气雾霾中更小粒径颗粒的过滤产品必将成为未来雾霾防护产品的大势所趋。

废弃茧丝虽然是蚕丝加工中的副产物，但它们富含丝素蛋白。丝素蛋白是天然蛋白质材料，具有良好的生物相容性，由多种氨基酸组成，其中亮氨酸可以加速细胞的新陈代谢；丝氨酸、苏氨酸可延缓皮肤老化；色氨酸、酪氨酸能吸收紫外线。以从废弃茧丝中提取的丝素蛋白为原料，集合丝素蛋白、纳米纤维的性能优势，通过高速静电纺丝设备产业化开发功能性丝素蛋白纳米纤维防护面料是新型茧丝绸产品开发的重要方向。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于废弃茧丝原料的丝蛋白纳米纤维雾霾防护产品，它利用从废弃茧丝中提取的丝蛋白溶液，添加功能性物质制备复合纺丝液，通过无喷头高速静电纺丝技术和在线复合技术，对茧丝绸加工中的废丝进行深度开发利用，研制开发出具有多孔、串珠结构等多元结构的纳米级丝蛋白纤维膜，利用多孔、串珠结构提高纤维的比表面积、增大纤维对微细颗粒的吸附能力、提高透气性，使产品对雾霾、PM2.5等被污染的空气具有高效防护功能。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的生产工艺流程为：

(1)从废蚕丝中提取丝蛋白，并制得丝蛋白膜；

(2)功能性丝蛋白纺丝液的制备；

(3)无喷头高速静电纺制备多元结构丝蛋白纳米纤维膜；

(4)常规纺织面料与丝蛋白纳米纤维膜的在线复合。

本发明的具体操作步骤为：

首先用碱溶液水煮的方法对废蚕丝进行脱胶处理得到高纯度的丝素纤维，然后经过水解——溶解——活性基化合物合成——超滤分离——干燥等得到丝蛋白膜；

将丝蛋白薄膜溶解在一定浓度的甲酸溶液中制成均匀溶液，并根据需要加入抗菌、抗紫外等功能性纳米粉体，经过超声处理与高速搅拌处理相结合，制备出纳米粉体分散均匀功能性丝蛋白溶液作为纺丝液；

将纺丝液注入到螺旋式静电纺发生器中，螺旋金属片的旋转会带出发生器槽内的溶液，在系统高压的作用下，金属片尖端所带出的溶液会产生突起形成无数个泰勒锥，电场力克服溶液的表面张力形成射流，射流再经进一步拉伸及溶剂的挥发，在收集电极上得到具有多元结构的功能性丝蛋白纳米纤维膜；

将纺织面料表面进行特殊处理后覆于收集电极上作为基底材料，使得静电纺丝制备的丝蛋白纳米纤维直接沉积并粘附在上面，实现丝蛋白纳米纤维膜与纺织面料的在线复合。

本发明的原理为：将无喷头高速静电纺丝技术、多元结构纳米丝蛋白纤维制备技术、纳米纤维与常规面料的在线复合等高新技术有机结合，应用于茧丝绸副产物的深度开发。用低档次的废蚕丝研发能有效过滤PM2.5、雾霾、病毒的防护材料并实现产业化，使茧丝绸副产品得到高附加值的开发利用。

本发明利用从废弃茧丝中提取的丝蛋白溶液，添加功能性物质制备复合纺丝液，通过无喷头高速静电纺丝技术和在线复合技术，对茧丝绸加工中的废丝进行深度开发利用，研制开发出具有多孔、串珠结构等多元结构的纳米级丝蛋白纤维膜，利用多孔、串珠结构提高纤维的比表面积、增大纤维对微细颗粒的吸附能力、提高透气性，使产品对雾霾、PM2.5等被污染的空气具有高效防护功能。

附图说明：

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式：

参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：它的生产工艺流程为：

(1)从废蚕丝中提取丝蛋白，并制得丝蛋白膜：首先用碱溶液水煮的方法对废蚕丝进行脱胶处理得到高纯度的丝素纤维，然后经过水解——溶解——活性基化合物合成——超滤分离——干燥等得到丝蛋白膜；

(2)功能性丝蛋白纺丝液的制备：将丝蛋白薄膜溶解在一定浓度的甲酸溶液中制成均匀溶液，并根据需要加入抗菌、抗紫外等功能性纳米粉体，经过超声处理与高速搅拌处理相结合，制备出纳米粉体分散均匀功能性丝蛋白溶液作为纺丝液；

(3)无喷头高速静电纺制备多元结构丝蛋白纳米纤维膜：将纺丝液注入到螺旋式静电纺发生器中，螺旋金属片的旋转会带出发生器槽内的溶液，在系统高压的作用下，金属片尖端所带出的溶液会产生突起形成无数个泰勒锥，电场力克服溶液的表面张力形成射流，射流再经进一步拉伸及溶剂的挥发，在收集电极上得到具有多元结构的功能性丝蛋白纳米纤维膜；

(4)常规纺织面料与丝蛋白纳米纤维膜的在线复合：将纺织面料表面进行特殊处理后覆于收集电极上作为基底材料，使得静电纺丝制备的丝蛋白纳米纤维直接沉积并粘附在上面，实现丝蛋白纳米纤维膜与纺织面料的在线复合。

本具体实施方式的原理为：将无喷头高速静电纺丝技术、多元结构纳米丝蛋白纤维制备技术、纳米纤维与常规面料的在线复合等高新技术有机结合，应用于茧丝绸副产物的深度开发。用低档次的废蚕丝研发能有效过滤PM2.5、雾霾、病毒的防护材料并实现产业化，使茧丝绸副产品得到高附加值的开发利用。

本具体实施方式的主要技术指标为：

1、纳米丝蛋白纤维直径在200～500nm左右，纤维表面具有多孔、串珠等多元结构，孔隙率为75％～85％。

2、纳米丝蛋白纤维制品对PM2.5的过滤效率达到99.999％以上，对雾霾具有高效防护性，透气性和透湿性均达到同类产品的国家标准。

3、纳米丝蛋白纤维制品对数量中值直径为75nm的氯化钠气溶胶颗粒的过滤效率在99.99％以上，可有效防护细菌和病毒。

本具体实施方式利用从废弃茧丝中提取的丝蛋白溶液，添加功能性物质制备复合纺丝液，通过无喷头高速静电纺丝技术和在线复合技术，对茧丝绸加工中的废丝进行深度开发利用，研制开发出具有多孔、串珠结构等多元结构的纳米级丝蛋白纤维膜，利用多孔、串珠结构提高纤维的比表面积、增大纤维对微细颗粒的吸附能力、提高透气性，使产品对雾霾、PM2.5等被污染的空气具有高效防护功能。

Claims (2)

1.基于废弃茧丝原料的丝蛋白纳米纤维雾霾防护产品，其特征在于它的生产工艺流程为：

(1)从废蚕丝中提取丝蛋白，并制得丝蛋白膜；

(2)功能性丝蛋白纺丝液的制备；

(3)无喷头高速静电纺制备多元结构丝蛋白纳米纤维膜；

(4)常规纺织面料与丝蛋白纳米纤维膜的在线复合。

2.基于废弃茧丝原料的丝蛋白纳米纤维雾霾防护产品，其特征在于它的具体操作步骤为：

首先用碱溶液水煮的方法对废蚕丝进行脱胶处理得到高纯度的丝素纤维，然后经过水解——溶解——活性基化合物合成——超滤分离——干燥得到丝蛋白膜；

将丝蛋白薄膜溶解在一定浓度的甲酸溶液中制成均匀溶液，并根据需要加入抗菌、抗紫外等功能性纳米粉体，经过超声处理与高速搅拌处理相结合，制备出纳米粉体分散均匀功能性丝蛋白溶液作为纺丝液；

将纺丝液注入到螺旋式静电纺发生器中，螺旋金属片的旋转会带出发生器槽内的溶液，在系统高压的作用下，金属片尖端所带出的溶液会产生突起形成无数个泰勒锥，电场力克服溶液的表面张力形成射流，射流再经进一步拉伸及溶剂的挥发，在收集电极上得到具有多元结构的功能性丝蛋白纳米纤维膜；

将纺织面料表面进行特殊处理后覆于收集电极上作为基底材料，使得静电纺丝制备的丝蛋白纳米纤维直接沉积并粘附在上面，实现丝蛋白纳米纤维膜与纺织面料的在线复合。

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