一種生物纖維材料及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種生物纖維材料及其制備方法，以微球為模板制備粉末，蠶絲脫膠處理后得到絲素蛋白纖維；將所述絲素蛋白纖維溶于氯化鍶三氟乙酸溶液中，再加入粉末得到絲素蛋白溶液；然后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；在碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進行礦化處理，得到礦化膜；粉碎得到生物填料；將聚乙烯、聚丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚、馬來酸酐、2?丙烯酰胺基?2?甲基丙磺酸與生物填料混合均勻，經(jīng)熔融紡絲得到生物纖維材料。本發(fā)明專利技術制備的生物纖維材料24小時殺菌率（大腸桿菌）為99%以上；耐磨達3000次以上；斷裂強度超過100MPa，斷裂伸長率10%以上；楊氏模量1.9GPa以上。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于高分子
，具體涉及一種生物纖維材料及其制備方法。
技術介紹
蠶絲作為一種力學性能優(yōu)異的天然蛋白質(zhì)纖維，在纖維復合材料領域有著廣闊的應用前景，特別是在生物材料領域；然而，蠶絲本身所擁有的多級結(jié)構(gòu)，特別是內(nèi)部在納米尺寸形成的β-折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使得蠶絲纖維難以與高分子材料相互融合，不能形成相容的結(jié)合界面，導致蠶絲增強復合材料力學性能差。高分子纖維的制備一般包括原料改性得到改性物，再進行紡絲；或者改性物再與其他添加劑混合后再進行紡絲。現(xiàn)有的醫(yī)用材料一般為棉纖維，因為其生物相容性較好；但是棉纖維都為短纖，力學性能較差，而且耐磨性低。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種生物纖維材料及其制備方法，具有優(yōu)異的生物相容性以及力學性能。為達到上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案是：一種生物纖維材料的制備方法，包括以下步驟：（1）將聚苯乙烯微球分散至去離子水中，攪拌10～15分鐘后加入丁二醇；然后攪拌30～40分鐘，加入碳酸氫鉀調(diào)節(jié)pH值至8.5；然后加入四乙氧基硅烷，攪拌20～30分鐘，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌10～20分鐘，接著加入異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚；50～55℃攪拌70～80分鐘；然后過濾，濾餅用丙酮洗滌后再用去離子水洗滌得到固體物；固體物經(jīng)過熱處理后得到粉末；熱處理工藝為300℃/1小時+500℃/0.5小時+850℃/0.5小時；(2)蠶絲脫膠處理后得到絲素蛋白纖維；將所述絲素蛋白纖維溶于氯化鍶三氟乙酸溶液中，再加入步驟（1）的粉末得到絲素蛋白溶液；然后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；在碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進行礦化處理，得到礦化膜；粉碎得到生物填料；(3)將聚乙烯、聚丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚、馬來酸酐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與生物填料混合均勻，經(jīng)熔融紡絲得到生物纖維材料。上述技術方案中，步驟(1)中，聚苯乙烯微球的直徑為320～480納米；聚苯乙烯微球、丁二醇、四乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚的質(zhì)量比為1∶98∶54∶48∶19。上述技術方案中，步驟(2)中，所述蠶絲為柞蠶絲、蓖麻蠶絲或者天蠶絲；絲素蛋白纖維、氯化鍶、三氟乙酸、粉末的質(zhì)量比為1∶0.08∶49∶8；碳酸氫銨的質(zhì)量為含鍶再生絲素蛋白膜質(zhì)量的58%。上述技術方案中，步驟(2)中，干燥為紅外干燥；礦化處理時間為38小時；所述生物填料的粒徑為0.69～0.75微米。上述技術方案中，步驟(3)中，聚乙烯、聚丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚、馬來酸酐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與生物填料的質(zhì)量比為100∶69∶32∶29∶41∶63；熔融紡絲時，螺桿轉(zhuǎn)速為110～115轉(zhuǎn)/分，物料在螺桿內(nèi)的停留時間為1～2分鐘，溫度為190～200℃，紡絲速度為300～400米/分。本專利技術還公開了根據(jù)上述生物纖維材料的制備方法制備的生物纖維材料。由于上述技術方案運用，本專利技術與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點：（1）本專利技術采用以聚乙烯、聚丙烯為主要原料，通過添加合理的材料，熔融紡絲得到烯烴纖維，解決了現(xiàn)有烯烴纖維加工性較差、力學強度低的問題，特別是添加生物填料改性后的烯烴纖維具有一定的生物相容性，而且添加劑對人體或者動物體無害；（2）本專利技術利用添加劑改善了加工過程烯烴纖維與生物填料的相容性，使得生物填料均勻的分散在烯烴纖維內(nèi)，并且改善了生物填料與烯烴纖維的界面效應，為生物填料發(fā)揮性能夯實基礎；（3）本專利技術采用絲素蛋白填料作為醫(yī)用材料的添加劑，其具有優(yōu)異的生物相容性，可用于傷口處理、組織包扎，同時利用合成纖維作為支撐材料，得到整體力學性能良好的生物材料；（4）本專利技術的生物纖維材料通過合理的設計，在烯烴支撐材料中添加聚合物微球以及生物填料，熔融紡絲后，在醚、酸酐作用下，生物填料分散在烯烴纖維中；特別是在添加劑作用下，幾相材料界面效應良好，利于提高產(chǎn)品的綜合性能；（5）本專利技術以絲素蛋白為基礎，首次在三氟乙酸中溶脹，同時添加改性的納米粉末，加入粉末后溶脹1小時，再干燥，在三氟乙酸作用下，絲素蛋白溶脹但是不溶解，粉末可以與絲素蛋白形成一體；（6）本專利技術首次在絲素蛋白纖維中原位形成碳酸鍶顆粒，僅少量碳酸鍶顆粒即可有效提高絲素蛋白的力學性能，使其在烯烴纖維中以及在熔融紡絲過程保證生物填料的穩(wěn)定性；（7）本專利技術公開將基于微球的固體物經(jīng)過階梯熱處理后得到粉末，可以有效控制無機粉末的形成過程以及大小，得到的納米粉末用于生物填料改性時可以增加其穩(wěn)定性，從而提高生物材料的穩(wěn)定性；（8）本專利技術公開的生物纖維材料的制備方法制備方便，通過熔紡設備，即可容易制備；利于工業(yè)化應用。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本專利技術作進一步描述：實施例一（1）將100g直徑為320～480納米的聚苯乙烯微球分散至去5L離子水中，攪拌10分鐘后加入9.8Kg丁二醇；然后攪拌40分鐘，加入碳酸氫鉀調(diào)節(jié)pH值至8.5；然后加入5.4Kg四乙氧基硅烷，攪拌20鐘，然后加入4.8Kg3-氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌20分鐘，接著加入1.9Kg異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚；50℃攪拌70分鐘；然后過濾，濾餅用丙酮洗滌后再用去離子水洗滌得到固體物；固體物經(jīng)過熱處理后得到粉末；熱處理工藝為300℃/1小時+500℃/0.5小時+850℃/0.5小時；(2)柞蠶絲脫膠處理后得到絲素蛋白纖維；將1Kg絲素蛋白纖維溶于含80g氯化鍶的49Kg三氟乙酸溶液中，再加入8Kg步驟（1）的粉末得到絲素蛋白溶液；然后紅外干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；在58wt%碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進行礦化處理38小時，得到礦化膜；粉碎得到粒徑為0.69～0.75微的米生物填料；(3)將1Kg聚乙烯、690g聚丙烯、320g壬基酚聚氧乙烯醚、290g馬來酸酐、410g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與630g生物填料混合均勻，經(jīng)熔融紡絲得到生物纖維材料；熔融紡絲時，螺桿轉(zhuǎn)速為110～115轉(zhuǎn)/分，物料在螺桿內(nèi)的停留時間為1分鐘，溫度為190～200℃，紡絲速度為400米/分。實施例二（1）將100g直徑為320～480納米的聚苯乙烯微球分散至去5L離子水中，攪拌15分鐘后加入9.8Kg丁二醇；然后攪拌30分鐘，加入碳酸氫鉀調(diào)節(jié)pH值至8.5；然后加入5.4Kg四乙氧基硅烷，攪拌20分鐘，然后加入4.8Kg3-氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌20分鐘，接著加入1.9Kg異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚；55℃攪拌80分鐘；然后過濾，濾餅用丙酮洗滌后再用去離子水洗滌得到固體物；固體物經(jīng)過熱處理后得到粉末；熱處理工藝為300℃/1小時+500℃/0.5小時+850℃/0.5小時；(2)蓖麻蠶絲脫膠處理后得到絲素蛋白纖維；將1Kg絲素蛋白纖維溶于含80g氯化鍶的49Kg三氟乙酸溶液中，再加入8Kg步驟（1）的粉末得到絲素蛋白溶液；然后紅外干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；在58wt%碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進行礦化處理38小時，得到礦化膜；粉碎得到粒徑為0.69～0.75微的米生物填料；(3)將1Kg聚乙烯、690g聚丙烯、320g壬基酚聚氧乙烯醚、290g馬來酸酐、410g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與630g生物填料混合均勻，經(jīng)熔融紡絲得到生物纖維材料；本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種生物纖維材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將聚苯乙烯微球分散至去離子水中，攪拌10～15分鐘后加入丁二醇；然后攪拌30～40分鐘，加入碳酸氫鉀調(diào)節(jié)pH值至8.5；然后加入四乙氧基硅烷，攪拌20～30分鐘，然后加入3?氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌10～20分鐘，接著加入異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚；50～55℃攪拌70～80分鐘；然后過濾，濾餅用丙酮洗滌后再用去離子水洗滌得到固體物；固體物經(jīng)過熱處理后得到粉末；熱處理工藝為300℃/1小時+500℃/0.5小時+850℃/0.5小時；?(2)?蠶絲脫膠處理后得到絲素蛋白纖維；將所述絲素蛋白纖維溶于氯化鍶三氟乙酸溶液中，再加入步驟（1）的粉末得到絲素蛋白溶液；然后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；在碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進行礦化處理，得到礦化膜；粉碎得到生物填料；?(3)將聚乙烯、聚丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚、馬來酸酐、2?丙烯酰胺基?2?甲基丙磺酸與生物填料混合均勻，經(jīng)熔融紡絲得到生物纖維材料。

【技術特征摘要】
1.一種生物纖維材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將聚苯乙烯微球分散至去離子水中，攪拌10～15分鐘后加入丁二醇；然后攪拌30～40分鐘，加入碳酸氫鉀調(diào)節(jié)pH值至8.5；然后加入四乙氧基硅烷，攪拌20～30分鐘，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌10～20分鐘，接著加入異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚；50～55℃攪拌70～80分鐘；然后過濾，濾餅用丙酮洗滌后再用去離子水洗滌得到固體物；固體物經(jīng)過熱處理后得到粉末；熱處理工藝為300℃/1小時+500℃/0.5小時+850℃/0.5小時；(2)蠶絲脫膠處理后得到絲素蛋白纖維；將所述絲素蛋白纖維溶于氯化鍶三氟乙酸溶液中，再加入步驟（1）的粉末得到絲素蛋白溶液；然后干燥得到含鍶再生絲素蛋白膜；在碳酸氫銨存在下，將含鍶再生絲素蛋白膜置入密閉容器中進行礦化處理，得到礦化膜；粉碎得到生物填料；(3)將聚乙烯、聚丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚、馬來酸酐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與生物填料混合均勻，經(jīng)熔融紡絲得到生物纖維材料。2.根據(jù)權利要求1所述生物纖維材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，聚苯乙烯微球的直徑為320～480納米。3.根據(jù)權利要求1所述生物纖維材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，聚苯乙烯微球、丁二醇、四乙氧基...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張定，張香會，
申請(專利權)人：寧波蕓生紡織品科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33