用于制备再生蚕丝纤维的方法、再生蚕丝纤维

本申请属于纺织领域，具体涉及一种用于制备再生蚕丝纤维的方法、再生蚕丝纤维。

背景技术：

1、蜘蛛丝因其杰出的力学性能在特种材料应用领域中展示出了重要的作用。但是，蜘蛛丝产量小的劣势极大地限制了其应用。

2、蚕丝纤维是一种天然纤维，其力学性能十分优异，例如蚕丝纤维的强度可达600mpa左右、断裂伸长率可达18％左右、模量可达7gpa左右、韧性可以达到70mj·m-3左右。但是，蚕丝纤维的力学性能远不如蜘蛛丝。亟需对天然蚕丝进行改进，以制备得到力学性能足以媲美蜘蛛丝的再生蚕丝纤维。

3、目前，制备再生蚕丝纤维的主要方法包括湿法纺丝、干法纺丝和微流控纺丝。其中，湿法纺丝可能是最适合商业化的方法之一。在湿法纺丝过程中，可以通过调整纺丝液，或采用后拉伸来优化丝素蛋白分子链的聚集态结构和取向，以提升再生蚕丝纤维的力学性能。此外，纳米材料，如纳米球、纳米线和纳米片，可以很容易地被引入到丝素蛋白分子链网络中，进而改变丝素蛋白的聚集态结构。因此，还可以通过纳米材料对丝素蛋白进行改性，以提升再生蚕丝纤维的力学性能。

4、然而，纳米材料，特别是无机纳米颗粒和丝素蛋白基体之间固有的不相容性可能导致界面相互作用较弱，进而导致得到的再生蚕丝纤维的力学性能较差。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请提供了一种用于制备再生蚕丝纤维的方法、再生蚕丝纤维。该方法可以使丝素蛋白分子链和碳酸钙粒子的表面之间形成强大的结合力，增强两者之间的界面相互作用。因此，由于丝素蛋白基体和均匀分散的碳酸钙粒子之间的强界面相互作用，可赋予再生蚕丝纤维超强超韧性能。

2、本申请第一方面提供一种用于制备再生蚕丝纤维的方法，包括：

3、提供丝素蛋白溶液；

4、制备丝素蛋白/碳酸钙溶液，包括向丝素蛋白溶液中加入ca2+源和co32-源，以使ca2+和co32-反应得到的碳酸钙粒子在丝素蛋白基体中原位矿化，从而得到丝素蛋白/碳酸钙溶液；

5、制备初生纤维，包括将丝素蛋白/碳酸钙溶液挤出至醇类凝固浴，从而得到初生纤维；

6、制备再生蚕丝纤维，包括对初生纤维进行多级拉伸，从而得到再生蚕丝纤维。

7、本申请的方法中，ca2+和co32-反应得到的碳酸钙粒子在丝素蛋白基体中原位矿化，有利于增强碳酸钙粒子与丝素蛋白基体之间的界面相互作用、提高碳酸钙粒子与丝素蛋白基体之间的相容性，从而有利于碳酸钙粒子在丝素蛋白溶液中的均匀分散，降低了碳酸钙粒子在丝素蛋白基体中发生团聚的风险。在丝素蛋白/碳酸钙溶液经挤出凝固、多级拉伸的过程中，碳酸钙粒子与丝素蛋白基体仍然能够通过强相互作用结合在一起。由此，制备得到的再生蚕丝纤维能够具有极高的强度和韧性。

8、在本申请任意实施方式中，丝素蛋白溶液中的丝素蛋白为提取自蚕茧的丝素蛋白，优选地，蚕茧包括桑蚕茧、柞蚕茧、蓖麻蚕茧中的一种或几种。

9、在本申请任意实施方式中，提供丝素蛋白溶液包括：

10、通过碱性溶液对蚕茧进行脱胶处理，得到脱胶蚕丝纤维；

11、将脱胶蚕丝纤维加入至libr溶液，以使脱胶蚕丝纤维溶解，从而得到丝素蛋白溶液。

12、在本申请任意实施方式中，丝素蛋白溶液中，丝素蛋白的质量百分含量为2-8％。

13、在本申请任意实施方式中，制备丝素蛋白/碳酸钙溶液，包括：

14、向丝素蛋白溶液中加入ca2+源和co32-源，在4-25℃下使ca2+和co32-反应0.5-2天，以使ca2+和co32-反应得到的碳酸钙粒子在丝素蛋白基体中原位矿化，从而得到丝素蛋白/碳酸钙溶液。

15、在本申请任意实施方式中，ca2+源选自氯化钙溶液、硝酸钙溶液或其组合，优选地，ca2+源中，ca2+的浓度为0.01-0.5mol/l；和/或

16、co32-源选自碳酸钠溶液、碳酸铵溶液、碳酸钾溶液或其组合，优选地，co32-源中，co32-的浓度为0.01-0.5mol/l。

17、在本申请任意实施方式中，基于丝素蛋白/碳酸钙溶液的总质量，碳酸钙的质量百分含量为0.5-3％。

18、在本申请任意实施方式中，多级拉伸的倍数为3-10倍，优选为6-9倍。

19、在本申请任意实施方式中，对初生纤维进行多级拉伸，包括：

20、依次通过第一转辊、第二转辊和第三转辊对初生纤维进行拉伸，其中，第一转辊的转速为1.2-2.0m/min，第二转辊的转速为3-8m/min，第三转辊的转速为4-19m/min。

21、本申请第二方面提供一种根据第一方面的方法制备的再生蚕丝纤维。

技术特征：

1.一种用于制备再生蚕丝纤维的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述丝素蛋白溶液中的丝素蛋白为提取自蚕茧的丝素蛋白，优选地，所述蚕茧包括桑蚕茧、柞蚕茧、蓖麻蚕茧中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述提供丝素蛋白溶液包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述丝素蛋白溶液中，丝素蛋白的质量百分含量为2-8％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制备丝素蛋白/碳酸钙溶液，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ca2+源选自氯化钙溶液、硝酸钙溶液或其组合，优选地，所述ca2+源中，ca2+的浓度为0.01-0.5mol/l；和/或

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，基于所述丝素蛋白/碳酸钙溶液的总质量，碳酸钙的质量百分含量为0.5-3％。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多级拉伸的倍数为3-10倍，优选为6-9倍。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述对所述初生纤维进行多级拉伸，包括：

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的方法制备的再生蚕丝纤维。

技术总结
本申请公开了一种用于制备再生蚕丝纤维的方法、再生蚕丝纤维。该方法包括：提供丝素蛋白溶液；制备丝素蛋白/碳酸钙溶液，包括向丝素蛋白溶液中加入Ca<supgt;2+</supgt;源和CO<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;源，以使Ca<supgt;2+</supgt;和CO<subgt;3</subgt;<supgt;2‑</supgt;反应得到的碳酸钙粒子在丝素蛋白基体中原位矿化，从而得到丝素蛋白/碳酸钙溶液；制备初生纤维，包括将丝素蛋白/碳酸钙溶液挤出至醇类凝固浴，从而得到初生纤维；制备再生蚕丝纤维，包括对初生纤维进行多级拉伸，从而得到再生蚕丝纤维。本申请的方法制备得到的再生蚕丝纤维能够具有极高的强度和韧性。

技术研发人员：张莹莹,张勇
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12