[发明专利]可降解纺丝材料及其制备方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种作为服装可降解纺丝新材料及其制备方法，该材料以食用明胶(Edible Kglutin)或工业明胶(Industry Kglutin)为原料研制的一种可降解、环保型服装纺丝新材料，具有天然丝棉的一些特性，对皮肤有一定亲和性，无副作用，是替代化纤产品良好材料，对于发展绿色纺丝具有重要作用。

二、背景技术：

明胶是以牛、猪等动物骨、皮革工业废弃物为原料，经一系列预处理和净化，提取出其中的胶原，使其适度降解，再经过热变性等工序而制得的。明胶既是一种蛋白质，又是一种高分子生物材料。

明胶是典型的多肽链的两性聚合物电解质，侧链基团反应活性高。明胶能溶于热水，冷却后成凝胶状物，溶于甘油、乙酸、尿素、硫脲等，不溶于乙醇和乙醚。在干燥情况下能长期储存，而遇潮湿空气很容易受到细菌作用而变质。

我国制革工业每年加工各类原料皮达600多万吨，其中只有25％左右的原料皮变成革，每年废弃物料达450多万吨，是提取明胶的重要原料，本发明实现了制革固体废弃物的部分利用，有利于环境保护和制革工业的持续发展。

明胶的主要类型及用途。食用明胶(雪糕、奶油糕、冰淇淋、软糖、果胶、果冻、蛋糕等)，年约需1.1万t。医用明胶(胶囊、胶丸、油胶、软胶等)，年约需2700t。感光材料用(照相纸、纸片、电影胶卷等)，年约需1500t。工业用明胶(纺织、印刷、化工、电镀等)，年约需2000t。

明胶作为纤维纺织材料的优点主要有：(1)良好的降解性，从而有望减轻化学纤维不易降解带来的环境破坏。(2)与人体皮肤具有较好的亲和性，人穿上用明胶做成的纤维材料制作的衣服会感觉舒适柔滑，无过敏等不良反应。(3)明胶的来源丰富，价格相比胶原蛋白便宜很多。

明胶作为纤维纺织材料存在的主要缺陷：(1)力学强度不大；(2)明胶易于发生胶化反应；(3)溶解后的明胶，不易固定；(4)生物降解速率快，不易控制。所以，目前主要应用在医药方面。在日用方面明胶只作为辅料(含量在30％内)。

为了克服明胶的这些不足，通常选择对其进行交联改性、复合改性等。目前国内外明胶改性进行纺丝研究主要是：

在制作方法上采用静电纺丝技术、熔融法纺丝技术。在原料上采用复合材料。复合种类主要有：聚乳酸乙醇酸(PLGA)/明胶(Gt)、海藻酸钠-明胶共混体系、聚乙烯醇与明胶混纺丝。改性用化学交联剂有醛类：甲醛、戊二醛、乙醛酸等；酯类：1，6-己二异氰酸酯(HDI)、γ-硫代丁内酯等。叠氮化物类：叠氮二苯基磷(DPPA)、酰基叠氮化物等；无机类：金属离子等，一些金属离子如Zn²⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zr²⁺、Cr³⁺和Fe²+等有空的d电子轨道，具有一定的配位能力，与胶原蛋白发生螯合交联作用。另外还有：聚环氧化物、环氧化合物、京尼平、碳化二亚胺(EDC)等。

贾淑平等人用明胶与聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖以不同比例混合，通过对共混纺丝纤维的力学性能的测试，蛋白质含量的凯氏定氮测定仪测定，吸湿量的测定，等实验，对共混体系进行了性能表征，对共混物的物理兼容性，相互作用展开了研究，表明明胶、PVA和壳聚糖之间有较为强烈的相互作用，并确定了该共混体系的最佳配比为0.5∶9∶0.5复合纤维的热拉伸条件为：温度200℃、拉伸率90％、处理时间3min，得到的复合纤维的断裂强度为1.886cN/dtex，断裂伸长率为21.59％，回潮率11.02％，含水率11.13％，蛋白质含量5.268％。纤维力学性能检测的结果在一定程度上说明了所得纤维可以作为服饰用纤维使用。

另外，华坚等人研究了胶原蛋白壳聚糖共混溶液的黏度特性和纺丝性能。实验结果表明，用Na₂SO₄作为纺丝凝固剂，所得纤维断裂强度0.2-0.3N/mm²，断裂伸长38-45％，弹性恢复(5％伸长)90-95％，回潮率20％。由此可见，胶原蛋白一壳聚糖共混溶液可纺性能良好，且能得到一定力学性能的纤维。卫华等人用壳聚糖与胶原以不同比例混合，通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)，差示扫描量热法(DSC)及透光率实验对共混体系进行了性能表征，对共混物的物理兼容性，相互作用展开了研究，表明胶原蛋白和壳聚糖之间有较为强烈的相互作用，并确定了该共混体系的最佳配比为：胶原蛋白∶壳聚糖＝20∶80，此时共混液可纺性最好。