[发明专利]一种改性淀粉静电纺丝制备纤维的方法

说明书

技术领域：

本发明属于生物质资源利用领域，具体涉及一种改性淀粉静电纺丝制备纤维的方法。

背景技术：

淀粉是由植物经光合作用转化而成的一种天然高聚物，主要在植物的种子、块茎或根部存在，尤其是谷类，如稻米、小麦、玉米等；在马铃薯、木薯、甘薯等薯类的组织中也大量存在，并与蛋白质、纤维、油脂、糖及矿物质等共存。由于淀粉具有价格低廉、来源广泛、可生物降解、生物相容性好、可再生等优点，使得淀粉成为一种重要的工业原料，可广泛应用于医药、食品、发酵工业以及纺织、造纸和精细化工中。但同时天然淀粉具有水溶性差、随温度升高易膨胀糊化、粘度高、易老化、流动性差、缺乏乳化能力等缺点，会限制其在各个领域中的广泛使用，特别是在广泛采用新工艺、新技术、新设备的情况下，天然淀粉的应用受到极大的限制。因此，人们根据淀粉的结构及理化性质对其进行变性处理，使得原淀粉的性质发生一系列的变化，拓宽了其应用前景。淀粉的化学改性主要有两个方面：一是利用糖苷键对水、化学试剂和外界能量的不稳定性而产生断裂，使淀粉分子量降低，主要有酸化淀粉、氧化淀粉以及热转化淀粉；二是利用葡萄糖结构上的三个羟基活性基团，与化学试剂发生反应，主要有接枝淀粉、淀粉酯、淀粉醚等。

人们发现直径在亚微米或纳米级的聚合物超细纤维具有独特的性能，比如大的比表面积、超强的力学性能等，在生物医用、过滤阻隔、个体防护和超级传感器材料等方面具有广阔的应用前景。静电纺丝技术作为制备聚合物超细纤维的一种简单易行的方法，近年来发展迅速。其基本原理是聚合物在加热熔融或溶解状态下，通过高压电场作用形成纳米纤维的过程，首先聚合物溶液或熔体在几千至几万伏高压静电下带电，聚合物液滴在电场力和溶液表面张力的相互作用下形成毛细管的Taylor锥。当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发，落在接收装置上固化，形成类似非织造布状的纤维毡。用静电纺丝法制得的纤维比用传统纺丝方法的细得多，直径一般在数十到上千纳米。也就是我们统称的超细纤维。人们已对众多聚合物的静电纺丝进行了广泛研究，但对改性淀粉衍生物溶液及熔融静电纺丝制备纤维的研究还未有报道。

发明内容：

本发明的目的是提供一种改性淀粉静电纺丝制备纤维的方法，它制得的淀粉基纤维保持了淀粉本身生物相容性好的优点，同时又具有比表面积大、孔隙小、且孔隙率高等优点，在废水处理、气体过滤、液体过滤如自来水净化滤芯，个体防护如防PM2.5的口罩、分散纳米结构的催化剂颗粒、可降解纤维制造等方面有广泛的用途。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下制备方法：1、将5-10质量份的淀粉加入到50-100质量份的蒸馏水中，在80℃条件下搅拌糊化0.5-1小时，随后加入0.01-0.1mol/L的酸性溶液0.2-1体积份，在70-90℃下搅拌反应1-3小时，冷却并用2mol/L氢氧化钠溶液中和，适量乙醇沉淀，抽滤后在65℃的条件下烘干；

2、把烘干的降解淀粉取2-5份加入到60-200份蒸馏水中，通氮气保护，水浴加热到60-75℃，搅拌10-30min后加入0.1-2质量份的引发剂过硫酸铵并搅拌引发10-30min，随后加入4-20质量份乙烯基型单体，在60-80℃下氮气保护反应2-6小时，然后用乙醇沉淀，在65℃下真空干燥，得到反应粗产物，用索氏提取器将粗产物用丙酮洗提24小时直至除去反应产生的均聚物，在65℃下真空干燥24小时，粉碎成粉末即得到纯净的改性产物；

3、将纯接枝产物粉末溶于有机溶剂，配制成质量分数为3％-30％的溶液，然后将溶液搅拌4-12小时，并在超声波中超声10-40min，至完全溶解，得到静电纺丝溶液。

4、将溶液抽取到带有不锈钢针头的注射器中并固定在高压静电纺丝机中，同时设置合适的电压、喷丝头与接收屏之间的距离、纺丝环境温度、纺丝流量后进行静电纺丝，在接收屏上即可得到淀粉基纤维。

步骤1中所述的淀粉包括木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉；所述的酸性溶液包括盐酸、硫酸、磷酸、醋酸。

步骤2中的所述的引发剂过硫酸铵可替换为过硫酸钾、过硫酸钾/亚硫酸钠、硝酸铈铵；所述的乙烯基单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺中的一种或几种的混合。