[发明专利]角蛋白‑多壁碳纳米管复合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成纤维工业技术领域，具体涉及一种角蛋白-多壁碳纳米管复合纤维的制备方法。

背景技术

我国作为世界上第2大羊毛生产国，羊毛产量日益增长，每年都有大量的劣质粗毛和废旧羊毛制品被废弃。羊毛中80％以上的物质是角蛋白，角蛋白作为一种生物材料具有良好的生物相容性及可降解性，吸引了国内外研究者的关注。羊毛角蛋白的相对分子质量大于100000，可作为一种良好的生物纺丝材料口。目前国内外关于溶解羊毛提取角蛋白的方法很多，主要有还原法、氧化法、离子液体法等。但这些方法由于提取过程复杂，后处理需要进行透析，使得整个流程耗时较长，不易快速有效地从羊毛中提取角蛋白。因此如何高效、快速地溶解羊毛提取角蛋白是对废弃羊毛再生利用的关键。碳纳米管(CNTs)作为1种一维材料有着优异的力学性能，可以用作制备高性能复合材料的增强填料，但由于CNTs长径比较大，使其在基体中极易团聚，造成增强效果达不到预期的效果。对CNTs进行改性可以改善其分散性能，达到良好的增强效果。传统的酸化处理会对CNTs结构造成破坏，使得其性能减弱，而在多聚磷酸／五氧化二磷弱酸体系下，通过傅克反应对碳纳米管进行无损化改性。在其表面接枝芳香氨基基团，达到均匀分散的目的。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种角蛋白-多壁碳纳米管复合纤维的制备方法。

本发明的技术方案在于：

一种角蛋白-多壁碳纳米管复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）羊毛角蛋白的提取；

（2）功能化多壁碳纳米管的制备；

（3）角蛋白-碳纳米管复合纤维的制备。

所述的羊毛角蛋白的提取的过程为：将羊毛洗净，干燥后剪碎至长度约0.5cm，取羊毛10.0 g、8 mol／L的尿素溶液、L-半胱氨酸1g置于500 mL的三口烧瓶中，用NaOH溶液调节pH值至11，70 ℃下机械搅拌反应24 h，将所得产物进行离心分离取上层清液，使用1 mol／L的HCl溶液调节清液pH值至4，析出乳白色角蛋白，将角蛋白进行抽滤洗涤，50℃下干燥即得角蛋白。

所述的功能化多壁碳纳米管的制备方法为：首先，取壁碳纳米管1g、对氨基苯甲酸1g、多聚磷酸40g置于250 mL的三口烧瓶中，升温至130℃下机械搅拌3 h，加入五氧化二磷10g，保持130℃、连续反应72 h，氮气保护；所得产物用蒸馏水和氨水反复洗涤过滤，并且对产物用蒸馏水和无水甲醇索氏提取各3d，以除去多余的反应物及杂质，然后真空干燥即得功能化多壁碳纳米管。

所述的将功能化多壁碳纳米管加入到pH值为9.5，浓度为0.3 mol／L的碳酸钠缓冲溶液中进行超声1 h，使CNTs在溶液中均匀分散，随后加入角蛋白使其成为浓度为20％的纺丝液并加入角蛋白质量分数为10％的SDS，将纺丝液静置24 h使角蛋白完全溶解，随后加热至90℃持续1 h；采用湿法纺丝装置进行复合纤维的制备，配制10％的乙酸溶液作为凝固浴，凝固浴槽长度为1m，喷丝头直径为0.13 mm，纺丝速度为0.3m／min，卷绕速度为3m／min；将纺出的复合纤维经水洗祛除盐和溶剂，即得角蛋白-多壁碳纳米管复合纤维。

本发明的技术效果在于：

本发明碳纳米管加入对纤维的结晶度有所提高，并且能够诱导角蛋白内部形成较多的β-折叠的二级结构构象；随着碳纳米管的加入，复合纤维的拉伸断裂强度增加。

具体实施方式

一种角蛋白-多壁碳纳米管复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）羊毛角蛋白的提取：

将羊毛洗净，干燥后剪碎至长度约0.5cm，取羊毛10.0 g、8 mol／L的尿素溶液、L-半胱氨酸1g置于500 mL的三口烧瓶中，用NaOH溶液调节pH值至11，70 ℃下机械搅拌反应24 h，将所得产物进行离心分离取上层清液，使用1 mol／L的HCl溶液调节清液pH值至4，析出乳白色角蛋白，将角蛋白进行抽滤洗涤，50℃下干燥即得角蛋白。

（2）功能化多壁碳纳米管的制备：

首先，取壁碳纳米管1g、对氨基苯甲酸1g、多聚磷酸40g置于250 mL的三口烧瓶中，升温至130℃下机械搅拌3 h，加入五氧化二磷10g，保持130℃、连续反应72 h，氮气保护；所得产物用蒸馏水和氨水反复洗涤过滤，并且对产物用蒸馏水和无水甲醇索氏提取各3d，以除去多余的反应物及杂质，然后真空干燥即得功能化多壁碳纳米管。

（3）角蛋白-碳纳米管复合纤维的制备：

所述的将功能化多壁碳纳米管加入到pH值为9.5，浓度为0.3 mol／L的碳酸钠缓冲溶液中进行超声1 h，使CNTs在溶液中均匀分散，随后加入角蛋白使其成为浓度为20％的纺丝液并加入角蛋白质量分数为10％的SDS，将纺丝液静置24 h使角蛋白完全溶解，随后加热至90℃持续1 h；采用湿法纺丝装置进行复合纤维的制备，配制10％的乙酸溶液作为凝固浴，凝固浴槽长度为1m，喷丝头直径为0.13 mm，纺丝速度为0.3m／min，卷绕速度为3m／min；将纺出的复合纤维经水洗祛除盐和溶剂，即得角蛋白-多壁碳纳米管复合纤维。