[发明专利]一种可降解生物质基高强韧抗菌纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种可降解生物质基高强韧抗菌纤维的制备方法，该生物质基纤维采用静电纺丝方式制备。其制备工艺为：首先，以二甲基长链烷烃叔胺基壳聚糖、O‑乙胺羟乙基壳聚糖、蓖麻油二元醇、降冰片烷二异氰酸酯、乙二胺等为原料合成生物质基聚氨酯，将此生物质基聚氨酯溶于二甲基亚砜和四氢呋喃混合溶剂中通过静电纺丝制备纤维，将纤维进一步静置于四臂聚乙二醇丙醛水溶液中，调节pH值反应12个小时，得到最终纤维产物。该生物质基纤维具有良好的强度、韧性和抗菌性，可应用于生物医药领域。

技术领域

本发明涉及一种生物质基纤维的制备方法，尤其涉及一种具有高强韧、良好抗菌性的生物质基纤维的制备方法。

背景技术

纤维材料在材料中的比重非常之大，除在服装和纺织领域使用天然棉、麻等生物质天然纤维外，大部分性能优异的纤维材料仍采用塑料材料。一方面，塑料材料虽然拥有较优异的力学性能和广泛的适用性，但其来源于石油产品且无法降解，会造成环境污染也造成了资源浪费，另一方面，塑料材料由于其基团的单一要实现某些功能性也非常困难，寻找性能优良、具有功能性且来源于可再生材料的替代材料则成为目前材料领域研究的重中之重。

在目前的可降解材料中，多种生物可降解材料被用于塑料替代中。如淀粉、聚乳酸、生物聚酯、壳聚糖、纤维素等。但单独使用各有各的缺陷，如淀粉、壳聚糖等非常脆，很难单独使用制备成为纤维。采用生物聚酯材料如聚乳酸（PLA）、聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)（PBAT）是生物质基纤维的主流产品，在医疗制品、3D打印制品中广泛应用，但使用纯原料时也存在一定缺陷，如PLA非常脆，容易断裂，而PBAT纤维偏软，强度较小，一定程度上限制了两者的应用。开发性能优越、可降解的、环保的纤维材料是具有巨大应用前景的。

静电纺丝是近年来逐渐成熟的一种纤维制备方式，此方式可以适应不同原料的纺丝需求这也让不同生物质材料实现纺丝成为可能。聚氨酯具有良好的力学性能可调性，是一种可实现接近于生物组织材料特性的材料，近年来已有多种将聚氨酯材料采用静电纺丝加工成纤维的案例，如2019100407504公开的一种聚氨酯复合人造血管用材料的制备方法及制得的人造血管与血管补片，即将聚氨酯通过静电纺丝成纤维以模拟血管结构。采用生物质聚氨酯以静电纺丝的方式制备纤维材料具有巨大的潜力，但如果选取生物质材料用于聚氨酯的合成，同时兼具良好的性能和静电纺丝加工性，仍是一个很大的挑战。

发明内容

本发明的目的是为了克服生物质纤维材料力学性能和功能上的缺陷，提供一种高强度、高韧和抗菌性的生物质基纤维的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可降解生物质基高强韧抗菌纤维的制备方法，其制备过程包括以下步骤：

（1）生物质基聚氨酯的制备：将一定量二甲基长链烷烃叔胺基壳聚糖、O-乙胺羟乙基壳聚糖、蓖麻油二元醇溶解于丙酮中，得到浓度介于8-12wt%的溶液A，将溶液A温度保持于50℃，将浓度为5-10wt%的降冰片烷二异氰酸酯的丙酮溶液加入溶液A中，250-400rmp速度搅拌10-20分钟后，将温度升高至60℃，调节pH值至8-9之间，缓慢滴加入浓度为6-12wt%的乙二胺的丙酮溶液，保持温度反应1小时，后降低温度至30℃，继续反应2小时，后将溶液倒入水中，析出固体物后干燥磨碎得到生物质聚氨酯颗粒；以上所有反应均在回流状态及氮气保护下进行；

其中二甲基长链烷烃叔胺基壳聚糖、O-乙胺羟乙基壳聚糖、蓖麻油二元醇、降冰片烷二异氰酸酯、乙二胺的质量比为1：1.2-1.6：4.2-6.5：12.4-18.8：0.4-0.8；

（2）生物质基聚氨酯纤维的制备：将（1）中所制备的生物质聚氨酯颗粒溶解于二甲基亚砜和四氢呋喃以质量1:1混合的溶剂中，40℃下200-300rmp搅拌2-3小时后，升温至45℃，静置1-2小时，控制粘度达到500-800 mPa.s/25℃，形成静电纺丝液A，将静电纺丝液A通过静电纺丝装置在丙酮溶液中纺丝形成纤维；