CN105951441A - 一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布及其制备方法 - Google Patents

一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，包括以下步骤：将蝉壳去除杂质形成蝉壳粉末，经脱除蛋白质和无机盐，得到预处理的蝉壳粉末和蝉壳蛋白质溶液；将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到蛋白质整理剂；将预处理的蝉壳粉末经碱液和二椰油基二甲基氯化铵改性得到改性的壳聚糖纤维溶液；将改性的壳聚糖纤维溶液真空过滤，脱水处理得到壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆蛋白质整理剂，预烘，水洗，干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。本发明制备的无纺布绿色、亲肤、轻薄、柔软、抗菌。

Description

一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布及其制备方法。
背景技术
蝉壳是蝉科昆虫幼虫羽化时脱落的皮壳，在夏季和秋季可以收集到，蝉壳的全形似蝉，内部中空，表面呈茶棕色，半透明膜状，有光泽，容易碎，气微弱，味淡。蝉壳可以用作中药材，与其他药材一起治疗风热感冒、温病初起、咽痛音哑、麻疹不透、风疹瘙痒、小儿夜啼不安等症状。除此之外，蝉壳的应用十分少见。
中国文献(“四种昆虫甲壳素的提取及昆虫壳聚糖和羧甲基壳聚糖的制备”，郭宝华，硕士论文，中国林业研究院，2005年6月)公开的四种昆虫甲壳素的提取及昆虫壳聚糖和羧甲基壳聚糖的制备，公开了蝉蛻(蝉壳)作为原料，经脱除蛋白质和无机盐后得到甲壳素，再将甲壳素经脱色、脱乙酰度、氯乙酸改性后得到羧甲基壳聚糖，制备的羧甲基壳聚糖具有抗菌性、螯合性、乳化性和成膜性性质，可应用于农业、食品工业、水处理和医药方面，且经研究发现，蝉壳中所得的甲壳素并不低于虾、蟹中得到的甲壳素，但是基于蝉壳提取的甲壳素受季节和环境的影响较大，而且利用蝉壳为原料制备的壳聚糖纤维在纺织领域的研究并不多见。然而，由虾蟹等作为原料制备的壳聚糖纤维在纺织领域的应用较多，因此将利用蝉壳为原料制备的壳聚糖纤维用于制备纺织面料也具有一定的可行性。而且，蝉壳处理中得到的蛋白质副产品也可以用于纺织面料的后整理工艺，充分利用蝉壳材料，可最大限度提高蝉壳的经济价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布及其制备方法，采用蝉壳作为原料，通过提取和改性得到蝉壳蛋白质和改性壳聚糖纤维，将改性壳聚糖纤维制备形成纤维无纺布，再经蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白整理后得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。该方法制备的无纺布的主要原料为蝉壳制备的壳聚糖纤维，且经蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白整理，因此以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布具有绿色、亲肤、轻薄、柔软、抗菌等优异性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布，所述以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布包括壳聚糖纤维、蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白，所述壳聚糖纤维由蝉壳粉末制备，所述蝉壳粉末纬脱除蛋白质和无机盐的预处理的蝉壳粉末，所述壳聚糖纤维为经碱液和二椰油基二甲基氯化铵处理的改性壳聚糖纤维。
作为上述技术方案的优选，所述以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布是采用真空过滤脱水的方法制备而成，所述以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的表面含有蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白。
本发明还提供一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，包括以下步骤：
(1)将蝉壳去除杂质，充分干燥，剪碎，研磨成粉，形成蝉壳粉末，将蝉壳粉末置于碱液中，加热搅拌，离心水洗，得到初级蝉壳粉末和蛋白质溶液，再将去除蛋白质的蝉壳粉末加入酸性溶液中，加热搅拌，离心水洗，得到预处理的蝉壳粉末；
(2)将步骤(1)制备的蛋白质溶液调节pH值至3-4，浓缩蒸发得到蝉壳蛋白质溶液，再将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到蛋白质整理剂；
(3)将步骤(1)制备的预处理的蝉壳粉末分散于醇中，振荡溶胀，加入20g/L的氢氧化钠碱液和二椰油基二甲基氯化铵，恒温搅拌，得到改性的壳聚糖纤维溶液；
(4)将步骤(3)制备的改性的壳聚糖纤维溶液充分搅拌，真空过滤，脱水处理得到壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆步骤(2)制备的蛋白质整理剂，预烘，水洗，室温干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，预处理的蝉壳粉末的乙酰度为65-70％，预处理的蝉壳粉末的粒径为50-80目。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，蛋白质整理剂中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的质量比为1:1-3，蛋白质整理剂中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的总质量分数为10-20％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，振荡溶胀的温度为40-50℃，时间为24-36h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，恒温搅拌的温度为60-70℃，时间为1-2h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，预处理的蝉壳粉末、醇、氢氧化钠碱液和二椰油基二甲基氯化铵的料液比为1g:5-10ml:3-6ml:2-4ml。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，改性的壳聚糖纤维溶液的质量分数为0.1-0.2％，改性的壳聚糖纤维的直径为15-20nm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，预烘的温度为50-60℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布采用蝉壳作为主要原料，蝉壳属于一种中药材，经由蝉壳制备的蛋白质和甲壳素也相应的具有抗菌防皱等功效，本发明采用蝉壳制备的壳聚糖纤维作为无纺布基底，由蝉壳蛋白质配合蚕丝蛋白进行后整理，得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布，充分利用了蝉壳的综合成分，提高了蝉壳的经济价值,扩大了蝉壳的应用领域。
(2)本发明制备的以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布采用真空过滤脱水的方法制备，该方法制备的无纺布中纳米级壳聚糖纤维之间会形成强烈的氢键，自然的积聚在一起形成致密的网络结构，使无纺布面料轻薄、柔韧，透光性好，还具有抗菌抗皱特性。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将蝉壳去除杂质，充分干燥，剪碎，研磨成粉，形成蝉壳粉末，将蝉壳粉末置于10g/L的氢氧化钠溶液中，70℃下加热搅拌30min，离心水洗，得到初级蝉壳粉末和蝉壳蛋白质溶液，再将去除蛋白质的蝉壳粉末加入盐酸溶液中，搅拌30min，离心水洗，得到50目的预处理的蝉壳粉末，预处理的蝉壳粉末的乙酰度为65％。
(2)将蝉壳蛋白质溶液调节pH值至3，浓缩蒸发得到蝉壳蛋白质溶液，再将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到总质量分数为10％的蛋白质整理剂，其中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的质量比为1:1。
(3)将1g预处理的蝉壳粉末分散于5ml乙醇溶液中，40℃下振荡溶胀24h，加入3ml 20g/L的氢氧化钠碱液和2ml二椰油基二甲基氯化铵，60℃下恒温搅拌1h，得到质量分数为0.1％的改性的壳聚糖纤维溶液，其中改性的壳聚糖纤维的直径为15nm。
(4)将改性的壳聚糖纤维溶液充分搅拌48h，真空过滤，脱水处理得到含水率为1％的壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆蛋白质整理剂，在50℃下预烘，水洗，室温干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。实施例2：
(1)将蝉壳去除杂质，充分干燥，剪碎，研磨成粉，形成蝉壳粉末，将蝉壳粉末置于20g/L的氢氧化钠溶液中，70℃下加热搅拌60min，离心水洗，得到初级蝉壳粉末和蝉壳蛋白质溶液，再将去除蛋白质的蝉壳粉末加入盐酸溶液中，搅拌60min，离心水洗，得到80目的预处理的蝉壳粉末，预处理的蝉壳粉末的乙酰度为70％。
(2)将蝉壳蛋白质溶液调节pH值至4，浓缩蒸发得到蝉壳蛋白质溶液，再将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到总质量分数为20％的蛋白质整理剂，其中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的质量比为1:3。
(3)将1g预处理的蝉壳粉末分散于10ml乙醇溶液中，50℃下振荡溶胀36h，加入6ml 20g/L的氢氧化钠碱液和4ml二椰油基二甲基氯化铵，70℃下恒温搅2h拌，得到质量分数为0.2％的改性的壳聚糖纤维溶液，其中改性的壳聚糖纤维的直径为20nm。
(4)将改性的壳聚糖纤维溶液充分搅拌48h，真空过滤，脱水处理得到含水率为2％的壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆蛋白质整理剂，在60℃下预烘，水洗，室温干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。实施例3：
(1)将蝉壳去除杂质，充分干燥，剪碎，研磨成粉，形成蝉壳粉末，将蝉壳粉末置于15g/L的氢氧化钠溶液中，70℃下加热搅拌50min，离心水洗，得到初级蝉壳粉末和蝉壳蛋白质溶液，再将去除蛋白质的蝉壳粉末加入盐酸溶液中，搅拌40min，离心水洗，得到60目的预处理的蝉壳粉末，预处理的蝉壳粉末的乙酰度为68％。
(2)将蝉壳蛋白质溶液调节pH值至3.5，浓缩蒸发得到蝉壳蛋白质溶液，再将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到总质量分数为15％的蛋白质整理剂，其中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的质量比为1:2。
(3)将1g预处理的蝉壳粉末分散于8ml乙醇溶液中，45℃下振荡溶胀30h，加入4ml 20g/L的氢氧化钠碱液和3ml二椰油基二甲基氯化铵，65℃下恒温搅1.5h拌，得到质量分数为0.15％的改性的壳聚糖纤维溶液，其中改性的壳聚糖纤维的直径为17nm。
(4)将改性的壳聚糖纤维溶液充分搅拌48h，真空过滤，脱水处理得到含水率为1.5％的壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆蛋白质整理剂，在55℃下预烘，水洗，室温干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。实施例4：
(1)将蝉壳去除杂质，充分干燥，剪碎，研磨成粉，形成蝉壳粉末，将蝉壳粉末置于20g/L的氢氧化钠溶液中，70℃下加热搅拌45min，离心水洗，得到初级蝉壳粉末和蝉壳蛋白质溶液，再将去除蛋白质的蝉壳粉末加入盐酸溶液中，搅拌60min，离心水洗，得到80目的预处理的蝉壳粉末，预处理的蝉壳粉末的乙酰度为70％。
(2)将蝉壳蛋白质溶液调节pH值至3，浓缩蒸发得到蝉壳蛋白质溶液，再将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到总质量分数为14％的蛋白质整理剂，其中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的质量比为1:1.5。
(3)将1g预处理的蝉壳粉末分散于8ml乙醇溶液中，50℃下振荡溶胀36h，加入5ml 20g/L的氢氧化钠碱液和3ml二椰油基二甲基氯化铵，70℃下恒温搅1h拌，得到质量分数为0.1％的改性的壳聚糖纤维溶液，其中改性的壳聚糖纤维的直径为20nm。
(4)将改性的壳聚糖纤维溶液充分搅拌48h，真空过滤，脱水处理得到含水率为1％的壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆蛋白质整理剂，在50℃下预烘，水洗，室温干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。实施例5：
(1)将蝉壳去除杂质，充分干燥，剪碎，研磨成粉，形成蝉壳粉末，将蝉壳粉末置于20g/L的氢氧化钠溶液中，70℃下加热搅拌30min，离心水洗，得到初级蝉壳粉末和蝉壳蛋白质溶液，再将去除蛋白质的蝉壳粉末加入盐酸溶液中，搅拌60min，离心水洗，得到60目的预处理的蝉壳粉末，预处理的蝉壳粉末的乙酰度为67％。
(2)将蝉壳蛋白质溶液调节pH值至4，浓缩蒸发得到蝉壳蛋白质溶液，再将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到总质量分数为10％的蛋白质整理剂，其中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的质量比为1:3。
(3)将1g预处理的蝉壳粉末分散于10ml乙醇溶液中，40℃下振荡溶胀36h，加入3ml 20g/L的氢氧化钠碱液和4ml二椰油基二甲基氯化铵，60℃下恒温搅1.5h拌，得到质量分数为0.1％的改性的壳聚糖纤维溶液，其中改性的壳聚糖纤维的直径为15nm。
(4)将改性的壳聚糖纤维溶液充分搅拌48h，真空过滤，脱水处理得到含水率为2％的壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆蛋白质整理剂，在55℃下预烘，水洗，室温干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。实施例6：
(1)将蝉壳去除杂质，充分干燥，剪碎，研磨成粉，形成蝉壳粉末，将蝉壳粉末置于20g/L的氢氧化钠溶液中，70℃下加热搅拌40min，离心水洗，得到初级蝉壳粉末和蝉壳蛋白质溶液，再将去除蛋白质的蝉壳粉末加入盐酸溶液中，搅拌40min，离心水洗，得到80目的预处理的蝉壳粉末，预处理的蝉壳粉末的乙酰度为65％。
(2)将蝉壳蛋白质溶液调节pH值至3.5，浓缩蒸发得到蝉壳蛋白质溶液，再将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到总质量分数为20％的蛋白质整理剂，其中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的质量比为1:2.5。
(3)将1g预处理的蝉壳粉末分散于10ml乙醇溶液中，45℃下振荡溶胀36h，加入6ml 20g/L的氢氧化钠碱液和2ml二椰油基二甲基氯化铵，70℃下恒温搅1.5h拌，得到质量分数为0.1％的改性的壳聚糖纤维溶液，其中改性的壳聚糖纤维的直径为20nm。
(4)将改性的壳聚糖纤维溶液充分搅拌48h，真空过滤，脱水处理得到含水率为2％的壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆蛋白质整理剂，在55℃下预烘，水洗，室温干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。
经检测，实施例1-6制备的以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的抗菌性、机械强度和抗皱性能的结果如下所示：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
拉伸断裂强力(cN) 123 138 126 129 130 127
断裂伸长率(％) 13 11 16 15 15 14
抗菌率(％) 89 92 93 94 95 94
弹性回复角(°) 159 157 168 149 150 153
由上表可见，本发明制备的以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的机械强度良好，抗菌性和抗皱性优良。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布，其特征在于：所述以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布包括壳聚糖纤维、蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白，所述壳聚糖纤维由蝉壳粉末制备，所述蝉壳粉末纬脱除蛋白质和无机盐的预处理的蝉壳粉末，所述壳聚糖纤维为经碱液和二椰油基二甲基氯化铵处理的改性壳聚糖纤维。
2.根据权利要求1所述的一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布，其特征在于：所述以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布是采用真空过滤脱水的方法制备而成，所述以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的表面含有蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白。
3.一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
(1)将蝉壳去除杂质，充分干燥，剪碎，研磨成粉，形成蝉壳粉末，将蝉壳粉末置于碱液中，加热搅拌，离心水洗，得到初级蝉壳粉末和蛋白质溶液，再将去除蛋白质的蝉壳粉末加入酸性溶液中，加热搅拌，离心水洗，得到预处理的蝉壳粉末；
(2)将步骤(1)制备的蛋白质溶液调节pH值至3-4，浓缩蒸发得到蝉壳蛋白质溶液，再将蝉壳蛋白质溶液中加入蚕丝蛋白溶液，充分搅拌得到蛋白质整理剂；
(3)将步骤(1)制备的预处理的蝉壳粉末分散于醇中，振荡溶胀，加入20g/L的氢氧化钠碱液和二椰油基二甲基氯化铵，恒温搅拌，得到改性的壳聚糖纤维溶液；
(4)将步骤(3)制备的改性的壳聚糖纤维溶液充分搅拌，真空过滤，脱水处理得到壳聚糖纤维无纺布，将壳聚糖纤维无纺布的表面涂覆步骤(2)制备的蛋白质整理剂，预烘，水洗，室温干燥得到以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布。
4.根据权利要求3所述的一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，预处理的蝉壳粉末的乙酰度为65-70％，预处理的蝉壳粉末的粒径为50-80目。
5.根据权利要求3所述的一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，蛋白质整理剂中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的质量比为1:1-3，蛋白质整理剂中蝉壳蛋白质和蚕丝蛋白的总质量分数为10-20％。
6.根据权利要求3所述的一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，振荡溶胀的温度为40-50℃，时间为24-36h。
7.根据权利要求3所述的一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，恒温搅拌的温度为60-70℃，时间为1-2h。
8.根据权利要求3所述的一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，预处理的蝉壳粉末、醇、氢氧化钠碱液和二椰油基二甲基氯化铵的料液比为1g:5-10ml:3-6ml:2-4ml。
9.根据权利要求3所述的一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，改性的壳聚糖纤维溶液的质量分数为0.1-0.2％，改性的壳聚糖纤维的直径为15-20nm。
10.根据权利要求3所述的一种以蝉壳为原料的壳聚糖纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，预烘的温度为50-60℃。
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