人发角蛋白纳米纤维成纱技术初探

王怡婷，黄润哲，胡佳媛，汤美晶，覃 月，方 莉，李丽芳，詹建朝

(嘉兴学院，浙江 嘉兴 314001)

人发角蛋白纳米纤维成纱技术初探

王怡婷，黄润哲，胡佳媛，汤美晶，覃 月，方 莉，李丽芳，詹建朝*

(嘉兴学院，浙江 嘉兴 314001)

从人发中提取角蛋白，用共轭静电纺纳米纤维水浴成纱技术制备连续纳米纤维纱，研究了正负针头的相对位置对纳米纤维成纱结构的影响。研究结果表明：静电纺角蛋白纳米纤维粗细均匀、成型良好。正负针头与导引纱平行排列，距离超过9cm时所纺纳米纤维纱与导引纱平行排列；距离小于2cm时所纺纳米纤维完全包覆导引纱；正负针头相对距离15cm时，所纺纳米纤维独立成纱，并缠绕在导引纱上。

静电纺；纳米纤维纱；角蛋白

纳米纤维具有比表面积大、尺寸小等优良性能,能满足多种特殊功能性用途的需要,在电学和光学材料、组织功能性材料、仿生材料、药物释放材料、创伤敷料、复合增强材料及过滤材料等领域有着广阔的应用前景。将纳米纤维加工成纳米纤维纱,可织造出多种实物形状,既能拓展纳米纤维材料的应用领域，又进一步提高了其实用价值，加快商业化进程。因此静电纺纳米纤维的成纱技术已成为研究热点，除了Chang[1]通过旋转喷丝装置使喷出的纳米纤维直接加捻成纱外，目前静电纺纳米纤维成纱的主流技术集中在加捻装置的改进上。固体加捻装置主要有金属螺旋圆环[2]、金属圆筒[3]、辊筒[4]、旋转的辊筒[5-6]、金属圆盘[7-9]；液体接收加捻装置主要有静态水浴[10-12]和带有漩涡的动态水浴[13-14]；气体加捻装置主要是喷气涡流[15]。这些成纱装置或技术虽可制备一定长度的纳米纤维纱，大多因纤维强力小、取向低、捻度低等导致纱线易断头、成纱时间短，所采用的材料主要有聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯脂等合成聚合物，天然的生物质纳米纤维成纱技术鲜有报道。本文以人发角蛋白为原料，通过共轭纺丝、动态水浴加捻等成纱技术，探讨静电纺人发角蛋白纳米纤维成纱的可行性。

1 试验部分

1.1 材料

尿素(AR)，偏重亚硫酸钠(AR)，十二烷基硫酸钠(SDS，AR)，聚环氧乙烷50KDa，甲酸(AR)，聚乳酸羟基乙酸(PLGA，分子量6万)，去离子水(自制)，六氟异丙醇，人头发(理发店收集)。

1.2 主要试验装置

静电纺纳米纤维水浴成纱装置(自制)，如图1所示，带有相反电荷的静电纺纳米纤维在芯纱表面沉积，在水浴涡流作用下加捻成纱。

1.3 试验步骤

1.3.1 人发角蛋白的提取

把人发洗净、烘干、剪碎，按照浴比为1∶30的比例置入90 ℃的碱液(尿素40%、SDS1%、偏重亚硫酸钠5%)中反应4h后过滤，得到角蛋白溶液；将角蛋白溶液置入透析袋(截留分子量为10 000～14 000D)中透析2周(每12h换一次水)后，对透析袋中的角蛋白溶液进行冷冻干燥48h后得到人发角蛋白粉。

1.3.2 人发角蛋白纳米纤维纱的纺制

分别称取1g人发角蛋白和0.3g的PLGA加入到盛有10ml六氟异丙醇的样品瓶中，磁力搅拌8h后得到纺丝液。在纺丝电压为13kv、纺丝速度为0.08mm/min、接收距离为20cm等静电纺丝条件下，采用自制水浴成纱装置(如图1所示)进行静电纺纳米纤维成纱技术的试验。

2 结果与讨论

2.1 人发角蛋白的形态结构及红外光谱

人发蛋白外观形态如图2(a)所示，呈松散的棕灰色粉末。对人发蛋白进行傅立叶红外光谱分析，如图2(b)所示。从图2可以看出，人发角蛋白具有酰胺I带(1 649cm-1，C=O、N-H伸缩振动)、酰胺II(1 540cm-1，N-H变形振动或CN振动)和酰胺III(1 201cm-1，N-H或C-N振动)三个特征吸收带和酰胺A带(3 270cm-1，N-H振动)。

图1 自制静电纺纳米纤维动态水浴成纱装置

图2 人发角蛋白纳及其红外光谱图

2.2 静电纺人发角蛋白纳米纤维形态结构

图3(a)为静电纺人发角蛋白纳米纤维扫描电图，可以看出所纺纤维表面光滑，没有串珠，纤维连续而且比较均匀。从图3(b)中可看出纤维平均直径为539nm，方差为169nm。

2.3 纳米纤维纱

7.学生在文化的思想认知上存在缺陷。部分学生追求享乐主义，注重自我感受，用西方文化来装扮自己，把其作为一种风尚，影响了本土文化发展，道德责任和价值观出现了扭曲，中华民族的价值观体系的建立和发展受到了阻碍。

2.3.1 并列型

两喷丝针头(平行距离较远，超过9cm)和导引纱平行排列，垂直喷向水面，如图4(a)所示。图4(b)显示，纳米纤维纱独立成纱，与引纱平行排列。原因可能是所纺纳米纤维因带异种电荷相互吸引而纠缠在一起，在水浴涡流的作用下进行加捻而成纱。因部分纤维缠绕在引纱上，纳米纤维纱随引纱卷绕在滚筒上。

2.3.2 缠绕型

两喷丝针头相对放置(针头间的距离15cm)，向导引纱喷丝，如图5(a)所示，纳米纤维纱缠绕在导引纱上。带异种电荷的纳米纤维相互吸引并在重力的作用下沉积在水浴中，并在动态水浴中旋转加捻缠绕在导引纱上，如图5(b)、(c)所示。

(a)SEM图

(b)直径分布图图3 静电纺人发角蛋白纳米纤维

(a)成纱示意图 (b)并列型纳米纤维纱图4 纳米纤维

(a)纳米纤维纱显微图 (b) 光学显微图 (c)纳米纤维纱 图5 纳米纤维纱成纱示意图

2.3.3 完全包覆型

图6 完全包覆纳米纤维纱成纱示意图

3 结论

从废弃人发中提取角蛋白，并借助于自制水浴成纱装置尝试纺制出角蛋白纳米纤维纱，实验结果表明：

(1)人发角蛋白纳米纤维粗细均匀，成型良好；

(2)两喷丝针头与导引纱平行排列，距离超过9cm，所纺纳米纤维纱与导纱平行排列；

(3)两喷丝针头与导引纱平行排列，距离小于2cm时，所纺纳米纤维完全包覆导纱；

(4)两喷丝针头相对放置，针头间的距离15cm时，所纺纳米纤维纱缠绕在导纱上。

人发角蛋白纳米纤维纱的成功开发，既实现了废旧毛发的再利用，又为纳米纤维纺织品的开发提供了实验支持。

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Study on the Nanofiber Yarn Technology of Human Hair Keratin

WANG Yi-ting，HUANG Run-ze，HU Jia-yuan，TANG Mei-jing，QIN Yue，FANG Li，LI Li-fang, ZHAN Jian-chao*

(Jiaxing University, Jiaxing 314001,China)

Keratin was extracted from human hair and continuous nanofiber yarns were prepared by the device of the conjugate electrospinning nanofiber．The effects of the relative position of positive and negative needle on the structure of nanofiber yarns were studied．The research results showed that keratin nanofibers had uniform diameter and good form. The positive and negative needles were arranged in parallel with the distance of more than 9 cm, and the nanofiber yarn and the guiding yarn were arranged in parallel. The distance less than 2 cm, the guide yarn was fully coated by electrospinning nanofibers. When the relative distance between the positive and negative needles was 15 cm, the nanofibers yarn was twisted from the nanofibers and winds round the guide yarn.

electrospinning; nanofiber yarn; keratin

2016-11-06；

2016-11-10

2016年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划资助项目(2016R417040)

王怡婷(1994-)，女，本科学生，主要研究方向为纳米纤维成纱技术。

*通信作者：詹建朝(1981-)，讲师，主要研究方向为静电纺纳米纤维成纱技术，E-mail：178808380@qq.com。

TS

A

1673-0356(2017)01-0021-03