一種疏水/超疏水蛋白涂層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于兩性高分子材料技術領域，尤其涉及一種疏水/超疏水蛋白涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002]疏水材料是指表面的水接觸角大于90°的材料，而超疏水材料是指表面的水接觸角大于150°的材料。疏水/超疏水表面一般通過兩種方法制得:提高表面粗糙度和降低表面能。在納米和微米尺度下表面粗糙度的提高可以通過多種方法獲得，例如光刻技術、化學蝕亥IJ、模板、溶膠-凝膠合成、控制結晶、相分離、電紡絲、接枝聚合、層-層法、沉積和膠體自組裝等。而低表面能的獲得往往需要表面化學涂層輔助或者是表面分子改性。目前疏水/超疏水材料使用含氟涂層來降低表面能，這種材料不僅價格昂貴有毒害作用，而且會在環境中生物富集造成環境污染。分子改性則涉及多步化學反應，耗時耗力，并不符合低能耗綠色環保的要求。超疏水材料已經在各種有機和無機材料基板上合成，包括高分子材料、硅晶片、玻璃片和金屬片。然而得到的基板并不理想，而且它們的機械柔韌性很差，透明度和拉伸強度不高。
[0003]靜電紡絲是一種利用聚合物溶液或者熔體在強電場下形成噴射流從而進行紡絲加工的技術。近年來，由于其超精細的纖維加工工藝，電紡絲引起越來越多人的關注。目前世界上可以進行電紡絲加工的聚合物多達30種，其中包括DNA、膠原、絲蛋白等天然高分子，以及聚氧乙烯、聚丙烯腈、尼龍、聚乙烯醇、聚氨酯、聚己內酯等合成高分子。比起昂貴的、耗時的而且易于產生污染的方法，這種方法能夠很大程度上節約費用和能量。而目前由于沒有先進電紡設備的保證，靜電紡絲工業化生產的效率極其低下，而想利用靜電紡絲技術達到高速生產纖維涂層，對生產設備要求極其高。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種環保、成本低、且生產效率高的疏水/超疏水蛋白涂層的制備方法，旨在解決現有技術生產疏水/超疏水蛋白涂層對設備要求高、且生產效率低、及其得到的疏水/超疏水蛋白涂層機械性能差的問題。
[0005]本發明是這樣實現的，一種疏水/超疏水蛋白涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0006]稱取玉米醇溶蛋白溶于醇-水溶液中，形成玉米醇溶蛋白溶液后進行混勻處理，所述玉米醇溶蛋白溶液的溶度為50?400mg/ml ；
[0007]將所述玉米醇溶蛋白溶液置于靜電紡絲設備的注射器中制備得到疏水/超疏水蛋白涂層。
[0008]本發明提供的疏水/超疏水蛋白涂層的制備方法，以兩性蛋白玉米醇溶蛋白作為原料、采用靜電紡絲技術來制備疏水/超疏水蛋白涂層，首先，該方法不需進行表面涂層和分子改性，因此制備過程簡單、制備成本低廉；其次，使用的玉米醇溶蛋白無毒、生物可降解性和生物相容性強，具有可持續發展的前景，且得到的疏水/超疏水蛋白涂層機械柔韌性好；再次，使用靜電紡絲技術來制備疏水/超疏水蛋白涂層，制備速度得到提高，從而使得對設備的依賴性降低，可應用于大規模生產。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明實施例提供的紡絲電壓為18kV時50mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0010]圖2是本發明實施例提供的紡絲電壓為18kV時100mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的超疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0011]圖3是本發明實施例提供的紡絲電壓為18kV時150mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的超疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0012]圖4是本發明實施例提供的紡絲電壓為18kV時200mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0013]圖5是本發明實施例提供的紡絲電壓為18kV時250mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0014]圖6是本發明實施例提供的紡絲電壓為18kV時是300mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0015]圖7是本發明實施例提供的紡絲電壓為1kV時是100mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0016]圖8是本發明實施例提供的紡絲電壓為12kV時是100mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0017]圖9是本發明實施例提供的紡絲電壓為21kV時是100mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層的水接觸角及SEM圖像；
[0018]圖10是本發明實施例提供的紡絲電壓為18kV時是300mg/ml玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層的SHM圖像；
[0019]圖11是對比例I提供的玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層及SEM圖像；
[0020]圖12是對比例2提供的玉米醇溶蛋白溶液制備所得的疏水涂層及SEM圖像。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0022]不論是在基礎研究中還是在工業中，超疏水表面(SHS)由于它作為自清潔表面的潛在應用，如太陽能電池、汽車擋風玻璃和交通指示燈，已經引起越來越多的關注。SHS表面還能夠防污，防生物污染，防粘和防水特性。盡管有眾多成功的仿生研究來實現超疏水表面，但只有少數的研究涉及其潛在的生物材料方面的應用。有鑒于此，本發明實施例提供了一種疏水/超疏水蛋白涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0023]S01.稱取玉米醇溶蛋白溶于醇-水溶液中，形成玉米醇溶蛋白溶液后進行混勻處理，所述玉米醇溶蛋白溶液的溶度為50?400mg/ml ；
[0024]S02.將所述玉米醇溶蛋白溶液置于靜電紡絲設備的注射器中制備得到疏水/超疏水蛋白涂層。
[0025]具體地，上述步驟SOl中，所述玉米醇溶蛋白是玉米中一種主要的蛋白質，是一種具有良好機械性能的生物大分子。它含量豐富、廉價、具有較好的生物相容性，并且是可再生資源。同時，所述玉米醇溶蛋白是一種同時具有親水和疏水基團的天然兩性蛋白。經發明人研究發現，由于玉米醇溶蛋白具有特殊的自組裝結構特性，因此，采用其制備形成的疏水/超疏水蛋白涂層具有很好的疏水性能。目如還沒有用玉米醇溶蛋白制備疏水或超疏水蛋白膜的技術。本發明實施例通過簡單的處理方法，首次以玉米醇溶蛋白為材料制作出疏水或超疏水蛋白膜，將是一個很有前景可替代傳統制備超疏水的方法。
[0026]本發明實施例中，所述醇-水溶液選用乙醇-水溶液。乙醇為揮發性較好的無毒溶劑，對環境沒有危害，采用乙醇作為溶解劑成分，有利于在下述靜電紡絲技術中，有助于疏水/超疏水蛋白出絲，因此，對靜電紡絲設備要求低，從而形成均勻的疏水/超疏水蛋白涂膜。作為優選實施例，所述醇-水溶液為乙醇的體積百分比為30?95%的乙醇-水溶液。作為進一步優選實施例，所述醇-水溶液為乙醇的體積百分比為80?90%的乙醇-水溶液。特別是當乙醇-水中乙醇的體積百分比為80%溶解玉米醇溶蛋白時，更有助于出絲。
[0027]將上述玉米醇溶蛋白溶解后得到玉米醇溶蛋白溶液，所述玉米醇溶蛋白溶液的濃度為50?400mg/ml。該合理的濃度范圍，有效地保證了疏水/超疏水蛋白膜的疏水特性及其成纖維特性。作為優選實施例，所述玉米醇溶蛋白溶液的濃度為100?300mg/ml。
[0028]將配置好的上述玉米醇溶蛋白溶液進行充分混勻處理，直至溶液均勻透明。作為優選實施例，所述玉米醇溶蛋白溶液的混勻處理方法為將玉米醇溶蛋白溶液進行超聲處理，超聲時間為8?15min，超聲時間進一步優選為lOmin。當然，應當理解，本領域內其他能達到充分混勻玉米醇溶蛋白溶液的方式也在本發明實施例的保護范圍內。
[0029]為了保證玉米醇溶蛋白不變性，上述步驟SOl的處理優選在常溫常壓下進行。
[0030]上述步驟S02中，采用靜電紡絲制備疏水/超疏水蛋白涂層，要想達到工業化生產、同時保證最終產品成纖維特性，對經典放肆機器設備的要求極高。本申請發明人對靜電紡絲制備疏水/超疏水蛋白涂層的方法經過反復研究和不斷創新，發現:使用玉米醇溶蛋白作為原料，同時只要控制好靜電紡絲設備的相關參數，只需采用一般的靜電紡絲儀器設備，便能達到高速生產疏水/超疏水蛋白涂層的目的，速度可提高到20ml/h，且制備過程中疏水/超疏水蛋白出絲效果良好，得到的疏水/超疏水蛋白涂層在電鏡SEM下成均勻纖維狀，纖維直徑在0.7?1.2微米。
[0031]為了達到上述效果，作為優選實施例。在所述靜電紡絲制備疏水/超疏水蛋白涂層的步驟中，所述靜電紡絲的電壓為10?30kV，靜電紡絲速度為0.5?20ml/h，靜電紡絲設備的紡絲針頭到接收板的距離為10?30cm。作為進一步優選實施例，所述的靜電紡絲的電壓是10?21kV，紡絲液的推進速度是0.5?10ml/h，紡絲針頭到接收板的距離為25cm。通過設置上述參數，將玉米醇溶蛋白在接收靜電紡絲裝置上固化成膜。
[0032]本發明實施例應用天然高分子來代替合成化合物，首先，用玉米濕法加工的副產物玉米醇溶蛋白來快速高效制備疏水/超疏水涂層，一方面，玉米醇溶蛋白成本低、無毒、生物可降解、生物相容性好，綠色環保，有效地保護了環境，提高可持續發展；另一方面，使用兩性分子的玉米醇溶蛋白作為原料，避免了分子改性和低表面能涂層等步驟，