轻薄型蚕丝膜材的制备、结构及性能测试

　　摘要： 为了完好地保留蚕丝上的丝胶，扩大蚕丝的应用领域，文章通过改变蚕吐丝结茧的习性，引导180只成熟桑蚕在表面光滑的方形PVC平板(66 cm×220 cm)上进行吐丝，得到一款轻薄且均匀的蚕丝膜材。该蚕丝膜材呈半透明状，厚度为0.18 mm，平方米质量为38 g/m2，扫描电镜下膜材上的蚕丝形态呈现出规则的交叉分层叠放，孔隙分布均匀，孔隙率为83.76%。通过一系列的实验，对蚕丝膜材的干湿强力、伸长、透气、抗菌等性能进行测试。实验结果显示，该膜材在干态下的强力大于湿态，干态下的断裂伸长小于湿态伸长，各部分透气均匀，对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌均具有一定的抗菌性。

　　关键词： 蚕丝膜材;轻薄;结构;抗菌;性能测试;丝胶膜

　　基金项目： 江苏省高等职业教育产教融合集成平台建设计划项目(苏教职函〔2019〕26号);江苏省高职院校教师专业带头人高端研修项目(苏教师函〔2020〕23号);江苏省青蓝工程优秀教学团队项目(苏教师〔2019〕3號);江苏省产学研合作项目(BY2020336);江苏省高等职业教育高水平专业群建设项目(苏教职函〔2020〕31号)

　　蚕丝是一个复杂的蛋白质复合体，除了丝素和丝胶以外，还有着很多生物学活性的蛋白质组分[1]。蚕丝是一种可以应用在诸多高新产业的材料[2]。蚕丝中富含的丝素可以抑制微生物的生长[3]，已广泛应用于化妆品、医药领域及制备生物材料[1]。丝素蛋白还是一种良好的光学材料，丝素蛋白固定酶可以制成酶传感器。丝素膜是将丝素溶解后再生得到的薄膜状物，丝素膜又称丝蛋白膜，可用作创面保护膜，避免创口感染。天然丝胶蛋白具有良好的生物相容性，在美容护肤、抗炎和保健产品中已有应用，由丝胶蛋白制成的丝胶膜、组织工程支架材料等也已扩展应用到生物医学领域[1，4]。对丝胶进行改性，可以改善絲胶膜的性能，进一步增加其适用性[5-6]。丝素与丝胶的共混膜，可以作为胶囊的壳材[7]。丝素与其他材料共混成膜后，可以改善纯丝素膜的性能[8-9]。此外，转基因技术可以明显改善丝素膜的结构和性能，使其作为生物医用材料的优势更加明显[10]。

　　上述多项膜材都是以桑蚕茧的茧壳为实验材料，或者是从缫丝后的废水里提取丝胶，取材不便且质量难以保证。从源头上提高茧丝的利用率，提升原材料质量，高效、快捷地得到品质更好的蚕丝材料，是各项科研实施与转化的基础保障。还有学者尝试利用非织造成网等多种技术将蚕丝直接加工成膜，结果显示这些方法或者不适合蚕丝，或者对蚕丝的成分和性能会造成一定的损失[11-12]。

　　本文介绍了一种轻薄型蚕丝膜材的制备方法，利用了平板丝的生产原理，将蚕的吐丝场所限定为二维结构的平板，通过合适的工艺条件，人为控制熟蚕在平面上来回爬行吐丝，制备得到的蚕丝膜材保留了蚕丝自然的特性，省去了复杂的成分分离与合成工序。并对得到的膜材表观形貌、力学性能、抗菌性能进行测试分析，探讨其在美容面膜、医用口罩等领域的应用前景。该膜材的生产方法亦可推广到转基因蚕，以及通过给蚕喂食特殊成分的饲料，得到特殊功能的蚕丝膜材，为进一步研究开发和有效利用蚕丝提供理论支持。

　　1 实 验

　　1.1 材料和仪器

　　成熟桑蚕200只(广西八园农业科技有限公司)，直径为10 cm表面光滑的圆形PVC平板20个，66 cm×220 cm表面光滑的方形PVC平板(配有自动变光系统)1个，同批次的普通蚕茧。

　　1.2 轻薄型蚕丝膜材的制备

　　将同一批20只成熟桑蚕分别放置于20小块表面光滑的圆形平面上吐丝制备平面茧。平面茧的制备过程如图1(a)所示，待其完成吐丝静置不动一段时间之后，将蚕蛹拿掉，茧丝称重，得到平面茧的平均质量为0.31 g。为了制备轻薄型蚕丝膜材，参考市面上轻薄型半透明384铜氨纤维面膜布的平方米质量为38.4 g/m2，将4组180只熟蚕均匀放置在66 cm×220 cm的方形平板上，以制作合适面密度的膜材。由于蚕在吐丝结茧的时候需要背光的场所，所以在膜材制作过程中，为了更好地控制熟蚕使其吐出的蚕丝成膜更加均匀，采用一套自动变光系统，分别位于吐丝区域的四个方向，按照一定的时间，自动开启一部分灯光，同时关闭一部分灯光，引导蚕向同一个方向边移动边吐丝，吐丝过程如图1(b)所示。吐丝完毕之后，通过裁剪得到22 cm×22 cm方形的蚕丝膜材，如图1(c)所示。

　　1.3 性能测试

　　1.3.1 扫描电镜

　　采用JSM-5600LV扫描电子显微镜(日本JEOL公司)，对蚕丝膜材及普通蚕茧的表观形貌进行对比。

　　1.3.2 厚度测试

　　采用YG(B)141D织物厚度仪(温州市大荣纺织仪器有限公司)，参考标准GB/T 3820—1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》中的测试方法，对蚕丝膜材的厚度进行测试，压重砝码为25 cN，加压时间为10 s。

　　1.3.3 孔隙率

　　裁取10块尺寸为15 cm×15 cm的蚕丝膜材，烘干24 h后置于大气中调湿，分别对每个试样进行称重，取平均值代入下式计算，得到蚕丝膜材的平方米质量m为38 g/m2。

　　m=102G0L×B(1)

　　式中：G0为试样质量，g;L为试样长度，cm;B为试样宽度，cm。

　　蚕丝的密度ρ是1 300 kg/m3[13-14]，厚度σ来源于13.2的测试结果。根据下式[15]可以计算出蚕丝膜材的孔隙率n。

　　n=1-mρσ(2)

　　1.3.4 力学性能测试

　　采用HT-101PT单柱拉力机(杭州金迈仪器有限公司)对蚕丝膜材进行力学性能测试，将试样裁剪成尺寸为10 mm×100 mm的长方形。样品拉伸速度为100 mm/min，隔距50 mm。通过下式将测试所得的断裂强力和断裂伸长换算为应力与应变，应用Origin软件得到相应的应力-应变曲线。

　　应力(MPa)=强力(N)×10-6面积(m2)(3)

　　应变/%=伸长(mm)隔距(mm)×100(4)

　　1.3.5 透气性能测试

　　本文采用YG461E-Ⅲ全自动透气量仪(宁波纺织仪器厂)，参考标准GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》中的测试方法，对蚕丝膜材的透气性能进行测试，选择面积为20 cm2圆形通气孔、压强为100 Pa。

　　1.3.6 抗菌性能测试

　　将测试样品紫外照射30 min灭菌。取三个100 mL锥形瓶，按照分组分别向其中加入10 mg测试样品，然后加入5 mL配置好的细菌悬液和45 mL的LB液体培养基。对照组为加5 mL细菌悬液和45 mL的LB液体培养基。然后置于恒温振荡器中(37 ℃、200 r/min)振荡培养8 h，吸取菌液做连续10倍的稀释(本文采用1︰106、1︰107和1︰108三个稀释比例)后，均匀涂布于LB固体培养基上，37 ℃培养18 h，拍照并记录菌落数。

　　作者： 王慧玲

　　推荐阅读：农业技术推广副高晋升正高级

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 轻薄型蚕丝膜材的制备、结构及性能测试

文章地址： http://www.qikanvip.com/nongyekeji/59054.html