再生蛋白殼聚糖共混溶液的製備及乾濕法紡絲的方法

2023-06-13 16:53:31 1

專利名稱：再生蛋白殼聚糖共混溶液的製備及乾濕法紡絲的方法
技術領域：
本發明屬於生物質資源再生利用領域，涉及一種含有殼聚糖的再生蛋白纖維的製備方法，具體涉及一種採用乾濕法紡絲工藝的再生蛋
白殼聚糖共混溶液的製備及乾濕法紡絲的方法。
背景技術：
蛋白質纖維具有良好的吸溼性能和抗靜電性能，與人體皮膚有很好的親和性，近年來，利用蛋白加工的大豆蛋白、牛奶蛋白和蠶蛹蛋白纖維已經市場化，並顯示出一定的優良性能。不過，這些蛋白纖維的製備均是通過蛋白質與合成高聚物如聚乙烯醇、聚丙烯腈等共聚或共混，經溼法紡絲得到的，纖維中蛋白的含量很低，一般不超過15%，主體成分仍然是合成高分子，所以所述的蛋白纖維並不是完全意義上的蛋白纖維，也就不具備天然蛋白纖維的優良特性。

發明內容
本發明的目的是為了克服現有利用合成高聚物來製備蛋白質纖維的缺陷，發明一種利用殼聚糖替代合成高聚物的再生蛋白殼聚糖共混溶液的製備及乾濕法紡絲的方法。殼聚糖又稱幾丁質、甲殼質或甲殼素，在自然界中，殼聚糖廣泛存在於低等植物菌類藻類的細胞和節肢動物蝦蟹昆蟲的外殼中，用殼聚糖替代合成高聚物，可使共混纖維具備天然蛋白纖維的優良特性，大大提高纖維的舒適性、健康性和保健性。本發明的目的是按如下的方式來實現的:
所述再生蛋白殼聚糖共混溶液是以蠶絲、動物毛髮和殼聚糖為原料製成的，其製備是按以下的步驟實現的:
(1)蠶絲在煮沸條件下放進濃度為0.5%的Na2CO3溶液中脫膠，蠶絲的重量為溶液重量的1%-4%，共脫膠3次，每次10-90分鐘，脫膠後用熱水衝洗3次，然後在50-90°C下烘乾、剪碎；
(2)將烘乾、剪碎的蠶絲纖維與動物毛髮按照質量1:0.1-20的比例混合，然後通過氣流超微粉碎機粉碎成直徑0.01-30微米的蛋白微細粉；
(3)將蛋白微細粉加入到離子液體溶液中，在60-150°C下強烈攪拌溶解20-240分鐘，過濾得到濃度為5-35%的再生蛋白溶液；
(4)將殼聚糖加入到離子液體溶液中，在50-135°C條件下溶解30-180分鐘，過濾得到濃度為1.5-35%的殼聚糖溶液；
(5)將再生蛋白溶液和殼聚糖溶液共混，得到濃度為5-35%的再生蛋白殼聚糖共混溶液，其中再生蛋白和殼聚糖的質量比為1-10:1。所述再生蛋白殼聚糖共混溶液的乾濕法紡絲方法，其工藝流程包括:凝固一預牽伸一牽伸一乾燥緻密化一熱定型，每個步驟的工藝條件如下: 凝固
凝固浴組成:濃度為5-70%的離子液體水溶液 凝固浴溫度:10-35°C
空氣層高度:1-20釐米(即噴絲頭表面與凝固浴液面之距)
紡絲速度:2-25米/分鐘 預牽伸
預牽伸浴組成:濃度為1-50%的離子液體水溶液 預牽伸浴溫度:30-65°C 預牽伸倍數:1.2-4.5 牽伸
牽伸浴組成:濃度為0.5-5.0%的氧化劑水溶液 牽伸浴溫度:50-98°C 牽伸倍數:2.5-8倍 乾燥緻密化
乾燥緻密化溫度:100-145°C 乾燥緻密化時間:5-25分鐘 張力條件:長度固定，緊張態(保持纖維張力)
熱定型
熱定型介質:蒸氣 蒸汽壓力:2-10 kg/cm2 定型時間:1-25分鐘。所述殼聚糖的分子量為10，000-200，000，脫乙醯度大於或等於90%。所述動物毛髮為豬毛、山羊毛、兔毛、駱駝毛、耗牛毛，以及無紡織利用價值的綿羊毛。所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯。所述氧化劑為過氧乙酸或過氧化氫。本發明的積極效果如下:本發明採用乾濕法成型技術實現再生蛋白殼聚糖共混溶液的纖維化，通過凝固和牽伸，提高了纖維結構的均勻度和取向度，通過氧化交聯，提高了纖維的伸長和彈性。本發明的再生蛋白殼聚糖共混纖維，具有較高的蛋白質含量，並具有抗菌、保溼、促進凝血和傷口癒合的功能，纖維中所有成分均為生物質，具有良好的生物降解性和生物相容性，不僅可運用於紡織纖維，也可用作生物醫用材料。
具體實施例方式實施案例I
本實施例以再生蛋白殼聚糖共混溶液為原料採用乾濕法紡絲工藝製取複合纖維；
再生蛋白殼聚糖共混溶液，是以蠶絲、動物毛髮和殼聚糖為原料製成的，其製備步驟如
下: (1)蠶絲在煮沸條件下放進濃度為0.5%的Na2CO3溶液中脫膠，蠶絲的用量為溶液重量的1.5%，共脫膠3次，每次15分鐘，脫膠後用熱水衝洗3次，然後在90°C下烘乾、剪碎；
(2)將烘乾、剪碎的蠶絲纖維和豬毛按照質量比1:0.2共混後通過氣流超微粉碎機粉碎成直徑25微米左右的蛋白微細粉。(3)將蛋白微細粉加入到1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽水溶液中，在80°C下強烈攪拌溶解140分鐘，過濾得到濃度為25%的再生蛋白溶液。(4)將分子量為12，000、脫乙醯度大於或等於90%的殼聚糖加入到1_ 丁基_3_甲基咪唑氯鹽水溶液中，在75°C條件下溶解150分鐘，過濾得到濃度為5%的殼聚糖溶液。(5)將再生蛋白溶液和殼聚糖溶液共混，得到濃度為23%的再生蛋白殼聚糖共混溶液，再生蛋白和殼聚糖的質量比為9:1。利用上述再生蛋白殼聚糖共混溶液進行乾濕法紡絲的工藝流程包括:凝固一預牽伸一牽伸一乾燥緻密化一熱定型，每個步驟的工藝條件如下:
凝固
凝固浴組成:濃度為70%的1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽水溶液 凝固浴溫度:15°C 空氣層高度:7釐米 紡絲速度:10米/分鐘 預牽伸
預牽伸浴組成:濃度為30%的1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽水溶液 預牽伸浴溫度:65°C 預牽伸倍數:1.5 牽伸
牽伸浴組成:濃度為5.0%的過氧化氫水溶液 牽伸浴溫度:98°C 牽伸倍數:8倍 乾燥緻密化
乾燥緻密化溫度:135°C 乾燥緻密化時間:5分鐘 張力條件:長度固定，緊張態 熱定型
熱定型介質:蒸氣 蒸汽壓力:5.0 kg/cm2 定型時間:5.0分鐘。
實施案例2
本實施例以再生蛋白殼聚糖共混溶液為原料採用乾濕法紡絲工藝製取複合纖維；
再生蛋白殼聚糖共混溶液，是以蠶絲、動物毛髮和殼聚糖為原料製成的，其製備步驟如
下:
(I)蠶絲在煮沸條件下放進濃度為0.5的Na2CO3溶液中脫膠，蠶絲的用量為溶液重量的2.0%，共脫膠3次，每次50分鐘，脫膠後用熱水衝洗3次，然後在60°C下烘乾、剪碎。(2)將烘乾、剪碎的蠶絲纖維和山羊毛按照質量比1:5共混後通過氣流超微粉碎機粉碎成直徑5.0微米左右的蛋白微細粉。(3)將蛋白微細粉加入到1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽水溶液中，在100°C下強烈攪拌溶解80分鐘，過濾得到重量百分濃度為20%的再生蛋白溶液。(4)將分子量為15，000、脫乙醯度大於或等於90%的殼聚糖加入到1_ 丁基_3_甲基咪唑四氟硼酸鹽水溶液中，在105°C條件下溶解30分鐘，過濾得到重量百分濃度為3.5%的殼聚糖溶液。(5)將再生蛋白溶液和殼聚糖溶液共混，得到濃度為16.7%的再生蛋白殼聚糖共混溶液，再生蛋白和殼聚糖的質量比為4:1 ；
利用上述再生蛋白殼聚糖共混溶液進行乾濕法紡絲的工藝流程包括:凝固一預牽伸一牽伸一乾燥緻密化一熱定型，每個步驟的工藝條件如下:
凝固
凝固浴組成:濃度為40%的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽水溶液 凝固浴溫度:10 V 空氣層高度:3釐米 紡絲速度:3.5米/分鐘 預牽伸
預牽伸浴組成:濃度為10%的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽水溶液 預牽伸浴溫度:45°C 預牽伸倍數:2.5 牽伸
牽伸浴組成:濃度為0.5%的過氧乙酸水溶液 牽伸浴溫度:88°C 牽伸倍數:6.0倍 乾燥緻密化
乾燥緻密化溫度:115°C 乾燥緻密化時間:15分鐘 張力條件:長度固定，緊張態 熱定型
熱定型介質:蒸氣 蒸汽壓力:8 kg/cm2 定型時間:5.5分鐘。
實施案例3
本實施例以再生蛋白殼聚糖共混溶液為原料採用乾濕法紡絲工藝製取複合纖維；
再生蛋白殼聚糖共混溶液，是以蠶絲、動物毛髮和殼聚糖為原料製成的，其製備步驟如
下:
(I)蠶絲在煮沸條件下放進濃度為0.5%的Na2CO3溶液中脫膠，蠶絲的用量為溶液重量的3.5%，共脫膠3次，每次40分鐘，脫膠後用熱水衝洗3次，然後在70°C下烘乾、剪碎。(2)將烘乾、剪碎的蠶絲纖維和駱駝毛按照質量比1:10共混後通過氣流超微粉碎機粉碎成直徑2.0微米左右的蛋白微細粉。(3)將蛋白微細粉加入到1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯水溶液中，在115°C下強烈攪拌溶解100分鐘，過濾得到濃度為30%的再生蛋白溶液。(4)將分子量為18，000、脫乙醯度大於或等於90%的殼聚糖加入到1_乙基_3_甲基咪唑磷酸二乙酯水溶液中，在85°C條件下溶解90分鐘，過濾得到重量百分濃度為7.5%的殼聚糖溶液。(5)將再生蛋白溶液和殼聚糖溶液共混，得到濃度為24.4%的再生蛋白殼聚糖共混溶液，再生蛋白和殼聚糖的質量比為3:1。利用上述再生蛋白殼聚糖共混溶液進行乾濕法紡絲的工藝流程包括:凝固一預牽伸一牽伸一乾燥緻密化一熱定型，每個步驟的工藝條件如下:
凝固
凝固浴組成:濃度為55%的離1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯水溶液 凝固浴溫度:25 V 空氣層高度:4釐米 紡絲速度:8米/分鐘 預牽伸
預牽伸浴組成:濃度為18%的1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯水溶液 預牽伸浴溫度:55°C 預牽伸倍數:2.1倍 牽伸
牽伸浴組成:濃度為1.5%的過氧化氫水溶液 牽伸浴溫度:90 V 牽伸倍數:6.5倍 乾燥緻密化:
乾燥緻密化溫度:125 V 乾燥緻密化時間:12分鐘 張力條件:長度固定，緊張態 熱定型
熱定型介質:蒸氣 蒸汽壓力:3.0 kg/cm2 定型時間:10分鐘。
權利要求
1.一種再生蛋白殼聚糖共混溶液的製備，其特徵在於:本溶液是以蠶絲、動物毛髮和殼聚糖為原料製成的，其製備是按以下的步驟實現的: (1)蠶絲在煮沸條件下放進濃度為0.5%的Na2CO3溶液中脫膠，蠶絲的重量為溶液重量的1%-4%，共脫膠3次，每次10-90分鐘，脫膠後用熱水衝洗3次，然後在50-90°C下烘乾、剪碎； (2)將烘乾、剪碎的蠶絲纖維與動物毛髮按照質量1:0.1-20的比例混合，然後通過氣流超微粉碎機粉碎成直徑0.01-30微米的蛋白微細粉； (3)將蛋白微細粉加入到離子液體溶液中，在60-150°C下強烈攪拌溶解20-240分鐘，過濾得到濃度為5-35%的再生蛋白溶液； (4)將殼聚糖加入到離子液體溶液中，在50-135°C條件下溶解30-180分鐘，過濾得到濃度為1.5-35%的殼聚糖溶液； (5)將再生蛋白溶液和殼聚糖溶液共混，得到濃度為5-35%的再生蛋白殼聚糖共混溶液，其中再生蛋白和殼聚糖的質量比為1-10:1。
2.一種用權利要求1所述的再生蛋白殼聚糖共混溶液進行乾濕法紡絲的方法，其特徵在於: 所述再生蛋白殼聚糖共混溶液的乾濕法紡絲方法，其工藝流程包括:凝固一預牽伸一牽伸一乾燥緻密化一熱定型，每個步驟的工藝條件如下: 凝固 凝固浴組成:濃度為5-70%的離子液體水溶液 凝固浴溫度:10-35°C 空氣層高度:1-20釐米(即噴絲頭表面與凝固浴液面之距) 紡絲速度:2-25米/分鐘 預牽伸 預牽伸浴組成:濃度為1-50%的離子液體水溶液 預牽伸浴溫度:30-65 °C 預牽伸倍數:1.2-4.5 牽伸 牽伸浴組成:濃度為0.5-5.0%的氧化劑水溶液 牽伸浴溫度:50-98 °C 牽伸倍數:2.5-8倍 乾燥緻密化 乾燥緻密化溫度:100-145°C 乾燥緻密化時間:5-25分鐘 張力條件:長度固定，緊張態 熱定型 熱定型介質:蒸氣 蒸汽壓力:2-10 kg/cm2 定型時間:1-25分鐘。
3.根據權利要求1所述的再生蛋白殼聚糖共混溶液的製備，其特徵在於:所述殼聚糖的分子量為10，000-200，000，脫乙醯度大於或等於90%。
4.根據權利要求1所述的再生蛋白殼聚糖共混溶液的製備，其特徵在於:所述動物毛髮為豬毛、山羊毛、兔毛、駱駝毛、耗牛毛，以及無紡織利用價值的綿羊毛。
5.根據權利要求1所述的再生蛋白殼聚糖共混溶液的製備，其特徵在於:所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯。
6.根據權利要求2所述的用再生蛋白殼聚糖共混溶液進行乾濕法紡絲的方法，其特徵在於:所述離子液體為1- 丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯。
7.根據權利要求2 所述的用再生蛋白殼聚糖共混溶液進行乾濕法紡絲的方法，其特徵在於:所述氧化劑為過氧乙酸或過氧化氫。
全文摘要
本發明涉及一種再生蛋白殼聚糖共混溶液的製備及乾濕法紡絲的方法。再生蛋白殼聚糖共混溶液是以繅絲下腳料和動物粗毛如山羊毛、豬毛、駱駝毛、羊毛下腳料等為原料，經超細粉碎後，通過離子液體溶解，得到高分子量的再生蛋白溶液，並和殼聚糖溶液共混得到紡絲液，利用乾濕法紡絲工藝成型，通過凝固和牽伸提高纖維的結構均勻度和取向度，通過氧化交聯提高纖維的伸長和彈性。本發明的再生蛋白殼聚糖共混纖維，具有較高的蛋白質含量，並具有抗菌、保溼、促進凝血和傷口癒合的功能，纖維中所有成分均為生物質，具有良好的生物降解性和生物相容性，不僅可運用於紡織纖維也可用作生物醫用材料。
文檔編號D01D10/06GK103114351SQ20131007269
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月7日 優先權日2013年3月7日
發明者趙振強 申請人:河南鼎大生物科技有限公司