大豆蛋白和粘膠共混纖維的製作方法
2023-09-10 18:13:55 1
專利名稱：大豆蛋白和粘膠共混纖維的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的再生蛋白質和纖維素共混纖維、製造方法和用途，屬高分子材料化學纖維領域。
背景技術：
現有的化學纖維中，利用蛋白質共混技術生產的品種主要包括維綸基大豆蛋白纖維(中國)和腈綸基牛奶蛋白纖維(日本)，都屬合成纖維門類，本發明所涉及的大豆蛋白/粘膠共混纖維是利用大豆蛋白和粘膠的鹼溶液混合，通過溼法紡絲製取的纖維，屬再生纖維類。其生產流程為大豆蛋白鹼溶液和粘膠鹼溶液混合→過濾→脫泡→計量→溼法紡絲→凝固浴成形→塑化牽伸→脫硫→水洗→脫水→縮醛處理→水洗→上油→烘乾→(捲曲定型)→(切斷)→成品。
其中大豆蛋白和粘膠溶液的製備分別是已知的技術，本發明涉及含大豆粘膠的混合，包括混合比、混合粘度、熟成度等工藝參數；凝固浴組成包括硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅以及凝固浴的各項工藝參數；為了加強大豆蛋白和纖維素大分子之間的作用力，提高纖維的機械性能，需要理行交聯處理，本發明的採用縮醛處理，使用甲醛、乙二醛或戍二醛等；此外，還包括上油工序，包括油劑及其工藝參數。
大豆蛋白是大豆榨油後殘餘物質(豆餅)中所含的主要成份，大豆脫脂後含有粗蛋白、醣類物質、異丙酮及粗纖維等，經粉碎和分離可提取大豆蛋白。大豆蛋白的化學組成和羊毛角朊、絲朊基本相同，均為多種α-胺基酸縮合的複雜高分子，它們是以肽鍵相連接的多肽或稱多氨酸，一般化學結構式為 大豆蛋白的分子質量是不均勻分布，大約8000～600000之間，在一般情況下大豆蛋白大分子呈α-螺旋結構，形成近似球狀的複雜結構。但在紡絲條件下，需要將分離的大豆蛋白用稀鹼調和成紡絲原液組份，含量約為10～30％，pH值約為13.5左右，在該條件下，大豆蛋白發生變性，大分子呈β-鏈構象。
紡絲原液中大豆蛋白組份的粘度，決定於大豆蛋白的含量、pH值、老化時間與溫度。通常情況下，剛剛溶解的大豆蛋白溶液粘度較高、彈性偏大，呈凝膠狀，不具有可紡性，只有老化一段時間後，粘度降低到一定程度才出現可紡性。
由於紡絲液的pH值高達10以上，大豆蛋白很容易發生水解，引起粘度降低，影響紡絲穩定性，為此可在紡絲液中加入適量的二硫鍵阻斷劑，阻止大豆蛋白水解。常用的二硫鍵阻斷劑有半胱氨酸，亞硫酸鈉，亞硫酸鉀、巰基乙醇等。二硫鍵阻斷劑的添加量因品種而異，例如，半胱胺酸添加量為0.3～3.0mg/100g大豆蛋白，亞硫酸為5.0～50mg/100g大豆蛋白，巰基乙醇為0.4～40mg/100g大豆蛋白。添加二硫阻斷劑之後，紡絲液的粘度不僅不會降低，反而還會升高，但這種變化在原液配製開始的一段時間內不明顯。
由於品種和地域的差異，大豆蛋白的α-胺基酸含量也不盡相同，但和羊毛、蠶絲等天然蛋白質纖維比較起來，α-胺基酸的組成基本相同，更貼近於羊毛，但組份數略少，每種組份含量的差異則較大，如大豆蛋白的胱氨酸含量比羊毛角朊少得多，比絲朊的相應含量略高。大豆蛋白所含胺基酸的極性基團數量明顯高於絲朊，更接近於羊毛角朊。
在蛋白質大分子中，各種α-胺基酸是按一定順序排列的，根據排列順序的不同構成了蛋白質大分子的不同類別。大豆蛋白的大分子至少有四類15S球蛋白、11S球蛋白、7S球蛋白、2S球蛋白，其中11S球蛋白和7S球蛋白約佔70～80％。
發明內容
本發明的目的是提供一種新型的大豆蛋白和粘膠共混纖維。
本發明的另一目的是提供一種上述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的加工製造方法。
本發明的目的還提供一種上述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的用途。
大豆蛋白和粘膠共混纖維屬於雙組份再生纖維，其中粘膠是再生纖維素纖維的紡絲原液，成纖大分子是纖維素。纖維素是具有一定規整度的線性大分子，具有較為豐富的羥基，纖維素再生成纖後大分子之間會形成較多的氫鍵，並具有30～35％左右的結晶度。大豆蛋白大分子在鹼性紡絲液中呈β-線形結構，雖然胺基酸組份攜帶多種極性基團，大豆蛋白大分子之間可能形成氫鍵、鹽式鍵和少量的二硫鍵，但由於大豆蛋白大分子結構複雜，胺基酸在大分子中排列種類不同，支鏈較大、規整度較低，一般不具有結晶能力，大豆蛋白大分子單獨成纖能力很弱。如果將大豆蛋白混入粘膠纖維，將對成纖大分子的規整度產生影響，分子間力減弱，結晶能力下降，從而對成纖高聚物的機械性能產生不利的影響，並且混入量愈多影響愈大。由於粘膠纖維本身的強度就不是很高，因此對大豆蛋白和粘膠共混纖維進行交聯處理是必要的。以甲醛為交聯劑的反應如下所示
則交聯處理後的大豆蛋白/粘膠共混纖維聚集態結構為直線形大分子網狀結構，也就是說該纖維並不具有結晶結構。
交聯處理後的大豆蛋白/粘膠共混纖維聚集態結構為直線形大分子網狀結構，它保證了該纖維的使用性能，而且顯著的改善了粘膠纖維溼強度損失大的缺點，同時還提高了纖維的初始模量。
本發明的大豆蛋白和粘膠共混纖維是大豆蛋白與粘膠重量比為(10～40)∶(90～60)的大豆蛋白和粘膠共混纖維。推薦大豆蛋白與粘膠重量比為(20～30)∶(80～70)的大豆蛋白和粘膠共混纖維。其粘度30～60S，熟成度10～17％。推薦粘度為35～55S，熟成度12～15。
本發明是一種全新的化學纖維，主要的製造技術是利用大豆蛋白和纖維素磺酸酯良好的鹼溶性原理，設計大豆蛋白粘膠的混合溶液，主要有混合比、混合粘度、熟成度等工藝參數；設計大豆蛋白粘膠的混合溶液的凝固浴配方及工藝參數；設計大豆蛋白/粘膠纖維半成品絲的縮醛化處理的配方及工藝參數；設計大豆蛋白/粘膠纖維半成品絲的上油工序配方及工藝參數。
本發明的主要生產工藝用溼法紡絲製取，並在纖維後處理中增加了縮醛工序。其流程為大豆蛋白鹼溶液和粘膠鹼溶液混合、過濾、脫泡、紡絲成形、脫硫、水洗、脫水、縮醛處理、水洗、上油、烘乾、捲曲定型、切斷成成品。其中，混合、過濾、脫泡、紡絲成形、脫硫、水洗、脫水、縮醛處理、水洗、上油、烘乾、捲曲定型、切斷都是通常的紡織工藝。不同之處如下(1)紡絲液組成將含重量大豆蛋白的7～11％和含鹼3.5～5.5％的大豆蛋白的鹼溶液和含重量粘膠纖維素7～11％和含鹼3.5～5.5％的粘膠原液的二種溶液混合，其中，大豆蛋白與粘膠的重量混合比為(10～40)∶(90～60)，粘度30～60S，熟成度10～17％；(2)凝固浴組成硫酸100～140g/l，硫酸鈉250～400g/l，硫酸鋅9～14g/l，溫度40～55℃；(3)縮醛處理採用甲醛、乙二醛或戍二醛，常溫處理，縮醛度20～30％，醛溶液的濃度為15～30％，處理5～10分鐘；紡絲與醛的重量比為1∶(10～20)。
(4)上油的油浴溫度40～55℃，油劑配方是氨皂0.5～2.5g/l，上油率1～4％。
發明中所述的大豆蛋白的鹼溶液以含有大豆蛋白8.5～9.0％和鹼4.3％和所述的粘膠原液以含有纖維素8.5～9.0％和鹼4.3％為好。
所述的凝固浴配方以硫酸118±2g/l，硫酸鈉320±10g/l，硫酸鋅11-12g/l，溫度47～50℃為好。所述的油劑配方以氨皂1.0～1.2g/l，溫度50℃，上油率2％為好。
所述的紡絲液組成更好為如下●含重量大豆蛋白8.5～9.0％和鹼4.3％的大豆蛋白的鹼溶液；●含重量粘膠纖維素8.5～9.0％和鹼4.3％的粘膠原液；●將上述二種溶液混合，其中，大豆蛋白與粘膠的重量混合比為(20～30)∶(80～70)。其粘度為35～55S，熟成度為12～15％。
所述的凝固浴組成可以是硫酸118±2g/l，硫酸鈉320±10g/l，硫酸鋅11～12g/l，溫度47～50℃。
所述油浴建議為氨皂1.0～1.2g/l，溫度50℃，上油率2％。
本發明所使用的設備均為一般化纖廠所具有的通用設備，無特殊設備。
以本發明的大豆蛋白和粘膠共混纖維為原料製造的的織物風格新穎高雅，性能優良，纖維的物化性能指標
大豆蛋白/粘膠共混纖維是纖維素的蛋白質改性纖維，因此纖維外觀、手感均得到改善。該纖維強度高於羊毛，略低於粘膠纖維；但其溼態強度損失小，明顯優於粘膠纖維。該纖維的初始模量有提高，使粘膠纖維織物身骨偏軟的弊病得到改善，這是交聯處理的結果。大豆蛋白/粘膠共混纖維具有優良的吸溼性、透氣性和保溫性，並且抗靜電能力好，加工容易。該纖維還具有優良的染色性能，既可以在鹼性，也可以在酸性條件下進行多種染料的染色，但要避開強酸和強鹼性染料的使用。
大豆蛋白/粘膠共混纖維的回彈性能、耐熱性能優於大豆蛋白/聚乙烯醇共混纖維，但仍有待改善。
具有毛型手感，絲綢光澤，突出了服用的舒適性能。適於各種長絲，也適於各種短纖維產品的製備。
具體實施例方式
通過以下實施例將有助於理解本發明，但並不限制本發明的內容。
實驗例1大豆蛋白/粘膠共混纖維56dtex/24f長絲的加工紡絲液混合含大豆蛋白8.5％和含鹼4.3％的大豆蛋白的鹼溶液與含纖維素8.5％，含鹼4.3％常規粘膠原液混合，混合比為大豆蛋白鹼溶液/粘膠原液＝20/80，粘度38S，熟成度12％。
過濾採用框式壓濾機，三道過濾，第一道濾材為一層細布加二層絨布，壓力為7.5Kg/cm2；第二道濾材為一層細布加一層府綢再加二層絨布，壓力為7.5Kg/cm2；第三道濾材為一層細布加一層府綢再加一層絨布，壓力為7.5Kg/cm2。
脫泡採用靜置脫泡，脫泡時間18h。
紡絲成型溼法紡絲，採用R531型離心式紡絲機，凝固浴配方硫酸118g/L，硫酸鈉320g/L，硫酸鋅11g/L，溫度47℃；浸浴長度300mm；紡絲速度80m/min；拉伸率20％。
脫硫採用亞硫酸鈉脫硫法，亞硫酸鈉溶液濃度22g/L。
水洗溫度50℃。
脫水採用離心脫水機。
縮醛處理戍二醛常溫處理。醛溶液的濃度為15％，處理10分鐘；紡絲與醛的重量比為1/10。
水洗溫度47℃。
油浴氨皂1.0g/L，溫度50℃，上油率2％。
烘乾採用高頻烘乾，20min。
實驗例2大豆蛋白/粘膠共混纖維1.38dtex，38mm短纖維的加工紡絲液混合含大豆蛋白9％和鹼4.3％的豆蛋白的鹼溶液與含纖維素9.0％和鹼4.3％的常規粘膠原液混合，混合比為大豆蛋白鹼溶液/粘膠原液＝35/65，粘度48S，熟成度14％。
過濾採用框式壓濾機，三道過濾，第一道濾材為二層絨布加一層府綢再加一層細布，壓力為6.5Kg/cm2；第二道濾材為二層絨布加二層府綢再加一層細布，壓力為8Kg/cm2；第三道濾材為一層絨布加一層府綢再加一層細布，壓力為7Kg/cm2。
脫泡採用靜置脫泡，脫泡時間18h。
紡絲成型溼法紡絲，採用R372型雙面單排淺浴紡絲機，凝固浴配方硫酸118g/L，硫酸鈉330g/L，硫酸鋅12g/L，溫度47℃；浸浴長度300mm；紡絲速度80m/min；拉伸率20％。
脫硫採用亞硫酸鈉脫硫法，亞硫酸鈉溶液濃度22g/L。
水洗溫度50℃。
脫水採用離心脫水機。
縮醛處理戍二醛常溫處理。戍二醛溶液的濃度為30％，處理5分鐘；紡絲與醛的重量比為1/20。
水洗溫度47℃。
油浴氨皂1.2g/l，溫度50℃，上油率2％。
切斷轉盤型切斷機，切斷長度38mm。
烘乾採用帶式烘乾機。
權利要求
1.一種大豆蛋白和粘膠共混纖維，其特徵是大豆蛋白與粘膠重量比為(10～40)∶(90～60)的大豆蛋白和粘膠共混纖維。
2.如權利要求1所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其特徵是大豆蛋白與粘膠重量比為(20～30)∶(80～70)的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其粘度30～60S，熟成度10-17％。
3.如權利要求1所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其特徵是其粘度為35～55S，熟成度12～15。
4.一種如權利要求1所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的製造方法，其特徵是採用通常的溼法紡絲製取，並在纖維後處理中增加了縮醛工序，其流程為大豆蛋白鹼溶液和粘膠鹼溶液混合、過濾、脫泡、紡絲成形、脫硫、水洗、脫水、縮醛處理、水洗、上油、烘乾、捲曲定型和切斷成成品，其中(1)紡絲液組成將含重量大豆蛋白的7～11％和含鹼3.5～5.5％的大豆蛋白的鹼溶液和含重量粘膠纖維素7～11％和含鹼3.5～5.5％的粘膠原液的二種溶液混合，其中，大豆蛋白與粘膠的重量混合比為(10～40)∶(90～60)，粘度30～60S，熟成度10～17％；(2)凝固浴組成硫酸100～140g/l，硫酸鈉250～400g/l，硫酸鋅9～14g/l，溫度40～55℃；(3)縮醛處理採用甲醛、乙二醛或戍二醛，常溫處理，縮醛度20-30％，醛溶液的濃度為15～30％重量的溶液，處理5～10小時；紡絲與醛的重量比為1∶(10～20)。(4)上油的油浴溫度40～55℃，油劑配方是氨皂0.5～2.5g/l，上油率1～4％。
5.如權利要求4所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的製造方法，其特徵是所述的大豆蛋白的鹼溶液含有大豆蛋白8.5～9.0％和鹼4.3％；所述的粘膠原液含有纖維素8.5～9.0％和鹼4.3％。
6.如權利要求4所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的製造方法，其特徵是所述的凝固浴配方硫酸118±2g/l，硫酸鈉320±10g/l，硫酸鋅11～12g/l，溫度47～50℃。
7.如權利要求4所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的製造方法，其特徵是所述的油劑配方是氨皂1.0-1.2g/l，溫度50℃，上油率2％。
8.一種如權利要求1所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其特徵是所述的纖維用於長絲和短纖維製品的製備。
全文摘要
本發明涉及一種大豆蛋白和粘膠共混纖維、製造方法和用途。大豆蛋白與粘膠重量比為(10～40)∶(90～60)的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其粘度30～60S，熟成度10～17％。系利用大豆蛋白和纖維素磺酸酯良好的鹼溶性原理，採用溼法紡絲製取，無特殊設備。生產的織物風格新穎高雅，性能優良，具有毛型手感，絲綢光澤，突出了服用的舒適性能。適於各種長絲和短纖維產品的製備。
文檔編號D01F8/00GK1811020SQ200510111710
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月20日 優先權日2005年12月20日
發明者姜巖, 姜麗, 隋淑英, 王善元 申請人:東華大學