一種植物蛋白質－纖維素複合纖維及其製備方法
2023-10-26 18:56:52 1
專利名稱：一種植物蛋白質－纖維素複合纖維及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種植物蛋白質-纖維素複合纖維及其製備方法。
背景技術：
纖維素纖維是最早成為紡織纖維的化學纖維，由於它以自然界中可不斷再生的各種富含纖維素的植物為原料，這些植物包括木材、棉短絨、甘蔗渣等，通過一系列的物理化學加工，將纖維素再生而製得的再生纖維。纖維素纖維具有吸溼性、透氣性、抗靜電性和良好的染色性，又具有良好的保暖性、人體親和性、自然抑菌性、真絲般光澤和舒適的手感等優點，因此在服裝等領域有著廣泛的用途。另外，由於全球石油可開採量不斷減少，限制了以石油為原料的合成纖維的進一步發展，因而纖維素纖維的開發日益受到人們的重視。但傳統的生產纖維素纖維的粘膠工藝中，要使用CS2和鹼形成纖維素黃酸酯溶液即粘膠，存在著工藝流程長、生產中使用CS2有害氣體及三廢汙染環境等問題。
我國是個農業大國，有豐富的油料作物資源和巨大的油料加工生產能力，其中加工油料所產生的餅粕含大量的蛋白質，如大豆粕的蛋白質含量為50％、花生粕為41.7％、菜籽粕為36％、棉籽粕為42％、葵花籽為39％、薴麻餅為57.8％。這些餅粕大多作為飼料和農家肥使用，近來也在進行蛋白提取深加工的研究，以作食品添加劑應用。也有人開始把這些蛋白質用於化學纖維的改性，如蛋白質用於維綸的改性申請號為99116636.1和02109966.9的中國專利；植物蛋白改性腈綸如申請號為03115288.0的中國專利；植物蛋白改性粘膠纖維如申請號為02138823.7的中國專利，其中使用了部分維綸原料。然而維綸和腈綸均為合成纖維，其原料為煤、石油、天然氣和電石等，由於其發展受到不同程度的限制，且生物可降解性較差，粘膠纖維生產中存在嚴重的環境汙染問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種植物蛋白質-纖維素複合纖維。
本發明所要解決的技術問題在於提供一種植物蛋白質-纖維素複合纖維的製備方法。
本發明是利用從油料餅粕中提取的蛋白質和纖維素進行分子複合，經紡絲及後加工工藝而製得的一種蛋白質-纖維素複合纖維。這種纖維既保留了纖維素纖維原有的吸溼性、透氣性、抗靜電性和良好的染色性等優點，又增加了纖維的保暖性、人體親和性、自然抑菌性、真絲般光澤和舒適的手感，同時又對油料餅粕進行了充分的利用，提取蛋白質後的渣料還可作飼料和農家肥使用。另外可利用原有的粘膠纖維設備，就可進行植物蛋白質-纖維素複合纖維的生產，這種纖維有生產成本低而附加值高的特點，而且原料可再生、產品可降解、生產汙染小、符合國際上對生態紡織品的要求。本發明的工藝如圖1所示。
本發明的特徵是利用蛋白質在一些無機鹽水溶液及有機溶劑中溶解的性能，從而製得適合於纖維素複合紡絲的漿液。通過溼法或乾濕法紡絲工藝紡制而得植物蛋白質-纖維素複合纖維。
本發明所用的植物蛋白質的原料為大豆、腰果、花生、油菜籽、芝麻、葵花籽、棉籽、蓖麻籽的渣粕中提取的蛋白質。所述植物蛋白質可為上述提取蛋白質的單一品種或是混合物。
本發明所用的溶解蛋白質的溶劑為無機鹽的水溶液、二甲基甲醯胺或二甲基亞碸，鹼或酸。
本發明所用的蛋白質濃度為10～40％。
本發明所用的纖維素原料是由棉短絨、非成型木材、甘蔗渣、秸杆、竹子等可再生性植物副產品或廢料等，製成含纖維素90％以上的漿粕，將其溶解於溶劑中製成溶液；或將纖維素漿粕加工製成衍生物——纖維素氨基甲酸酯，再將其溶解於溶劑中製成溶液。濃度為含8～30％的纖維素或其衍生物。
本發明中所用的纖維素衍生物纖維素氨基甲酸酯，是將纖維素加氫氧化鈉鹼化和氧化降解，然後加尿素加熱反應合成製得。
本發明所用的溶解纖維素的溶劑為無機鹽的水溶液、二甲基甲醯胺或二甲基亞碸、N-甲基嗎啉-N氧化物-水合物(NMMO·H2O)、鹼或酸；所用的無機鹽水溶液為含20～60％重量百分比的氯化鋅、硫氰酸鈉或硫氰酸鉀的水溶液。
本發明的蛋白質-纖維素紡絲漿液是一定比例的蛋白質溶液和纖維素或其衍生物溶液混合物。所述的比例是蛋白質∶纖維素為10～50∶50～90。
本發明的紡絲是混合漿料從噴絲孔出來在紡絲浴中凝固牽伸成絲。凝固浴的濃度為1～30％硫酸鈉、硫酸、氯化鋅、硫酸鋅的水溶液或水，溫度為5～70℃。牽伸倍數1～7倍。
本發明的凝固浴可為一級或多級。
本發明的凝固後牽伸是在高溫下進行的，牽伸的條件是溫度為80～140℃，拉伸倍率為5～20倍。
本發明的捲曲是熱捲曲，捲曲的溫度是70～110℃。
本發明的定型是在80～160℃的溫度下進行。
本發明的成品乾燥是在80～180℃的溫度下進行。
圖1是本發明的一種植物蛋白質-纖維素複合纖維的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面以四個具體實施例對本發明作進一步的闡述，但實施例僅用於說明，並不限制發明的範圍。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。
實施例1大豆餅粕混合其10倍量的水，在30℃浸泡8小時，分離出不溶解的多糖類殘渣，這些殘渣再和水以1∶12的比例混合，浸泡1小時分離去殘渣。兩部分溶液合併用鹽酸調節溶液PH值為4.4靜置2小時，進行酸沉。離心分離溶解性多糖，離心甩幹至蛋白質含水率為15％。
把上述蛋白質溶解在濃度為9％的氫氧化鈉溶液中使其蛋白質濃度為25％，隨後和棉纖維素漿液以蛋白質與纖維素比例為1∶4的比例復配，混合為紡絲漿液，靜置脫泡。
紡絲漿液經計量泵由噴絲孔進入凝固浴，凝固浴為10％硫酸水溶液，3％硫酸鈉水溶液，浴溫為50℃拉伸倍率為1.6倍。再經蒸汽拉伸，拉伸溫度為100℃，拉伸倍率為10倍，隨後水洗，上油，在溫度120℃的條件下乾燥。乾燥的纖維在85℃進行捲曲，後在130℃溫度熱定型，再次上油，在120℃乾燥得到蛋白質-纖維素複合纖維成品。
實施例2葵花籽粕和其8倍量的PH值為8.8的氫氧化鈉溶液混合，常溫浸泡2小時，分離出不溶解的多糖類殘渣，這些殘渣再和PH值為8.8的氫氧化鈉溶液以1∶9的比例混合，浸泡1小時分離去殘渣。兩部分溶液合併用鹽酸調節溶液PH值為4.6靜置2小時，進行酸沉。離心分離溶解性多糖，離心甩幹至蛋白含水率為20％。
把上述蛋白質和木纖維素溶解在NMMO·H2O中，使其蛋白質濃度為20％，蛋白質與纖維素比例為1∶5的比例復配，混合為紡絲漿液，靜置脫泡。
紡絲漿液經計量泵由噴絲孔經過空氣層進入第一凝固浴，凝固浴為水溶液，浴溫為12℃。再經第二凝固浴，凝固浴為水溶液，浴溫為30℃，再經第三凝固浴進行預拉伸，凝固浴為水溶液，浴溫為45℃拉伸倍率為1.2倍。再經蒸汽拉伸，拉伸溫度為120℃，拉伸倍率為11倍，隨後水洗，上油，在溫度140℃的條件下乾燥。乾燥的纖維在90℃進行捲曲，後在120℃溫度熱定型，再次上油，在110℃乾燥得到蛋白質-纖維素複合纖維成品。
實施例3
大豆餅粕混合其10倍量的水，在30℃浸泡8小時，分離出不溶解的多糖類殘渣，這些殘渣再和水以1∶12的比例混合，浸泡1小時分離去殘渣。兩部分溶液合併用鹽酸調節溶液PH值為4.4靜置2小時，進行酸沉。離心分離溶解性多糖，離心甩幹至蛋白質含水率為15％，把上述蛋白質溶解在濃度為9％的氫氧化鈉溶液中，使其蛋白質濃度為25％。
棉漿粕加入9％的氫氧化鈉溶液進行鹼化和氧化降解，然後按纖維素與尿素比例為1∶3的比例加入尿素，在140℃下加熱反應合成為纖維素氨基甲酸酯。隨後和蛋白質漿液以纖維素與蛋白質比例為5∶1的比例復配，混合為紡絲漿液，靜置脫泡。
紡絲漿液經計量泵由噴絲孔進入凝固浴，凝固浴為10％硫酸水溶液，浴溫為50℃拉伸倍率為1.6倍，製成絲餅。隨後鹼洗，水洗，上油，在130℃溫度熱定型，再次上油，在120℃乾燥後絡筒得到蛋白質-纖維素複合纖維長絲成品。
本發明製成的植物蛋白質-纖維素複合纖維，其顯著的進步效果體現在其短纖維纖度為1～7dtex；幹強度為1.5～2.7CN/dtex；溼強度為0.7～1.7CN/dtex；伸長為10～30％；染色均勻度(灰卡級)≥3。
權利要求
1.一種植物蛋白質-纖維素複合纖維，其特徵在於由植物蛋白質和纖維素或纖維素衍生物組成，植物蛋白質佔10～50％，纖維素或纖維素衍生物佔50～90％，均為重量百分比。
2.根據權利要求1所述的植物蛋白質-纖維素複合纖維，其特徵是所述的植物蛋白質是被榨油利用後的大豆、腰果、花生、油菜籽、芝麻、葵花籽、棉籽、蓖麻籽、玉米的渣粕中提取的蛋白質或它們的混合物。
3.根據權利要求1所述的植物蛋白質-纖維素複合纖維，其特徵是所述的纖維素是從各種富含纖維素的植物中獲取，這些植物包括木材、棉短絨、甘蔗渣、秸杆、竹子。
4.根據權利要求1所述的植物蛋白質-纖維素複合纖維，其特徵是所述的纖維素衍生物為纖維素氨基甲酸酯。
5.一種植物蛋白質-纖維素複合纖維的製備方法，其特徵在於含10～40％重量的植物蛋白質溶液和含8～30％重量的纖維素或其衍生物溶液，按蛋白質與纖維素為10～50∶50～90的重量比配製成紡絲漿液，通過溼法或乾濕法工藝紡絲，從噴絲孔出來，在紡絲浴中凝固牽伸成絲，拉伸，鹼洗，水洗，上油，捲曲，定型，上油和乾燥；上述溶液的溶劑是無機鹽的水溶液、二甲基甲醯胺或二甲基亞碸、N-甲基嗎啉-N氧化物-水合物(NMMO·H2O)、鹼或酸，所述的無機鹽水溶液為含20～60％重量百分比的氯化鋅、硫氰酸鈉或硫氰酸鉀的水溶液。
6.根據權利要求5所述的植物蛋白質-纖維素複合纖維的製備方法，其特徵在於所述的植物蛋白質溶液，是採用溶劑法從含蛋白質的植物渣粕中把蛋白質提取出來，提取溶劑為水、稀鹼溶液、稀酸溶液及無機鹽水溶液；再將蛋白質溶解製成濃度為10～40％蛋白質溶液，溶劑為無機鹽的水溶液、二甲基甲醯胺或二甲基亞碸、N-甲基嗎啉-N氧化物-水合物(NMMO·H2O)、鹼或酸；所述的無機鹽水溶液為含20～60％重量百分比的氯化鋅、硫氰酸鈉或硫氰酸鉀的水溶液。
7.根據權利要求5所述的植物蛋白質-纖維素複合纖維的製備方法，其特徵在於所述的纖維素溶液，是採用製取是先將含纖維素90％以上的漿粕或其衍生物溶解於溶劑中製成含8～30％重量百分比的纖維素溶液；上述溶劑為無機鹽的水溶液、二甲基甲醯胺或二甲基亞碸、N-甲基嗎啉-N氧化物-水合物(NMMO·H2O)、鹼或酸；所述的無機鹽水溶液為含20～60％重量百分比的氯化鋅、硫氰酸鈉或硫氰酸鉀的水溶液。
8.根據權利要求5所述的植物蛋白質-纖維素複合纖維的製備方法，其特徵在於所述的混合漿料從噴絲孔出來在紡絲浴中凝固牽伸成絲，凝固浴的濃度為1～30％硫酸鈉、硫酸、氯化鋅、硫酸鋅的水溶液或水，溫度為5～70℃。
9.根據權利要求5所述的植物蛋白質-纖維素複合纖維的製備方法，其特徵在於所述的牽伸，牽伸溫度為80～140℃，牽伸倍數為1～7倍。
10.根據權利要求5所述的植物蛋白質-纖維素複合纖維的製備方法，其特徵在於所述的拉伸溫度為80～140℃，拉伸倍率為5～20倍，捲曲溫度是70～110℃，定型溫度是80～160℃；乾燥溫度是80～180℃。
全文摘要
一種植物蛋白質－纖維素複合纖維，其特徵在於由植物蛋白質和纖維素或纖維素衍生物組成，植物蛋白質佔10～50％，纖維素或纖維素衍生物佔50～90％，均為重量百分比。其製備方法是將含10～40％重量的植物蛋白質溶液和含8～30％重量的纖維素或其衍生物溶液，按蛋白質與纖維素為10～50∶50～90的重量比配製成紡絲漿液，通過溼法或乾濕法工藝紡絲，從噴絲孔出來，在紡絲浴中凝固牽伸成絲，拉伸，鹼洗，水洗，上油，捲曲，定型，上油和乾燥得到。本發明複合纖維既保留了纖維素纖維原有的吸溼性、透氣性、抗靜電性和良好的染色性等優點，又增加了纖維的的保暖性、人體親和性、自然抑菌性、真絲般光澤和舒適的手感等特點。
文檔編號D01F8/00GK1584151SQ200410024650
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月26日 優先權日2004年5月26日
發明者尹翠玉, 沈新元, 楊慶 申請人:東華大學