CN100395382C

CN100395382C - 大豆蛋白和粘胶共混纤维的制造方法

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Publication number: CN100395382C
Application number: CNB2005101117102A
Authority: CN
Inventors: 姜岩; 姜丽; 隋淑英; 王善元
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University; Wenzhou University
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: CN1811020A

Abstract

本发明涉及一种大豆蛋白和粘胶共混纤维的制造方法。大豆蛋白与粘胶重量比为(10～40)∶(90～60)的大豆蛋白和粘胶共混纤维，其粘度30～60S，熟成度10-17%。系利用大豆蛋白和纤维素磺酸酯良好的碱溶性原理，采用湿法纺丝制取，无特殊设备。生产的织物风格新颖高雅，性能优良，具有毛型手感，丝绸光泽，突出了服用的舒适性能。适于各种长丝和短纤维产品的制备。

Description

大豆蛋白和粘胶共混纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及一种新型的再生蛋白质和纤维素共混纤维的制造方法，属高分子材料化学纤维领域。

背景技术

现有的化学纤维中，利用蛋白质共混技术生产的品种主要包括维纶基大豆蛋白纤维(中国)和腈纶基牛奶蛋白纤维(日本)，都属合成纤维门类，本发明所涉及的大豆蛋白/粘胶共混纤维是利用大豆蛋白和粘胶的碱溶液混合，通过湿法纺丝制取的纤维，属再生纤维类。其生产流程为：大豆蛋白碱溶液和粘胶碱溶液混合→过滤→脱泡→计量→湿法纺丝→凝固浴成形→塑化牵伸→脱硫→水洗→脱水→缩醛处理→水洗→上油→烘干→(卷曲定型)→(切断)→成品。

其中大豆蛋白和粘胶溶液的制备分别是已知的技术，本发明涉及含大豆粘胶的混合，包括混合比、混合粘度、熟成度等工艺参数；凝固浴组成包括硫酸、硫酸钠、硫酸锌以及凝固浴的各项工艺参数；为了加强大豆蛋白和纤维素大分子之间的作用力，提高纤维的机械性能，需要理行交联处理，本发明的采用缩醛处理，使用甲醛、乙二醛或戍二醛等；此外，还包括上油工序，包括油剂及其工艺参数。

大豆蛋白是大豆榨油后残余物质(豆饼)中所含的主要成份，大豆脱脂后含有粗蛋白、醣类物质、异丙酮及粗纤维等，经粉碎和分离可提取大豆蛋白。大豆蛋白的化学组成和羊毛角朊、丝朊基本相同，均为多种α-氨基酸缩合的复杂高分子，它们是以肽键相连接的多肽或称多氨酸，一般化学结构式为：

大豆蛋白的分子质量是不均匀分布，大约8000～600000之间，在一般情况下大豆蛋白大分子呈α-螺旋结构，形成近似球状的复杂结构。但在纺丝条件下，需要将分离的大豆蛋白用稀碱调和成纺丝原液组份，含量约为10～30％，pH值约为13.5左右，在该条件下，大豆蛋白发生变性，大分子呈β-链构象。

纺丝原液中大豆蛋白组份的粘度，决定于大豆蛋白的含量、pH值、老化时间与温度。通常情况下，刚刚溶解的大豆蛋白溶液粘度较高、弹性偏大，呈凝胶状，不具有可纺性，只有老化一段时间后，粘度降低到一定程度才出现可纺性。

由于纺丝液的pH值高达10以上，大豆蛋白很容易发生水解，引起粘度降低，影响纺丝稳定性，为此可在纺丝液中加入适量的二硫键阻断剂，阻止大豆蛋白水解。常用的二硫键阻断剂有半胱氨酸，亚硫酸钠，亚硫酸钾、巯基乙醇等。二硫键阻断剂的添加量因品种而异，例如，半胱胺酸添加量为0.3～3.0mg/100g大豆蛋白，亚硫酸为5.0～50mg/100g大豆蛋白，巯基乙醇为0.4～40mg/100g大豆蛋白。添加二硫阻断剂之后，纺丝液的粘度不仅不会降低，反而还会升高，但这种变化在原液配制开始的一段时间内不明显。

由于品种和地域的差异，大豆蛋白的α-氨基酸含量也不尽相同，但和羊毛、蚕丝等天然蛋白质纤维比较起来，α-氨基酸的组成基本相同，更贴近于羊毛，但组份数略少，每种组份含量的差异则较大，如大豆蛋白的胱氨酸含量比羊毛角朊少得多，比丝朊的相应含量略高。大豆蛋白所含氨基酸的极性基团数量明显高于丝朊，更接近于羊毛角朊。

在蛋白质大分子中，各种α-氨基酸是按一定顺序排列的，根据排列顺序的不同构成了蛋白质大分子的不同类别。大豆蛋白的大分子至少有四类：15S球蛋白、11S球蛋白、7S球蛋白、2S球蛋白，其中11S球蛋白和7S球蛋白约占70～80％。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的大豆蛋白和粘胶共混纤维。

本发明的另一目的是提供一种上述的大豆蛋白和粘胶共混纤维的加工制造方法。

本发明的目的还提供一种上述的大豆蛋白和粘胶共混纤维的用途。

大豆蛋白和粘胶共混纤维属于双组份再生纤维，其中粘胶是再生纤维素纤维的纺丝原液，成纤大分子是纤维素。纤维素是具有一定规整度的线性大分子，具有较为丰富的羟基，纤维素再生成纤后大分子之间会形成较多的氢键，并具有30～35％左右的结晶度。大豆蛋白大分子在碱性纺丝液中呈β-线形结构，虽然氨基酸组份携带多种极性基团，大豆蛋白大分子之间可能形成氢键、盐式键和少量的二硫键，但由于大豆蛋白大分子结构复杂，氨基酸在大分子中排列种类不同，支链较大、规整度较低，一般不具有结晶能力，大豆蛋白大分子单独成纤能力很弱。如果将大豆蛋白混入粘胶纤维，将对成纤大分子的规整度产生影响，分子间力减弱，结晶能力下降，从而对成纤高聚物的机械性能产生不利的影响，并且混入量愈多影响愈大。由于粘胶纤维本身的强度就不是很高，因此对大豆蛋白和粘胶共混纤维进行交联处理是必要的。以甲醛为交联剂的反应如下所示：

cell-OH+cell-OH+HCOH→cell-O-CH₂-O-cell+H₂O

，则交联处理后的大豆蛋白/粘胶共混纤维聚集态结构为直线形大分子网状结构，也就是说该纤维并不具有结晶结构。

交联处理后的大豆蛋白/粘胶共混纤维聚集态结构为直线形大分子网状结构，它保证了该纤维的使用性能，而且显著的改善了粘胶纤维湿强度损失大的缺点，同时还提高了纤维的初始模量。

本发明的大豆蛋白和粘胶共混纤维是大豆蛋白与粘胶重量比为(10～40)∶(90～60)的大豆蛋白和粘胶共混纤维。推荐大豆蛋白与粘胶重量比为(20～30)∶(80～70)的大豆蛋白和粘胶共混纤维。其粘度30～60S，熟成度10～17％。推荐粘度为35～55S，熟成度12～15。

本发明是一种全新的化学纤维，主要的制造技术是利用大豆蛋白和纤维素磺酸酯良好的碱溶性原理，设计大豆蛋白粘胶的混合溶液，主要有混合比、混合粘度、熟成度等工艺参数；设计大豆蛋白粘胶的混合溶液的凝固浴配方及工艺参数；设计大豆蛋白/粘胶纤维半成品丝的缩醛化处理的配方及工艺参数；设计大豆蛋白/粘胶纤维半成品丝的上油工序配方及工艺参数。

本发明的主要生产工艺用湿法纺丝制取，并在纤维后处理中增加了缩醛工序。其流程为：大豆蛋白碱溶液和粘胶碱溶液混合、过滤、脱泡、纺丝成形、脱硫、水洗、脱水、缩醛处理、水洗、上油、烘干、卷曲定型、切断成成品。其中，混合、过滤、脱泡、纺丝成形、脱硫、水洗、脱水、缩醛处理、水洗、上油、烘干、卷曲定型、切断都是通常的纺织工艺。不同之处如下：

(1)纺丝液组成：

将含重量大豆蛋白的7～11％和含碱3.5～5.5％的大豆蛋白的碱溶液和含重量粘胶纤维素7～11％和含碱3.5～5.5％的粘胶原液的二种溶液混合，其中，大豆蛋白与粘胶的重量混合比为(10～40)∶(90～60)，粘度30～60S，熟成度10～17％；

(2)凝固浴组成：硫酸100～140g/l，硫酸钠250～400g/l，硫酸锌9～14g/l，温度40～55℃；

(3)缩醛处理：采用甲醛、乙二醛或戍二醛，常温处理，缩醛度20～30％，醛溶液的浓度为15～30％，处理5～10分钟；纺丝与醛的重量比为1∶(10～20)。

(4)上油的油浴温度40～55℃，油剂配方是氨皂0.5～2.5g/l，上油率1～4％。

发明中所述的大豆蛋白的碱溶液以含有大豆蛋白8.5～9.0％和碱4.3％和所述的粘胶原液以含有纤维素8.5～9.0％和碱4.3％为好。

所述的凝固浴配方以硫酸118±2g/l，硫酸钠320±10g/l，硫酸锌11一12g/l，温度47～50℃为好。所述的油剂配方以氨皂1.0～1.2g/l，温度50℃，上油率2％为好。

所述的纺丝液组成更好为如下：

●含重量大豆蛋白8.5～9.0％和碱4.3％的大豆蛋白的碱溶液；

●含重量粘胶纤维素8.5～9.0％和碱4.3％的粘胶原液；

●将上述二种溶液混合，其中，大豆蛋白与粘胶的重量混合比为(20～30)∶(80～70)。其粘度为35～55S，熟成度为12～15％。

所述的凝固浴组成可以是硫酸118±2g/l，硫酸钠320±10g/l，硫酸锌11～12g/l，温度47～50℃。

所述油浴建议为：氨皂1.0～1.2g/l，温度50℃，上油率2％。

本发明所使用的设备均为一般化纤厂所具有的通用设备，无特殊设备。

以本发明的大豆蛋白和粘胶共混纤维为原料制造的的织物风格新颖高雅，性能优良，纤维的物化性能指标：

大豆蛋白/粘胶共混纤维是纤维素的蛋白质改性纤维，因此纤维外观、手感均得到改善。该纤维强度高于羊毛，略低于粘胶纤维；但其湿态强度损失小，明显优于粘胶纤维。该纤维的初始模量有提高，使粘胶纤维织物身骨偏软的弊病得到改善，这是交联处理的结果。大豆蛋白/粘胶共混纤维具有优良的吸湿性、透气性和保温性，并且抗静电能力好，加工容易。该纤维还具有优良的染色性能，既可以在碱性，也可以在酸性条件下进行多种染料的染色，但要避开强酸和强碱性染料的使用。

大豆蛋白/粘胶共混纤维的回弹性能、耐热性能优于大豆蛋白/聚乙烯醇共混纤维，但仍有待改善。

具有毛型手感，丝绸光泽，突出了服用的舒适性能。适于各种长丝，也适于各种短纤维产品的制备。

具体实施方式

通过以下实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

实验例1：大豆蛋白/粘胶共混纤维56dtex/24f长丝的加工

纺丝液混合：含大豆蛋白8.5％和含碱4.3％的大豆蛋白的碱溶液与含纤维素8.5％，含碱4.3％常规粘胶原液混合，混合比为大豆蛋白碱溶液/粘胶原液＝20/80，粘度38S，熟成度12％。

过滤：采用框式压滤机，三道过滤，第一道滤材为一层细布加二层绒布，压力为7.5K.g/cm²；第二道滤材为一层细布加一层府绸再加二层绒布，压力为7.5Kg/cm²；第三道滤材为一层细布加一层府绸再加一层绒布，压力为7.5Kg/cm²。

脱泡：采用静置脱泡，脱泡时间18h。

纺丝成型：湿法纺丝，采用R531型离心式纺丝机，凝固浴配方硫酸118g/L，硫酸钠320g/L，硫酸锌11g/L，温度47℃；浸浴长度300mm；纺丝速度80m/min；拉伸率20％。

脱硫：采用亚硫酸钠脱硫法，亚硫酸钠溶液浓度22g/L。

水洗：温度50℃。

脱水：采用离心脱水机。

缩醛处理：戍二醛常温处理。醛溶液的浓度为15％，处理10分钟；纺丝与醛的重量比为1/10。

水洗：温度47℃。

油浴：氨皂1.0g/L，温度50℃，上油率2％。

烘干：采用高频烘干，20min。

实验例2：大豆蛋白/粘胶共混纤维1.38dtex，38mm短纤维的加工

纺丝液混合：含大豆蛋白9％和碱4.3％的豆蛋白的碱溶液与含纤维素9.0％和碱4.3％的常规粘胶原液混合，混合比为大豆蛋白碱溶液/粘胶原液＝35/65，粘度48S，熟成度14％。

过滤：采用框式压滤机，三道过滤，第一道滤材为二层绒布加一层府绸再加一层细布，压力为6.5Kg/cm²；第二道滤材为二层绒布加二层府绸再加一层细布，压力为8Kg/cm²；第三道滤材为一层绒布加一层府绸再加一层细布，压力为7Kg/cm²。

脱泡：采用静置脱泡，脱泡时间18h。

纺丝成型：湿法纺丝，采用R372型双面单排浅浴纺丝机，凝固浴配方硫酸118g/L，硫酸钠330g/L，硫酸锌12g/L，温度47℃；浸浴长度300mm；纺丝速度80m/min；拉伸率20％。

脱硫：采用亚硫酸钠脱硫法，亚硫酸钠溶液浓度22g/L。

水洗：温度50℃。

脱水：采用离心脱水机。

缩醛处理：戍二醛常温处理。戍二醛溶液的浓度为30％，处理5分钟；纺丝与醛的重量比为1/20。

水洗：温度47℃。

油浴：氨皂1.2g/1，温度50℃，上油率2％。

切断：转盘型切断机，切断长度38mm。

烘干：采用带式烘干机。

Claims

1.一种大豆蛋白和粘胶共混纤维的制造方法，其特征是采用通常的湿法纺丝制取，并在纤维后处理中增加了缩醛工序，其流程为：大豆蛋白碱溶液和粘胶碱溶液混合、过滤、脱泡、纺丝成形、脱硫、水洗、脱水、缩醛处理、水洗、上油、烘干、卷曲定型和切断成成品，其中：

(1)纺丝液组成：

将含重量大豆蛋白的7-11％和含碱3.5-5.5％的大豆蛋白的碱溶液和含重量粘胶纤维素7-11％和含碱3.5-5.5％的粘胶原液的二种溶液混合，其中，大豆蛋白与粘胶的重量混合比为(10～40)∶(90～60)，粘度30～60S，熟成度10-17％；

(2)凝固浴组成：硫酸100～140g/l，硫酸钠250-400g/l，硫酸锌9-14g/l，温度40～55℃；

(3)缩醛处理：采用甲醛、乙二醛或戍二醛，常温处理，缩醛度20-30％，醛溶液的浓度为15～30％重量的溶液，处理5～10小时；纺丝与醛的重量比为1∶(10～20)；

(5)上油的油浴温度40～55℃，油剂配方是氨皂0.5-2.5g/l，上油率1～4％。

2.如权利要求1所述的大豆蛋白和粘胶共混纤维的制造方法，其特征是所述的大豆蛋白的碱溶液含有大豆蛋白8.5～9.0％和碱4.3％；所述的粘胶原液含有纤维素8.5-9.0％和碱4.3％。

3.如权利要求1所述的大豆蛋白和粘胶共混纤维的制造方法，其特征是所述的凝固浴配方：硫酸118±2g/l，硫酸钠320±10g/l，硫酸锌11～12g/l，温度47～50℃。

4.如权利要求1所述的大豆蛋白和粘胶共混纤维的制造方法，其特征是所述的油剂配方是氨皂1.0～1.2g/l，温度50℃，上油率2％。