发明内容
本发明的目的是提供一种以离子液体为溶剂,采用均匀混合方法制备蛋白质改性纤维素的纺丝溶液,利用于喷湿纺技术、以水为凝固剂,纺制蛋白质改性纤维素纤维的方法。该方法环保、成本低、纺丝速度快、生产效率高,制备的纤维具有舒适、保健性等优点。
一种蛋白质改性纤维素纤维的制备方法,包括下列步骤:
(1)将蛋白质与纤维素溶解在离子液体中,制备均相混合纺丝原液;
(2)纺丝原液经过脱泡、过滤、计量后通过喷丝头挤出后形成纺丝细流,通过湿空气层后进入凝固浴凝固成形;
(3)进行拉伸、水洗、干燥热定型后纺丝成纤,制备蛋白质改性纤维素纤维。
所述的蛋白质是动物蛋白或植物蛋白,蛋白质含量≥90%;
所述的纤维素是指木浆、棉浆、竹浆、桑皮浆、稻草浆、苇浆、蔗渣浆或麻浆粕中的一种,纤维素含量≥90%,聚合度≥300;
所述的离子液体由阳离子和阴离子组成;
所述的阳离子包括下列阳离子中的一种:
烃基季铵离子 羟乙基烃基季铵离子 烃基锍离子 烃基季磷离子
烃基吡啶离子 烃基吡咯离子 烃基吡唑离子 烃基咪唑离子
其中,R1,R2,R3,R4,R5和R6是H或碳原子数为1-8的烃基,可以相同,也可以不同。
所述的阴离子是Cl-、Br-、CH3COO-、I-、SCN-或HCOO-的一种;
所述的纺丝原液制备方法选自下列方式之一:一是将干燥的蛋白质与纤维素混合均匀,溶解在离子液体中制备纺丝溶液;二是将蛋白质与纤维素混合均匀,在离子液体中溶胀,脱水,溶解制备纺丝溶液;三是将蛋白质与纤维素分别溶解,然后混合制备纺丝溶液;
所述的纺丝原液是指由纤维素、蛋白质和离子液体组成,纤维素和蛋白质之和占溶液的质量百分数为5~20%;
所述步骤(2)中的纺丝溶液温度为70~120℃;
所述的湿空气层是指喷丝板与凝固浴上液面之间空气层的距离为1~10cm,空气层的温度为5~30℃,相对湿度为60~95%;
所述的凝固浴由离子液体和水组成,温度为5~35℃,其中离子液体的质量百分数为0~20%,水的质量百分数为80~100%;
所述的拉伸浴为水,水温80~99℃;
所述水洗方法选自采用喷淋水洗的方法,水温为25~50℃或采用常压水蒸汽水洗的方法;
所述的干燥是指采用热空气干燥,干燥温度为110~160℃;
所述步骤(3)中的纺丝速度为20~100m/min;
所述的蛋白改性纤维素纤维是指蛋白质的质量百分数为1~10%,包括蛋白质改性纤维素纤维长丝或短丝,单丝纤度为1.5~5.0dtex,强度2.0~6.2cN/dtex。
本发明的有益效果:
(1)采用的溶剂为离子液体,无毒无挥发性,有利于环境保护和操作人员的健康,且易于回收,降低生产成本,凝固浴为水和离子液体,同样为绿色溶剂;
(2)可充分利用可再生的天然资源-纤维素和蛋白质,避免采用日益紧缺的石油原料;
(3)采用同一种溶剂溶解蛋白质和纤维素,避免了多种溶剂的混合及混合过程中产生的相分离,有利于制备均匀的纺丝原液;
(4)采用干喷湿纺技术,有利于提高纺丝速度,提高产品力学性能和生产效率;
(5)提高了产品的服饰舒适、保健性,提高纤维性能,增加了产品附加值,增加经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
原料:蚕丝蛋白,蛋白质含量97%;木浆粕,纤维素含量95%,聚合度300;离子液体,1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物。
将质量百分数为1%的干燥蚕丝蛋白与质量百分数为99%的干燥木浆粕混合均匀,加入1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物中,在70℃下溶解2小时,得到稳定均一的纺丝溶液,溶液中1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物的质量百分数为95%,纺丝溶液在70℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过1cm的湿空气层,温度为5℃,湿度为95%,进入5℃的凝固浴,凝固浴为水,经导辊进入80℃的热水浴拉伸,并经常压蒸汽水洗后,在110℃的热空气中干燥,以20m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为5.0dtex、强度2.0cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例2
原料:羊毛蛋白,蛋白质含量94%;棉浆粕,纤维含量99%,聚合度600;离子液体,1-丁基-3-甲基咪唑氯化物。
将质量百分数为2%的羊毛蛋白与98%的棉浆粕混合,加入1-丁基-3-甲基咪唑氯化物中,30℃下溶胀2小时,脱水,在80℃下溶解1.5小时,得到稳定均一纺丝溶液,溶液中1-丁基-3-甲基咪唑氯化物的质量百分数为92%,在80℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过2cm的湿空气层,温度为15℃,湿度80%,进入20℃的凝固浴,凝固浴中1-丁基-3-甲基咪唑氯化物的质量百分数为5%,经导辊进入80℃的热水浴,以30m/min的速度拉伸,经常压水蒸汽水洗和120℃的热空气干燥,切断为长度56mm的短丝,得到单丝纤度为2.2dtex、强度2.8cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例3
原料:大豆蛋白,蛋白质含量92%;竹浆粕,纤维含量99%,聚合度500;离子液体,1-丁基-3-甲基咪唑甲酸盐。
将质量百分数为1%的干燥大豆蛋白与质量百分数为99%的1-丁基-3-甲基咪唑甲酸盐混合,在60℃下溶解2小时得到溶液①;将质量百分数为15%的干燥竹浆粕与质量百分数为85%的1-丁基-3-甲基咪唑甲酸盐混合,在80℃下溶解1小时得到溶液②,再将溶液①②等量混合,在80℃下搅拌0.5小时得到稳定均一纺丝溶液,在80℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过3cm的湿空气层,温度为15℃,湿度75%,进入20℃的凝固浴,凝固浴中1-丁基-3-甲基咪唑甲酸盐的质量百分数为8%,经导辊进入90℃的热水拉伸浴,常压水蒸汽水洗,在140℃的热空气干燥,以40m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为2.5dtex、强度4.0cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例4
原料:玉米蛋白,蛋白质含量90%;桑皮浆粕,纤维素含量90%,聚合度500;离子液体,N,N’-二甲基吡咯溴化物。
将质量百分数为3%的的玉米蛋白与质量百分数为97%的桑皮浆粕混合,加入离子液体N,N’-二甲基吡咯溴化物混合,30℃下溶胀2小时,脱水,在100℃下溶解1.5小时,得到稳定均一纺丝溶液,溶液中N,N’-二甲基吡咯溴化物的质量百分数为90%,在100℃度下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过4cm的湿空气层,温度为10℃,湿度85%,进入30℃的凝固浴,凝固浴中N,N’-二甲基吡咯溴化物的质量百分数为10%,经导辊进入99℃的热水拉伸浴,喷淋水洗,水温为40℃,在150℃的热空气干燥,纺丝速度为20m/min,切断为长度38mm的短丝,得到单丝纤度为2.0dtex、强度为4.2cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例5
原料:牛奶酪蛋白,蛋白质含量92%;稻草浆粕,纤维素含量92%,聚合度300;离子液体,1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐。
将质量百分数为4%的干燥牛奶酪蛋白与质量百分数为96%的干燥稻草浆粕混合均匀,加入1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐中,在110℃下溶解2小时,得到稳定均一的纺丝溶液,溶液中1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐的质量百分数为88%,纺丝溶液在110℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过5cm的湿空气层,温度为30℃,湿度60%,进入25℃的凝固浴,凝固浴中的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐质量百分数为12%,经导辊进入90℃的热水拉伸浴,喷淋水洗,水温为50℃,在160℃的热空气干燥,以80m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为2.0dtex、强度4.6cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例6
原料:油菜籽蛋白,蛋白质含量94%;苇浆粕,纤维素含量97%,聚合度400;离子液体,1-乙基-3-甲基咪唑溴化物。
将质量百分数为5%的油菜籽蛋白与95%的苇浆粕中混合,加入1-乙基-3-甲基咪唑溴化物混合,40℃下溶胀1小时,脱水,在120℃下溶解1小时,得到稳定均一纺丝溶液,溶液中1-乙基-3-甲基咪唑溴化物的质量百分数为86%,在120℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过6cm的湿空气层,温度为20℃,湿度75%,进入25℃的凝固浴,凝固浴中的1-乙基-3-甲基咪唑溴化物质量百分数为14%,经导辊进入90℃的热水拉伸浴,喷淋水洗,水温为25℃,在130℃的热空气干燥,以40m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为3.8dtex、强度3.2cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例7
原料:花生蛋白,蛋白质含量92%;竹浆粕,纤维素含量98%,聚合度550;离子液体,1-丁基-3-甲基咪唑碘化物。
将质量百分数为6%的花生蛋白与94%的竹浆粕中混合,加入1-丁基-3-甲基咪唑碘化物混合,40℃下溶胀2小时,脱水,在100℃下溶解1小时,得到稳定均一纺丝溶液,溶液中1-丁基-3-甲基咪唑碘化物的质量百分数为84%,在100℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过7cm的湿空气层,温度为25℃,湿度70%,进入20℃的凝固浴,凝固浴中的1-丁基-3-甲基咪唑碘化物质量百分数为16%,经导辊进入90℃的热水拉伸浴,常压水蒸汽水洗,在120℃的热空气干燥,以50m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为2.5dtex、强度4.4cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例8
原料:兔毛蛋白,蛋白质含量91%;蔗渣浆粕,纤维素含量94%,聚合度450;离子液体,1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐。
将质量百分数为7%的干燥兔毛蛋白与质量百分数为93%的干燥蔗渣浆粕混合均匀,加入1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐中,在110℃下溶解2小时,得到稳定均一的纺丝溶液,溶液中1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐的质量百分数为82%,纺丝溶液在110℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过8cm的湿空气层,温度为25℃,湿度70%,进入20℃的凝固浴,凝固浴中的1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐质量百分数为18%,经导辊进入90℃的热水拉伸浴,喷淋水洗,水温为50℃,在160℃的热空气干燥,以80m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为1.8dtex、强度5.2cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例9
原料:大豆分离蛋白,蛋白质含量93%;麻浆粕,纤维素含量98%,聚合度500;离子液体,三甲基丁基磷溴化物。
将质量百分数为8%的大豆分离蛋白与质量百分数为92%的麻浆粕混合均匀,加入三甲基丁基磷溴化物中,在100℃下溶解2小时,得到稳定均一的纺丝溶液,溶液中三甲基丁基磷溴化物的质量百分数为82%,纺丝溶液在100℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过9cm的湿空气层,温度为10℃,湿度85%,进入35℃的凝固浴,凝固浴中的三甲基丁基磷溴化物质量百分数为20%,经导辊进入90℃的热水拉伸浴,喷淋水洗,水温为50℃,在160℃的热空气干燥,以100m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为1.5dtex、强度6.0cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例10
原料:羊毛蛋白,蛋白质含量94%;棉浆粕,纤维素含量98%,聚合度500;离子液体,N-乙基吡啶氯化物。
将质量百分数为0.5%的干燥羊毛蛋白与质量百分数为99.5%的N-乙基吡啶氯化物混合,在85℃下溶解2小时得到溶液①;将质量百分数为10%的干燥棉浆粕与质量百分数为90%的N-乙基吡啶氯化物混合,在110℃温度下溶解1小时得到溶液②,再将溶液①②等量混合,在110℃温度下搅拌0.5小时得到稳定均一纺丝溶液,在110℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过10cm的湿空气层,温度为10℃,湿度85%,进入35℃的凝固浴,凝固浴中N-乙基吡啶氯化物的质量百分数为10%,经导辊进入90℃的热水拉伸浴,常压蒸汽水洗,在150℃的热空气干燥,以70m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为2.4dtex、强度4.6cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例11
原料:蚕丝蛋白,蛋白质含量96%;木浆粕,纤维素含量94%,聚合度500;离子液体,三乙基乙醇铵氯化物。
将质量百分数为8%的干燥蚕丝蛋白与质量百分数为92%的干燥木浆粕混合均匀,加入三乙基乙醇铵氯化物中,在100℃下溶解2小时,得到稳定均一的纺丝溶液,溶液中三乙基乙醇铵氯化物质量百分数为82%,纺丝溶液在100℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过5.5cm的湿空气层,温度为15℃,湿度80%,进入20℃的凝固浴,凝固浴中的三乙基乙醇铵氯化物质量百分数为15%,经导辊进入80℃的热水拉伸浴,常压蒸汽水洗和120℃的热空气干燥,以40m/min的速度卷绕成长丝,得到单丝纤度为3.0dtex、强度3.2cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。
实施例12
原料:牛奶酪蛋白,蛋白质含量92%;麻浆粕,纤维素含量95%,聚合度450;离子液体,1-丁基-2-甲基吡唑氯化物。
将质量百分数为5%的干燥牛奶酪蛋白与质量百分数为95%的干燥麻浆粕混合均匀,加入1-丁基-2-甲基吡唑氯化物中,在110℃下溶解1.5小时,得到稳定均一的纺丝溶液,溶液中1-丁基-2-甲基吡唑氯化物质量百分数为84%,纺丝溶液在110℃下过滤脱泡,经计量泵和喷丝板挤出,经过4.5cm的湿空气层,温度为30℃,湿度60%,进入25℃的凝固浴,凝固浴中的1-丁基-2-甲基吡唑氯化物质量百分数为12%,经导辊进入90℃的热水拉伸浴,喷淋水洗,水温为50℃,在160℃的热空气干燥,纺丝速度为35m/min,切断为80mm短丝,得到单丝纤度为2.8dtex、强度4.2cN/dtex的蛋白质改性纤维素纤维。