CN102677191A

CN102677191A - 一种毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法

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Publication number: CN102677191A
Application number: CN2011103363200A
Authority: CN
Inventors: 张瑞文; 刘小东
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: CN102677191B

Abstract

一种毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）毛发溶液A的制备：将毛发经洗涤、甩干、剪碎、粉碎和筛分后，将碎毛发分散于Ph7-9的氨水中，使其溶胀；将上述溶胀物和高分子聚合物混合，然后加入交联剂和溶剂，研磨过滤后即得毛发溶液A；（2）高分子聚合物溶液B的制备：将高分子聚合物与溶剂混合溶解，制成多组分共聚、共混溶液；（3）纺丝溶液C的制备：将毛发溶液A和高分子聚合物溶液B混合即得纺丝溶液。工艺过程克服了以往利用率低的技术难题，达到全量化利用；所得再生蛋白纤维中蛋白质的含量是最大组分，第二组分是成纤性能优异的高分子聚合物，纤维性能接近人发，以往纯蛋白再生纤维强伸度低的问题得到解决。

Description

一种毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维纺丝溶液的制备方法，更具体的说是涉及一种利用废弃碎毛发粉体制备蛋白质纤维纺丝溶液的生产方法。

背景技术

动物碎毛发是一种储量广泛的废弃资源。以天然纤维状态直接应用的动物毛发主要有人发、羊毛、牦牛毛、家禽羽毛等，但是由于技术原因，碎毛发大多是以废弃物的形式被浪费掉。目前，对废弃毛发的加工利用，特别是对其中角蛋白质成分的提取和再生，基本方法集中在毛发的溶解、分离、提纯过程，这些传统方法的缺点是蛋白质的利用率很低，很大一部分多肽物质被二次排放，同时对环境造成二次污染。碎毛发的全量化应用，已成为重要的研究课题。

发制品产业的发展还处在快速成长期。目前，很明显的现象是假发制品所用化纤原料的比例逐年增大，基于对传统人发原料的好感和留恋，总期望再生蛋白纤维在数量和风格方面更接近人发。目前的状况是，再生蛋白纤维在所有化纤发丝中所占比例很小，而且就各类型再生蛋白纤维而言，技术上还没有突破纤维中蛋白质含量低的难题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的制备毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）毛发溶液A的制备：将毛发经洗涤、甩干、剪碎、粉碎和筛分后，将碎毛发分散于Ph7-9的氨水中，使其溶胀；将上述溶胀物和高分子聚合物混合，然后加入交联剂和溶剂，研磨过滤后即得毛发溶液A；

（2）高分子聚合物溶液B的制备：将高分子聚合物与溶剂混合溶解，制成多组分共聚、共混溶液；

（3）纺丝溶液C的制备：将毛发溶液A和高分子聚合物溶液B混合即得纺丝溶液。

所述的毛发溶液A的制备方法如下：（a）在酸性条件下洗涤碎毛发，洗涤条件如下：水浴pH4-6，水浴温度30℃-45℃，毛发与水浴的质量比为1:15-30，洗涤时间1-3min；将洗涤后的毛发原料甩干、剪短，长度在0.5-1.0mm之间；（b）将毛发粉碎筛分，收集粒径小于10μm的粉体；（c）将毛发粉体分散于pH7-9的氨水中，使粉体逐步溶胀，将上述溶胀物和高分子聚合物混合，然后加入交联剂和溶剂，混合体系中毛发粉体的质量百分含量为10-50%，溶剂的质量百分含量不超过8%，高分子聚合物的质量百分含量不超过5%，交联剂的质量百分含量不超过1%，余量为水；（d）使用切割泵将胶体切割到100μm以下，然后采用流体式胶体磨循环研磨，研磨过程体系温度保持在20℃-45℃之间，采用板框式压滤机压滤即得毛发溶液A。

所述的交联剂为乙二醇缩水甘油醚、1,3-二氯-2-丙醇、丙二醇二缩水甘油醚或丙三醇多缩水甘油醚中的任意一种，所述的溶剂为硫氰酸钠、氢氧化钠、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜之中的至少一种。

所述的高分子聚合物溶液B中，高分子聚合物的质量百分比为10-25%，功能性添加剂的质量百分比为8-10%，稳定剂的质量百分比为1-3%。

所述的纺丝溶液的制备，是将溶液A和溶液B泵入混合桶内，热水循环加热，边搅拌边升温，最终保温在56±2℃；在升温和保温期间，调整共混体系的组成，使各组分的比例达到毛发粉体占10-35%，高分子聚合物占5-15%，体系浓度（溶剂、交联剂和稳定剂组成的水溶液）为15-50%的纺丝溶液。

本发明中的碎毛发的来源为猪毛、牦牛毛、羽毛和碎短头发，这些毛发废弃物本身为不可纺织加工。通过本发明的方法可以实现蛋白质纤维的再生和可加工利用。工艺过程克服了以往利用率低的技术难题，达到全量化利用；所得再生蛋白纤维中蛋白质的含量是最大组分，第二组分是成纤性能优异的高分子聚合物，纤维性能接近人发，以往纯蛋白再生纤维强伸度低的问题得到解决。

附图说明

图1是本发明中制备毛发溶液A的工艺流程图。

图2是本发明中制备高分子聚合物溶液B的工艺流程图。

图3是本发明中制备纺丝溶液C的工艺流程图。

具体实施方式

毛发溶液A的制备：碎毛发经过机械粉碎，粉碎后的毛发微粒经过尿素溶胀处理，不需要化学提取蛋白质，溶胀的毛发胶体和聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、胺化焦磷酸酯等之中的一种或多种一起混合，溶于硫氰酸钠溶剂，在环氧类交联剂作用下组成多组分体系，对该体系低温研磨，制成毛发溶液，即溶液A。参见附图1。

毛发溶液A 的制备关键是一个高分子聚合物与高度溶胀的蛋白质之间预交联，制备稳定的毛发蛋白质溶液的过程。原料的选用本方法介绍使用碎毛发，但不局限于此类，还可以是家禽羽毛、碎羊毛、猪毛等等。第一步洗涤、烘干和剪碎：在酸性条件下洗涤碎毛发，充分去除油脂和其他附着物。洗涤条件如下：洗浴pH4-6，浴温30℃-45℃，浴比1:15-30（毛发比水浴，视毛发种类而定），时间1-3min；将洗涤后的毛发原料甩干、剪短，长度在0.5-1.0mm之间。第二步是毛发的粉碎和筛分，在辅助粉碎或低温冷冻条件下，机械法撞击毛发原料，使其达到超微细化，通过筛分粒径小于10μm的部分收集待用，其余部分返回二次粉碎。第三步毛发微细粉体的溶胀和溶解：在尿素的作用下，将毛发蛋白质粉体分散于pH7-9的氨水溶剂中，使粉体逐步溶胀，从表面向内部依次打开角蛋白分子之间的S-S-键，形成具有胶冻状的粘弹体。将其和高分子聚合物混合，然后加入交联剂和溶剂，交联剂为环氧类，所用的交联剂及交联方法参见公开专利CN102080270A。溶剂为硫氰酸钠、氢氧化钠、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜之中的一种或几种组合体。混合体系中毛发粉体占10-50%，溶剂不超过8%，高分子聚合物不超过5%，交联剂不超过1%，其余是水，体系的这种比例一直保持到溶液A。第四步研磨：分为两步进行，首先是胶体粉碎，使用切割泵将胶体切割到100μm以下，然后采用流体式胶体磨循环研磨，研磨过程体系温度保持在20℃-45℃之间。第五步过滤：滤材为240目尼龙网和80s府绸各一层，板框式压滤机。

高分子聚合物溶液B的制备：将聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚氯乙烯(PVC)、胺化焦磷酸酯等一起在溶剂作用下溶解，制成多组分共聚、共混溶液，即溶液B。参见附图2。需要说明的是，这种高分子共聚合的方法是公知技术，所不同的是原料成分之间的比例。

高分子聚合物溶液的制备，采用的是已知的共聚方法。共聚物的成分包括三部分：一是成纤基体原料，如本方法中的聚丙烯腈、聚氯乙烯等，在最终的发丝纤维中对机械性能如强度、模量等有影响；二是功能性添加剂，如具有阻燃功能的焦磷酸盐、具有增氮效果的胺化物等，这部分原料不仅最终可以使纤维材料具有特殊功能，而且，具有调节发丝外观、手感、风格的效果。三是体系稳定剂，如增溶剂、助滤剂、抗氧剂等。这三种组分的功能不是单一的，选用双重效果或多种功效的原料，可以调整体系比例关系，提高主成分的比例。成纤高分子聚合物的比例为10-25%（质量比），功能性添加剂占聚合物的比例为8-10%，稳定剂占聚合物的比例为1-3%。

纺丝溶液C的制备：将溶液A和溶液B在溶解釜中混合，调温、搅拌一定时间，用齿轮泵输送到纺丝釜。在纺丝釜继续保温、搅拌，经过脱泡后制成毛发蛋白质共混溶液，即溶液C。参见附图3。

纺丝溶液的制备，是将溶液A和溶液B泵入混合桶内，热水循环加热，边搅拌边升温，最终保温在56±2℃；在升温和保温期间，调整共混体系的组成，使各组分的比例达到毛发粉体占10-35%，高分子聚合物占5-15%，体系浓度为15-50%的纺丝溶液。实例证明，体系浓度为30%时最为理想。在混合溶液过滤前后，安装有管道式静态混合器，实现共混溶液的全量混合。

实施例1

毛发溶液的制备，基本流程见附图1。

称取毛发粉体50g，尿素5g，聚丙烯腈10g, 二缩水甘油二醇醚2ml，硫氰酸钠300ml，纯净水250ml，氨水少量。先将氨水加入水中，氨水溶液的pH值8，然后加入尿素，使之溶解均匀，配制成溶胀剂溶液。

毛发粉体加入溶胀剂中，使粉体逐步溶胀，从表面向内部依次打开角蛋白分子之间的S-S-键，形成具有胶冻状的粘弹体。

聚丙烯腈加入硫氰酸钠溶剂中，加热搅拌，直至完全溶解，配制成聚丙烯腈溶液。

将毛发胶冻体和聚丙烯腈溶液混合，然后加入二缩水甘油二醇醚。混合体系中毛发粉体占45%，硫氰酸钠6.58%，聚丙烯腈5%，二缩水甘油二醇醚1%，其余是水。首先是胶体粉碎，使用切割泵将胶体切割到100μm以下，然后采用流体式胶体磨循环研磨，研磨过程体系温度保持在20℃-45℃之间。使用滤材为240目尼龙网和80s府绸各一层，板框式压滤机过滤。配制成外观近似毛发本色的蛋白质溶液，观察溶液外观，结果见表1。

实施例2

按照实施例1配制毛发蛋白质溶液。

称取聚丙烯腈（纤维级）100g，聚氯乙烯20g,2-乙基环氧乙烷15g, 己二酸二辛脂5g，抗氧化剂（抗氧剂1010）5g, 氧化聚乙烯蜡5g。

在反应釜中加入200ml硫氰酸钠溶剂，然后开始搅拌、升温，依次加入PAN、PVC、2-乙基环氧乙烷, 己二酸二辛脂，进行初步混合；再加入抗氧剂1010, 氧化聚乙烯蜡和润滑剂、其它助剂等，高速混合，升温至100±2℃，时间为10～15min，混合结束后进入低速混合器（110℃）混合5min左右，然后自然冷却到60～65℃出料。成纤高分子聚合物溶液的主要成分为：高分子聚合物（PAN+PVC）占10-25%（质量比），功能性添加剂占聚合物的比例为8-10%，稳定剂占聚合物的比例为1-3%。

用30ml毛发蛋白质溶液加入到70ml高分子聚合物溶液中，混合搅拌，温度保持在60±2℃，匀化10min，然后过滤、脱气，得到毛发蛋白质含量15%（质量比）的蛋白质纺丝溶液。观察溶液流动性、粘弹性，结果见表1。

实施例3

按照实施例1配制毛发蛋白质溶液。

按照实施例2的方法配制高分子聚合物溶液。

用50ml毛发蛋白质溶液加入到50ml高分子聚合物溶液中，混合搅拌，温度保持在60±2℃，匀化10min，然后过滤、脱气，得到毛发蛋白质含量30%（质量比）的蛋白质纺丝溶液。观察溶液流动性，粘弹性，结果见表1。

实施例4

按照实施例1配制毛发蛋白质溶液。

按照实施例2的方法配制高分子聚合物溶液。

用60ml毛发蛋白质溶液加入到40ml高分子聚合物溶液中，混合搅拌，温度保持在60±2℃，匀化10min，然后过滤、脱气，得到毛发蛋白质含量45%（质量比）的蛋白质纺丝溶液。观察溶液流动性，粘弹性，结果见表1。

实施例5

按照实施例1配制毛发蛋白质溶液。

按照实施例2的方法配制高分子聚合物溶液。

用80ml毛发蛋白质溶液加入到20ml高分子聚合物溶液中，混合搅拌，温度保持在63±2℃，匀化15min，然后过滤、脱气，得到毛发蛋白质含量55%（质量比）的蛋白质纺丝溶液。观察溶液流动性，粘弹性，结果见表1。

[0038] 表1：不同条件下的毛发蛋白质溶液的观察结果

Claims

1.一种毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于所述的毛发溶液A的制备方法如下：（a）在酸性条件下洗涤碎毛发，洗涤条件如下：水浴pH4-6，水浴温度30℃-45℃，毛发与水浴的质量比为1:15-30，洗涤时间1-3min；将洗涤后的毛发原料甩干、剪短，长度在0.5-1.0mm之间；（b）将毛发粉碎筛分，收集粒径小于10μm的粉体；（c）将毛发粉体分散于pH7-9的氨水中，使粉体逐步溶胀，将上述溶胀物和高分子聚合物混合，然后加入交联剂和溶剂，混合体系中毛发粉体的质量百分含量为10-50%，溶剂的质量百分含量不超过8%，高分子聚合物的质量百分含量不超过5%，交联剂的质量百分含量不超过1%，余量为水；（d）使用切割泵将胶体切割到100μm以下，然后采用流体式胶体磨循环研磨，研磨过程体系温度保持在20℃-45℃之间，采用板框式压滤机压滤即得毛发溶液A。

3.根据权利要求2所述的毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于：所述的交联剂为乙二醇缩水甘油醚、1,3-二氯-2-丙醇、丙二醇二缩水甘油醚或丙三醇多缩水甘油醚中的任意一种，所述的溶剂为硫氰酸钠、氢氧化钠、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜之中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于：所述的高分子聚合物溶液B中，高分子聚合物的质量百分比为10-25%，功能性添加剂的质量百分比为8-10%，稳定剂的质量百分比为1-3%。

5.根据权利要求1所述的毛发蛋白质纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于：所述的纺丝溶液的制备，是将溶液A和溶液B泵入混合桶内，热水循环加热，边搅拌边升温，最终保温在56±2℃；在升温和保温期间，调整共混体系的组成，使各组分的比例达到毛发粉体占10-35%，高分子聚合物占5-15%，体系浓度为15-50%的纺丝溶液。