CN103261495B - 生产乳蛋白质纤维的方法以及所述方法得到的乳蛋白质纤维 - Google Patents

Abstract

通过挤出工艺生产乳蛋白质纤维，用于、但不限于、纺织，其中，至少一种得自于奶的热塑性蛋白质，在室温和140°C之间，机械压力下，用诸如水或甘油等增塑剂进行增塑，并且通过喷嘴部件纺成纤维。

Description

生产乳蛋白质纤维的方法以及所述方法得到的乳蛋白质纤维

技术领域

本发明涉及一种生产用于纺织工业、卫生和医药产品的乳蛋白质纤维等的方法，并涉及一种复合乳蛋白质纤维产品，如脱脂棉、羊毛、松散短纤维、织物、编造或编织物，以及通过本发明纤维方法，但不限于此。

背景技术

乳蛋白质纤维属于蛋白质纤维，广义的蛋白质纤维还包括天然产品毛和丝。长时间来蛋白质纤维在工业规模上已被熟知，酪蛋白纤维在30年代已被生产，酪蛋白是一种来自于动物奶中的蛋白质成分，酪蛋白从脱脂奶中生产，其在45℃、通过大约pH4.6条件下酸化(酪蛋白等电位点)变得凝固；或者，凝乳酶被用来凝固。固体物质被分离或压出，并洗涤数次，最后在50至80℃进行干燥以得到低于10％的残留水含量(Chemielexikon,Georg-Thieme-Verlag,1989⁹under“casein”)。酪蛋白是几种蛋白质的混合物，其中最主要的几种通常被描述为αS1、αS2、β以及κ(牛乳)。由于白色至浅黄色、轻微吸湿的酪蛋白粉末不溶于水，但溶于碱，因此一般的通过溶液纺丝工艺的生产方法需要在碱环境中工作，并且需要对纤维实施其它后续处理步骤和浸泡。所述蛋白质溶于碱中、过滤、纯化、通过喷嘴压入酸浴、拉伸并用甲醛或硫酸铝硬化(参照上述的的方法)。

在典型的湿法纺丝工艺中，酪蛋白水溶液通过碳酸钠调节pH值为7至10，室温下搅拌超过24小时，下一步工艺前真空脱气。然后溶液挤出到含有十八合水硫酸铝、氯化钠和亚硫酸的凝固浴中。之后，所述奶纤维将在硬化浴中通过三水乙酸钠以及福尔马林溶液在pH值5.5进行硬化超过24小时，并在室温下干燥。凝固浴引起的污染水平以及耗水量非常高，另外，这种方法需要大量的时间，工艺时间大约60小时。

从DE PS905418中，例如，硬化浴是已知的，其与上述内容是一致的。

EP0051423A2描述了一种生产含酪蛋白材料的方法，相应的，由水和蛋白质制成的塑料材料通过挤出机的方法挤出到大气环境。在该方法中，在100℃下进行挤出是重要的，而所述材料已在前处理过程中被加热。

这导致更长的生产时间，以及额外的能耗需要。

考虑到上述已知方法，最终产物将被用于食品领域，为此原因，专门的蛋白质作为典型物质被公开，即：尤其是面筋以及鱼和肉等来源被提及。因此，所得产品是水溶性的，并没有明显的拉伸强度。

本发明的目的

本发明的目的是避免上述的缺陷，以及缩短工艺时间，同时，水和能源消耗将被降低。

本发明的方案

所述问题通过权利要求1所述的方法解决，其中，至少一种得自于奶的蛋白质与增塑剂一起在机械压力和在室温至140℃之间的温度下进行塑化，并通过喷嘴纺丝成纤维，其中，所述增塑剂选自如下的组：多聚糖水溶液、醇、多元醇或上述物质的混合物。

根据本发明，优选的是使用醇或者多聚糖作为增塑剂，由于这些新的优选增塑剂，能够生产不具有背景技术中所述的缺陷的乳蛋白质纤维。

本发明基于如下知识：乳蛋白质以及尤其是酪蛋白，在加热时通过捏合能够进行塑化，并因此在熔融纺丝工艺中进行生产。在熔融纺丝过程中，干的可熔融原材料被热塑化，并优选为作为熔体采用齿轮泵或挤出机的方式通过喷嘴施压，熔体在挤出后固化，拉伸被完成或进行进一步所期望的工艺。拉丝可以在完成之前被拉伸或还有表面处理。

为了实现甚至更温和的处理，所述蛋白质可以与增塑剂一起剧烈混合或捏合，并同时实施机械压力。

所述乳蛋白质优选为酪蛋白或乳白蛋白。

所述得自于奶的蛋白质可以通过从奶中沉淀进行现场生产，根据第一种生产，奶为与凝乳酶、其它适合的酶或酸的混合物，能够作为絮凝混合物立刻引入到生产中，或者压脱絮凝蛋白可以作为湿润状态使用。根据另一可选生产，一种预先分离得到的、如果需要制备的、纯的或混合蛋白质，即源自于奶的蛋白质组分，可以被使用，例如，以干粉的形式。

根据本发明，所用乳蛋白质可以是占所述乳蛋白质重量的30％的其它蛋白质的混合物，为此，其它白蛋白，如卵白蛋白和植物蛋白，尤其是羽扇豆蛋白、大豆蛋白或小麦蛋白，尤其是面筋可以使用。

作为增塑剂，水、醇、多元醇、阿拉伯胶、碳水化合物水溶液、尤其是多聚糖水溶液可以使用，所述蛋白质组分含水率必须注意，如果需要的话。

更详细的，下述增塑剂以及相关含量是尤为优选的：

醇和多元醇的用量为最高占蛋白质重量的大约10％，尤其优选的是丙三醇(甘油)，其它多元醇、例如乙二醇可以选择使用。碳水化合物和多聚糖用量分别优选重量含量为0.4和2％之间，分别在70％水溶液中。不同来源的淀粉是优选地，如角叉角、纤维素，尤其是羧基纤维素和壳聚糖。

其它试剂的加入不受限制，添加剂和助剂，如亲脂性添加剂、光亮剂和交联剂尤其可以被提供。添加剂和助剂总和最大不超过占蛋白质重量的大约30％。植物油可以被选作亲脂性添加剂，其能够轻微的使塑化操作过程中的吸纳为亲脂。另外蜡可以被使用，其额外给予纤维稳定性，优选的蜡为巴西棕榈蜡、蜂蜡、小烛树蜡和其它天然获得的蜡。

钙盐、如氯化钙，双醛淀粉和葡萄糖–δ–内酯为优选的交联剂。

在非常优选的实施例中，塑化通过挤出机的方式实现，其中，所有被选物质剧烈混合，并供料给挤出机，或者仅部分物质或仅蛋白质在开始时供料、其它物质在挤出过程中被加入，即在螺杆加料口处加入。

在非常优选的实施例中，如果蛋白质作为干粉通过挤出机入口的料斗供料到挤出机中，那么，增塑剂、尤其是水在接下来的挤出步骤中加入到塑化区。另外，优选地，所有初始物质剧烈混合，并在开始的时候供料到挤出机中，那么，所有液体组分在下游被混合。在挤出机出料口，挤出的材料通过喷嘴被施压，因此形成纤维。

如果所述蛋白质作为絮凝粗混合物使用，所述工艺优选为提供：沿挤出机或其它工艺设备，可以进行脱水。

由于塑化，所述操作对应于熔融挤出。在热塑挤出中，所述材料通过加热被转化为塑性状态，并因此变形。在此，温度超过蛋白质的气体转换温度，因此，蛋白质从非晶变为橡胶状塑性状态。如果填充和捏合非常剧烈，热还可以通过机械力产生，因此，不需要外部提供加热的情况可能发生。然后挤出在室温下进行。但是，通常允许最适宜塑化的非常特别的温度，必须在不同挤出机区域进行设置，优选地，挤出机内挤出温度在30和95℃之间，更优选为50和90℃之间，最优选为60和80℃之间。

另外，优选地，成型纤维在喷嘴喷出后卷绕，并在下一步骤之前和/或之后进行干燥。

在成型纤维被离开喷嘴后，其可以立即被切断——例如切丝成短纤维——或者进一步生产切段纤维。

在成型纤维离开喷嘴之后立刻、或者在至少一个后续工艺步骤中，纤维可选地进一步加工成合股线，尤其可以是被捻、被蓬松地卷到脱脂棉上，或进一步生产羊毛织物。

在本发明的一种改进中，所述纤维在卷起之前还可以进一步通过一个浴，尽管该过程并不是非常优选的，并通常是不需要的。可选地，所述纤维子离开喷嘴后可以进行喷雾处理，在此，例如润滑剂、蜡、亲脂剂或交联剂可以被应用于纤维表面。在交联剂的情况下，上述的交联剂是优选的，即主要不同的盐溶液，优选为氯化钙溶液、二醛淀粉溶液、葡萄糖-δ-内酯溶液或含水乳酸。

所得纤维可以被用于所有的可能目的，它们能够像普通纺织纤维一样使用，因此可以生产所有类型的纺织品，如布、纺织物、编织物、针织物、纱、绳索、羊毛织物、毡等。以及脱脂棉、硼酸纤维绝缘材料、纤维和膜可以由本发明所述纤维得到。因此，奶纤维的应用领域包括、但不限于：纺织工业、建筑隔绝和建筑材料、卫生用品、以及药物产品——由于其内在抗菌性，如拭子、纤维和膜。

因此，本发明的一部分还涉及一种乳蛋白质产品，其包括纤维，纤维含有热-机械塑化的乳蛋白质，并尤其通过本发明上述方法得到。

如果纤维被蓬松卷曲，例如，生产例如可用于填充材料或垫材料的脱脂棉或羊毛制品是可能的。

尤其优选的是，纤维被加捻成纱，在此，几种通过本发明方法生产的乳蛋白质纤维彼此加捻、以及所述乳蛋白质纤维与其它天然或合成纤维复合加捻都是可能的。例如弹性纤维(斯潘德克斯弹性纤维)、纤维较、丝或毛可以用作其它纤维，在混合物中纺丝或加捻到长绒纤维。

单一纤维可以通过间断生产得到，所述纤维还被切成短纤维或切段纤维。

另一方面，纺织品可以有所得纤维、长丝、线进行生产，因此，各种类型的纺织和编织品也代表了本发明乳蛋白质纤维制品。

本发明有益效果

本发明得到的有益效果，尤其是基于如下事实：在生产乳蛋白质纤维的过程中，挤出工艺允许不包括存在健康风险的物质、以及源自于工艺或纤维本身的对环境有害的物质存在，另外，相当大的能源、水、时间和人力需求被节省，这还改善了环境保护以及增加了经济效益。非常适于纺织纤维的所述纤维特别有益的性能是基于固化结构的改变(纺织结构)，这是在塑化过程中发生的。关于机械方面更详细的知识，目前还没有得到。

具体实施例

接来下，本发明将通过例举实施例的方式详细描述，所例举的实施例仅用于阐述目的，并不限制本发明，在所例举的实施例以及所掌握的现有知识基础上，本领域技术人员通过改变参数，能够找到其它可能实施例。

实施例1：生产20dtex强度的乳蛋白质纤维。所述挤出通过Dr.Collin公司30E型单螺杆挤出机实现，直径30mm。加热通过四个圆筒加热区实现，温度分布如下：65℃，74℃，75℃，60℃。

温度

65

74

75

60

功能

供料

加水

塑化区

出料区

加热

喷嘴

加热区

I

II

III

IV

酪蛋白粉末通过振动输送设备供料，水按照1∶2(水∶酪蛋白)的比例通过蠕动泵的方式加入。纤维强度通过喷嘴强度确定，例如，所述纤维具有强度为20dtex。纤维通过络纱机卷纱，并在室温下干燥。

挤出流程参考图1将变得更加清楚。

挤出机1通过料斗2加入酪蛋白粉末，酪蛋白粉末在挤出机中加热。作为塑化剂的水的加入，通过蠕动泵的方式实现。最终产品通过喷嘴4压出，纤维股通过合适的络纱技术卷曲，并在室温下在络纱设备5上干燥。

Claims (15)

1.一种生产乳蛋白质纺织纤维的方法，其中，至少一种得自于奶中的蛋白质与增塑剂一起在室温和140℃之间温度下、并在机械力下塑化，通过喷嘴吐丝成纤维，其特征在于，所述增塑剂选自如下组：多聚糖水溶液、醇或这些物质的混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得自于奶中的蛋白质通过奶的沉淀现场制备。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得自于奶中的蛋白质以事先分离得到的蛋白质的形式使用。

4.根据权利要求1-3中一项所述的方法，其特征在于，所述得自于奶中的蛋白质为酪蛋白。

5.根据权利要求1-3中一项所述的方法，其特征在于，所述得自于奶中的蛋白质为乳白蛋白。

6.根据权利要求1-3中一项所述的方法，其特征在于，所述塑化在最大80℃温度下进行。

7.根据权利要求1-3中一项所述的方法，其特征在于，其它添加剂和助剂被加入到将被塑化的起始物质中。

8.根据权利要求1-3中一项所述的方法，其特征在于，所述塑化通过挤出机的方式实施，并且所述纤维通过挤出机出口处的喷嘴加压并以此成型。

9.根据权利要求1-3中一项所述的方法，其特征在于，所述成型纤维被卷起。

10.根据权利要求1-3中一项所述的方法，其特征在于，所述成型纤维被干燥。

11.根据权利要求1-3中一项所述的方法，其特征在于，所述成型纤维在离开喷嘴后立刻切断。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述成型纤维在卷起之前通过一个浴。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述成型纤维在卷起之前被实施喷雾处理。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增塑剂包括多元醇。

15.一种乳蛋白质产品，其含有根据权利要求1-14中一项所述的方法生产的纤维。