CN103710775A - 一种离子液体角蛋白纺丝液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用离子液体溶解动物毛角蛋白制备纺丝液的方法。原料包括猪毛、山羊毛、绵羊毛、兔毛、牦牛毛，以及无纺织利用价值的羊毛。采用一系列磷酸酯类离子液体或乙酸类离子液体溶解羊毛角蛋白，其步骤如下：原料经水洗、脱脂、干燥、粉碎，按一定比例1-17%（wt%）加入到离子液体中，添加1-10%（wt%）助剂，在90-130℃下，机械搅拌30-60min，得到不同浓度的角蛋白纺丝液。该制备方法溶剂为磷酸酯类离子液体或乙酸类离子液体，合成简单，溶解过程易操作，离子液体易回收利用，并可充分利用废弃的动物毛，原料易得、价廉，可减少废弃物对环境造成的污染。

Description

一种离子液体角蛋白纺丝液的制备方法
技术领域：
本发明属于生物质资源再生利用领域，涉及一种动物毛角蛋白纺丝液的制备技术，具体涉及离子液体与助剂混合溶解动物毛角蛋白制备角蛋白纺丝液的方法。
背景技术：
动物毛的化学本质都是角蛋白，角蛋白是一种纤维状蛋白质，基础成分是各种α-氨基酸，氨基酸通过肽键构成多肽长链，这些长链又通过二硫键、氢键、盐式键、酯键、范德华力等横向联系形成角蛋白的空间构形,使角蛋白呈曲折交联的α-螺旋三维结构，并形成纤维的结晶区和非晶区,其结构极其复杂而致密。角蛋白质的溶解技术是动物毛角蛋白质资源回收再利用的前提和基础。传统的角蛋白溶解方法有氧化法、还原法、酸性法、碱性法、金属盐法等。上述方法要利用大量的无机酸、还原剂、金属盐等环境不友好试剂，其后处理对环境造成不利的影响，不符合绿色化学和绿色化工发展的要求。
离子液体作为一种新型“绿色溶剂”，具有传统有机溶剂不可比拟的特性，如蒸汽压低、不易挥发、熔点低、具有很强的溶解能力、较好的热稳定性和化学稳定性、较宽的液态范围、可循环使用等，广泛应用于电化学、催化、材料合成和分离纯化等化学化工领域，并在能源、环境等领域也展现出了良好的发展前景。现有一种利用氯化咪唑盐系列离子液体制备角蛋白溶液的技术，其可见专利“200410011389.6，一种角蛋白溶液的制备方法”，该发明溶解时间长达2-10小时；现有一种利用阴离子为卤素离子或醋酸根的离子液体制备再生角蛋白纤维的方法，其可见专利“200510077289.8，使用离子液体溶解动物毛制备再生蛋白纤维的方法”，该发明角蛋白溶液在水中析出动物毛再生蛋白纤维，获得的角蛋白溶液分子量较低，不能满足纺丝液的性能要求；现有一种利用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯离子液体，制备动物毛角蛋白与丝素蛋白的共混溶液，其可见专利“201310072808.6，再生角蛋白丝素蛋白共混溶液的制备及湿法纺丝的方法”，该工艺首先要用氯化锌和尿素的混合水溶液处理羊毛，用碳酸钠溶液脱除丝素中的胶质，工艺繁琐，且产生大量废液无法处理。
基于以上研究现状，本发明以磷酸酯类离子液体或乙酸类离子液体为溶剂，高分子聚合物为助剂，制备角蛋白纺丝液。其优势在于所用的离子液体合成简单、价廉、粘度低、易于再生，避免传统方法产生的酸、碱、盐形成的污染；助剂价廉易得，且可以大幅度提高纺丝液的性能，因而本发明具有广阔的应用前景。
发明内容：
本发明的目的是为了克服单纯的动物毛角蛋白强度较低的缺点，以及角蛋白提取过程产生的酸、碱、盐无法回收、污染环境等缺点，发明一种简易、无污染的离子液体制备角蛋白纺丝液的方法，并满足湿法纺丝对纺丝液性能的要求。
所述角蛋白纺丝液的制备，是以动物毛为原料制成。先用水清洗动物毛，然后用乙醇或丙酮浸泡脱脂去杂1-12小时，在50-90℃的温度下烘干，再将其粉碎成微细粉；将微细粉加入到温度为90-130℃的离子液体中，添加一定量助剂，机械搅拌30-60min，得到离子液体角蛋白纺丝液。
所述离子液体为一系列磷酸酯类离子液体或乙酸类离子液体，包括：1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯，1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯，1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯，1-丁基-3-乙基咪唑磷酸二丁酯，1,3-二乙基咪唑磷酸二乙酯，1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯，1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯，1-丁基-3-乙基咪唑磷酸二乙酯，甲基三乙基铵磷酸二甲酯，1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐。
所述的助剂为高分子聚合物，包括聚乙烯醇、聚丙烯晴、天然棉麻纤维、甲壳素、二醋酸纤维。
所述动物毛为猪毛、山羊毛、绵羊毛、兔毛、牦牛毛，以及无纺织利用价值的废弃羊毛。
具体实施方式：
本发明用以下实施例说明，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围内，变化实施都包含在本发明的技术范围内。
实施例1
称取脱脂干燥后的山羊毛2.2050g，加入到32.1018g1,3-二乙基咪唑磷酸二乙酯离子液体中，再添加0.1660g的聚乙烯醇，于120℃油浴下机械搅拌30min，得到粘稠的角蛋白纺丝液（用玻璃棒挑起，成丝状；用注射器挤出细长的丝）。
实施例2
称取脱脂干燥后的牦牛毛2.6200g，加入到28.6327g1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯离子液体中，再添加0.1100g的聚丙烯腈，于110℃油浴下机械搅拌40min，得到粘稠的角蛋白纺丝液（用玻璃棒挑起，成丝状；用注射器挤出细长的丝）。
实施例3
称取脱脂干燥后的绵羊毛3.0326g，加入到26.4700g1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯离子液体中，再添加0.1345g的天然麻纤维，于130℃油浴下机械搅拌50min，得到粘稠的角蛋白纺丝液（用玻璃棒挑起，成丝状；用注射器挤出细长的丝）。
实施例4
称取脱脂干燥后的废弃羊毛纺织纤维2.5638g，加入到29.1018g1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯离子液体中，再添加0.2849g的二醋酸纤维，于120℃油浴下机械搅拌50min，得到粘稠的角蛋白纺丝液（用玻璃棒挑起，成丝状；用注射器挤出细长的丝）。
实施例5
称取脱脂干燥后的兔毛4.9500g，加入到24.1012g1-丁基-3-甲基咪唑乙酸离子液体中，再添加0.2605g的天然棉纤维，于90℃油浴下机械搅拌30min，得到粘稠的角蛋白纺丝液（用玻璃棒挑起，成丝状；用注射器挤出细长的丝）。

Claims (4)

1.一种角蛋白纺丝液的制备方法，其特征在于角蛋白原料为动物毛；工艺流程为：将洗净脱脂干燥的角蛋白原料按1-17%重量百分含量（wt%）加入到离子液体中，添加1-10%（wt%）的助剂，在90-130℃下，机械搅拌溶解30-60min，即可得到相应浓度的离子液体角蛋白纺丝液；所用离子液体的化学结构表达式如下：
Figure FDA0000440729520000011
其中R1,R2=CnH2n+1,n=1,2,4；R3=CmH2m+1,m=1,4。
2.根据权利要求1所述的角蛋白纺丝液的制备方法，其特征在于所述离子液体为一系列磷酸酯类离子液体或乙酸类离子液体，包括1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯，1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯，1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯，1-丁基-3-乙基咪唑磷酸二丁酯，1,3-二乙基咪唑磷酸二乙酯，1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯，1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯，1-丁基-3-乙基咪唑磷酸二乙酯，甲基三乙基铵磷酸二甲酯，1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐，1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐。
3.根据权利要求1所述的角蛋白纺丝液的制备方法，其特征在于所述的动物毛包括猪毛、山羊毛、绵羊毛、兔毛、牦牛毛，以及无纺织利用价值的废弃羊毛。
4.根据权利要求1所述的角蛋白纺丝液的制备方法，所用助剂包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、天然棉麻纤维、甲壳素、二醋酸纤维。
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