CN104073915A - 一种共混纤维材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种共混纤维材料及其制备方法和应用。该共混纤维材料由以下重量百分比的成分制成：氧化海藻酸盐1.0-99.0%，蛋白质99.0-1.0%。上述共混纤维材料的制备方法，以氧化海藻酸盐和水溶性蛋白质为原料，以水为溶剂，按配方量将氧化海藻酸盐用纯水溶解后与蛋白质的水溶液混合，混合溶液通过喷丝孔挤入5%的CaCl₂2H₂O水溶液后形成纤维，经水洗、干燥后制得。所述共混纤维材料在人造毛发方面的应用。本发明利用氧化海藻酸与蛋白质的原位交联反应性能，制备的共混纤维具有阻燃、可染色、抗静电、耐高温等性能，与天然毛发具有相似的悬垂感、光泽、燃烧焦味等特性，适用于人造毛发的制备。

Description

一种共混纤维材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种由氧化海藻酸盐与蛋白质制成的共混纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

海藻酸又称褐藻酸、海带胶、褐藻胶，是从褐藻类植物中提取的一种天然高分子材料。海藻酸具有许多优良的性能，在食品、医药、纺织、印染、造纸、日用化工、废水处理等领域有十分广阔的应用，是日常生活中使用最多的高分子材料之一。作为一种天然高分子，海藻酸具有很高的分子量。从褐藻中提取的高粘度海藻酸的聚合度达600-1000，对应的分子量为120,000-190,000。由于海藻酸的钠盐可溶解于水中，因此把海藻酸钠溶于水中制备纺丝液后，可以通过湿法纺丝制备海藻酸纤维。海藻酸与大多数二价或多价金属离子形成的盐是不溶于水的，因此可以采用二价金属离子的水溶液作为凝固液，通过喷丝孔挤出后在凝固液中成型制备海藻酸盐纤维。

海藻酸分子的糖醛酸单元具有顺二醇结构,其C-C键被强氧化剂氧化后生成2个醛基。将海藻酸钠用高碘酸钠氧化改性后可以制备一种具有双醛结构的氧化海藻酸钠。由于氧化海藻酸钠中的双醛基具有类似甲醛、戊二醛等的交联性能，它是一种对人体无毒、无害、生物相容性良好、具有医用潜力的生物高分子材料交联剂。

人体的毛发是一种具有类似纤维材料细长结构的特殊材料。人造毛发在人类的美容中起重要作用，用于替代人类天然毛发的在发片、发套、人造毛发的种植等领域起特殊的作用。但普通人造毛发由于其材料及制造方法的缺点或不足，存在透气性相对较差、影响皮肤的呼吸、加速毛囊的退化和萎缩等缺陷，严重影响人体的美观。目前用于制造人造毛发的主要材料为腈纶、涤纶、聚氯乙烯等合成高分子材料，很难满足人造毛发使用过程中对阻燃、染色、抗静电、耐高温、悬垂感、光泽等性能上的要求。

发明内容

本发明的目的在于结合氧化海藻酸盐与蛋白质的综合性能，制备一种在阻燃、染色、抗静电、耐高温、悬垂感、光泽等性能上与天然毛发相似的共混纤维材料，提供了一种由氧化海藻酸盐与蛋白质制成的共混纤维材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种共混纤维材料，该共混纤维材料由以下重量百分比的成分制成：氧化海藻酸盐1.0-99.0％，蛋白质99.0-1.0％。

优选地，所述共混纤维材料的重量百分比配方：氧化海藻酸盐25.0-75.0％，蛋白质75.0-25.0％。考虑到氧化海藻酸盐的成本较高，所以蛋白质的比例通常稍高一些，而且蛋白质的成分恰好与天然毛发类似，也更适合其应用于人造毛发领域。

进一步地，所述氧化海藻酸盐是通过海藻酸盐与氧化剂氧化改性后生成的，所述氧化剂采用高碘酸钠或高碘酸钾。氧化海藻酸盐还可以在催化剂作用下用氧气氧化生成。

进一步地，所述氧化海藻酸盐采用氧化海藻酸钠或氧化海藻酸钾。通常所述氧化海藻酸盐采用其钠盐、钾盐或其他水溶性氧化海藻酸盐。

其中，所述蛋白质采用明胶、胶原蛋白、大豆蛋白、丝胶蛋白中的一种。

一种上述共混纤维材料的制备方法，以氧化海藻酸盐和水溶性蛋白质为原料，以水为溶剂，按配方量将氧化海藻酸盐用纯水溶解后与蛋白质溶液混合，混合溶液通过喷丝孔挤入5％的CaCl₂2H₂O水溶液后形成纤维，经水洗、干燥后制得。

其中，所述蛋白质溶液是将蛋白质溶解在水或有机溶剂中，所述有机溶剂采用DMF或DMA有机溶剂，因为有些蛋白质不溶于水就不要溶解在有机溶剂中。

进一步地，所述氧化海藻酸盐采用氧化海藻酸钠或氧化海藻酸钾。

所述共混纤维材料在人造毛发方面的应用。本发明的人造毛发可以在染色后用于人造假发的制备。

由于氧化海藻酸盐对氨基有极高的反应活性，因此可被用作蛋白质、多肽、氨基酸等生物活性物质的交联剂。本发明的氧化海藻酸与蛋白质共混纤维在制备过程中通过氧化海藻酸结构中的醛基与蛋白质中的氨基的原位反应，形成稳定的交联结构，在纺丝成型后得到的共混纤维中，形成一个不溶于水的互穿网络状结构，具有类似毛发的耐水、耐高温特性，其蛋白质成分具有与天然毛发相似的染色性能，并且在燃烧过程中产生类似天然毛发的特殊焦味，其中海藻酸盐成分为毛发提供天然毛发具有的阻燃性能。本发明的人造毛发可以在染色后用于人造假发的制备。

本发明采用的蛋白质包括明胶、胶原蛋白、大豆蛋白、丝胶蛋白等材料，制备过程中蛋白质溶解在水或有机溶剂中后与氧化海藻酸盐水溶液混合，其中氧化海藻酸可以是其钠盐、钾盐或其他水溶性海藻酸盐，其混合溶液通过喷丝孔挤入含二价金属离子的水溶液中后，氧化海藻酸在与二价金属离子结合后形成丝条，在烘干过程中氧化海藻酸中的醛基与蛋白质中的氨基反应形成稳定的交联结构。

与目前常用的假发材料相比，本发明的氧化海藻酸与蛋白质共混纤维材料在材质与性能上均与天然毛发相似，所用材料均为天然可再生材料，对人体无毒副反应，特别适合人造毛发的制备。

本发明利用氧化海藻酸与蛋白质的原位交联反应性能，制备的共混纤维具有阻燃、可染色、抗静电、耐高温等性能，与天然毛发具有相似的悬垂感、光泽、燃烧焦味等特性，适用于人造毛发的制备。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

步骤一，氧化海藻酸钠的制备

用高碘酸钠将海藻酸钠氧化为多醛基的氧化海藻酸钠的反应在水:乙醇＝1:1的溶液中进行，具体实验步骤包括(1)将10克海藻酸钠分散于50毫升无水乙醇中配成悬浊液1；(2)将不同质量的高碘酸钠溶于50毫升水中配成溶液2；(3)分别按高碘酸钠与海藻酸钠质量比20％、40％、60％、80％、100％(如表1所示)将溶液2加入悬浊液1中，避光室温磁力搅拌两个小时后，加入与高碘酸钠等摩尔的1,2-丙二醇终止反应；(4)将反应混合物倒入剧烈搅拌的大量无水乙醇中，析出沉淀；(5)抽滤后干燥，得到不同氧化度的多醛基氧化海藻酸钠。

表1氧化海藻酸钠的制备

步骤二，氧化海藻酸钠和明胶复合膜的制备方法

取495毫升去离子水，在搅拌下加入5克明胶，溶解后得到质量浓度为1％的明胶水溶液；称取5克氧化海藻酸钠(表1中高碘酸钠与海藻酸钠的质量比60％)，溶解在495毫升沸水中，得到质量浓度为1％的氧化海藻酸钠水溶液；按照表2的比例在100毫升小烧杯中混合二种溶液后，倒入直径约为90毫米的平底塑料容器中，然后在烘箱中50℃下干燥后得到干膜样品。

表2氧化海藻酸钠与明胶的配比

步骤三，氧化海藻酸与明胶复合膜吸湿性能的测试

氧化海藻酸钠与明胶复合膜吸湿性能的测试实验选用A溶液作为测试溶液，而A溶液可以由8.3克的NaCl以及0.277克的CaCl₂混合后用蒸馏水稀释至1升后配制。在测试氧化海藻酸与明胶复合膜吸湿性能时，首先将复合膜切割成5cm×5cm尺寸，然后将切割好的复合膜放置在20℃，65％相对湿度下24小时，使复合膜的回潮率达到平衡，这时测定复合膜的干重为W克。然后将复合膜放置在比自身重40倍的A溶液中，在直径为90毫米的培养皿中37℃下放置30分钟后，用镊子夹住复合膜的一角在空中悬挂30秒钟后测取其湿重(W₁克)，单位重量膜的吸湿性＝(W₁-W)/W g·g^-1，而单位面积的吸湿性＝(W₁-W)/25g·cm^-2。

表3吸湿性能的测试

从表3的结果可以看出，在把氧化海藻酸钠与明胶按照不同比例混合后，在烘干过程中氧化海藻酸钠与明胶形成交联结构为不溶于水，具有耐水溶性的特点。

表4显示了用不同取代度的氧化海藻酸钠制备的薄膜的吸湿性。可以看出，不同取代度的氧化海藻酸钠与明胶混合干燥后均可以形成稳定的交联结构，在与水溶解接触后有稳定的结构，展示有限的膨胀。

表4不同取代度的氧化海藻酸钠制备的薄膜吸湿性的测试

步骤四，氧化海藻酸钠与明胶共混纤维的制备

1.5公斤的明胶被溶解在13.5公斤温度为65℃的去离子水溶液中后形成均匀的溶液。在另一个容器中，0.5公斤的氧化海藻酸钠被溶解在9.5公斤的温度为65℃的去离子水溶液中后形成均匀的溶液。把二种溶液在一个容器中混合并充分搅拌后形成明胶与氧化海藻酸钠质量比例为3/1的均匀的纺丝溶液，其固含量为8％。把该溶液在压力下用计量泵在孔数为10000，孔径为100微米的喷丝板上挤入含5％CaCl₂2H₂O的水浴中形成丝条，经过水洗干燥得到氧化海藻酸钠与明胶共混纤维，该纤维可以用于人造毛发的制备。

步骤五，氧化海藻酸钠与明胶共混纤维的性能

步骤四中得到的氧化海藻酸钠与明胶共混纤维在用明火灼烧后，不卷曲，燃烧过程中产生类似天然毛发的焦味，离开火源后，燃烧自然停止，具有类似天然毛发的阻燃性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种共混纤维材料，其特征在于：该共混纤维材料由以下重量百分比的成分制成：氧化海藻酸盐1.0-99.0%，蛋白质99.0-1.0%。

2.根据权利要求1所述共混纤维材料，其特征在于：所述共混纤维材料的重量百分比配方：氧化海藻酸盐25.0-75.0%，蛋白质75.0-25.0%。

3.根据权利要求1或2所述共混纤维材料，其特征在于：所述氧化海藻酸盐是通过海藻酸盐与氧化剂氧化改性后生成的，所述氧化剂采用高碘酸钠或高碘酸钾。

4.根据权利要求1或2所述共混纤维材料，其特征在于：所述氧化海藻酸盐采用氧化海藻酸钠或氧化海藻酸钾。

5.根据权利要求1或2所述共混纤维材料，其特征在于：所述蛋白质采用明胶、胶原蛋白、大豆蛋白、丝胶蛋白中的一种。

6.一种权利要求1所述共混纤维材料的制备方法，其特征在于：以氧化海藻酸盐和水溶性蛋白质为原料，以水为溶剂，按配方量将氧化海藻酸盐用纯水溶解后与蛋白质溶液混合，混合溶液通过喷丝孔挤入5%的CaCl₂2H₂O水溶液后形成纤维，经水洗、干燥后制得。

7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于：所述蛋白质溶液是将蛋白质溶解在水或有机溶剂中，所述有机溶剂采用DMF或DMA。

8.所述共混纤维材料在人造毛发方面的应用。