CN104372439B - 生物基蛋白复合纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物基蛋白复合纤维及其制备方法，组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白5~20份，胶原蛋白5~10份，牛奶蛋白5~15份，壳聚糖10~18份，聚丙烯腈10~30份，聚乙二醇1~5份，聚维酮2~4份，聚乙烯醇1~5份，明胶3~8份，聚天冬氨酸2~5份，聚谷氨酸1~3份。本发明首次将三种蛋白按比例混溶，与适当的添加剂制备得到纺丝粘胶溶液进行纺丝，制备得到一种生物基蛋白复合纤维，纤维长度长达60~90mm，细度在1.18~2.34dtex，拉伸强度与断裂伸长度均超过现有蛋白基纤维，吸湿透气性好，对皮肤有亲和性，穿着舒适，有益于健康。
Description
技术领域
本发明属于生物新材料技术领域，具体涉及一种生物基蛋白复合纤维及其制备方法。
背景技术
我国人口多、耕地少的国情，从某种程度上制约了棉、麻等天然纤维的种植和开发。虽然依靠多年的科技进步，棉花单产提高了很多，但我国棉花生产总量仍然满足不了纺织业的生产需要，目前进口棉占用棉总量的1/4左右，毛、麻等纺织原材料也需要大量进口。另外，由于石油资源的日益短缺，对化学纤维的生产量也形成了极大的制约，所以，为了确保纺织生产的需要，我们要大力拓展天然纤维和化学纤维的开发和利用，研制新型的“绿色”生态纺织品已成为世界各国的迫切需求。解决纺织品生态环保问题,素材的开发是纺织新产品开发中最重要,也是最基本的技术手段。合成纤维主要原料是石油,属于不可再生资源,随着石油资源的日趋紧张,加上生产中的高消耗、高污染等问题,合成纤维面临很大的压力,因此许多国家投入了大量的科研经费和人力进行绿色纺织品的研究开发。如目前国内外市场上己经出现和正在出现的众多绿色纺织品,它们采用的都是生产过程无污染的纤维,像Tencel纤维、竹纤维等再生纤维素纤维,牛奶蛋白纤维、玉米纤维、大豆纤维、甲壳素纤维等再生蛋白质纤维。这些纤维全部或部分可以进行生物降解,是对环境友好的材料,它们提供了人类减少环境负担,并在现代文明和自然界之间达到平衡的一种方法,符合可持续发展的要求,将成为21世纪的主要纺织品纤维。
日本东洋纺公司开发出了以新西兰牛奶为原料与丙烯腈接枝共聚合的再生蛋白质纤维“Chinon”,这种纤维既有蛋白质的吸水、光泽、手感等特点,又有一定强度的聚丙烯腈纤维的特点,目前己实现了工业化生产,其技术水平处于国际领先地位。“Chinon”在使用中存在的问题是耐热性差,化学抵抗力不强,机织物易折皱。我国的再生蛋白质纤维的研究工作起步较晚,20世纪50年代、70年代曾分别对蛋白质纤维进行过初步探索,但未获成功。20世纪90年代,四川省曾对蚕蛹蛋白质纤维进行研制,但由于蛋白质含量和纤维干、湿强度都非常低,在织造和印染加工中问题较多,严重影响了该类产品的开发和技术推广。我国河南蹼阳华康生物化学工程联合集团公司李官奇先生经过八年的潜心研究,在2000年试纺成功了大豆蛋白纤维,在国际上首次成功地实现了工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物基蛋白复合纤维及其制备方法，该生物生物基蛋白复合纤维手感舒适，吸湿透气性好，对皮肤有亲和性，穿着舒适，有益于健康；制备方法简单易操作。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种生物基蛋白复合纤维，组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白5~20份，胶原蛋白5~10份，牛奶蛋白5~15份，壳聚糖10~18份，聚丙烯腈10~30份，聚乙二醇1~5份，聚维酮2~4份，聚乙烯醇1~5份，明胶3~8份，聚天冬氨酸2~5份，聚谷氨酸1~3份。
生物基蛋白复合纤维，组分及各组分质量份数优选如下：大豆蛋白10~16份，胶原蛋白6~8份，牛奶蛋白8~12份，壳聚糖12~16份，聚丙烯腈15~25份，聚乙二醇2~4份，聚维酮2~4份，聚乙烯醇1~3份，明胶4~6份，聚天冬氨酸2~4份，聚谷氨酸1~3份。
生物基蛋白复合纤维，组分及各组分质量份数优选如下：大豆蛋白15份，胶原蛋白7份，牛奶蛋白10份，壳聚糖14份，聚丙烯腈19份，聚乙二醇3份，聚维酮3份，聚乙烯醇2份，明胶5份，聚天冬氨酸3份，聚谷氨酸2份。
生物基蛋白复合纤维的制备方法，包括如下步骤：
1）、将大豆蛋白、胶原蛋白与牛奶蛋白在20~40℃下溶于蒸馏水，搅拌30~60min，溶胀、溶解为均一透明的复合蛋白溶液；
2）将其余组分混合，加热至50~80℃，搅拌10~30min，加入到步骤1）的复合蛋白溶液中，以2~4℃/min的速率降温至30℃，然后经过黄化、连续溶解、过滤、脱泡制备得纺丝粘胶溶液；
3）采用湿法纺丝工序对步骤2）得到的纺丝粘胶溶液进行纺丝。
步骤1）中溶解温度优选为为28℃，搅拌45min。
步骤2）中加热至65℃，搅拌20min。
步骤2）中降温速率为3℃/min。
大豆纤维制成的纺织品外观宜人，纤维表面有大量氨基酸组成的蛋白质，对皮肤有亲和性，手感舒适，吸湿透气性好，但是大豆蛋白纤维摩擦系数低，这使纤维手感平滑，但又易造成纤维抱合力低，集束性差，难以纺纱，而且纺成的纱易起毛，纺纱时易造成静电。
胶原蛋白是一种纤维状蛋白质，具有独特的棒状螺旋结构，物理机械性能非常优越，与一般植物蛋白相比更适合于纺丝。其纤维的强度较高，可制成纺织面料及服装，而且胶原蛋白是从天然动物中提取的，其结构与人体皮肤具有相似性，因而与人体皮肤具有较好的亲合性能，穿着更加贴肉无异物感。而且胶原蛋白的保湿性能特别优异，人们日常穿着的皮衣和皮鞋制品在水分含量达到时，仍不感觉到潮湿，因而穿着非常舒适。但是胶原蛋白吸水性强，且在较高温度的水溶液中容易降解，可纺性差，由此制得的纤维强度和模量低、耐热水性差、耐酸碱及耐干热性能不好。
牛奶蛋白纤维的横截面呈腰圆形或纺锤性，纤维纵向有沟槽，在成纱和制成织物后，纤维与纤维之间不可能结合的非常紧密，这样使得纱线与织物内部结构中存在大量的空隙，有利于改善产品的吸湿放湿性能。同时能增加织物的透气性能，提高牛奶蛋白纤维制品的舒适性。
本发明首次将三种蛋白按比例混溶，与适当的添加剂制备得到纺丝粘胶溶液进行纺丝，制备得到一种生物基蛋白复合纤维，纤维长度长达60~90mm，细度在1.18~2.34dtex，拉伸强度与断裂伸长度均超过现有蛋白基纤维，吸湿透气性好，对皮肤有亲和性，穿着舒适，有益于健康。
具体实施方式
实施例1
一种生物基蛋白复合纤维，组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白5份，胶原蛋白5份，牛奶蛋白5份，壳聚糖10份，聚丙烯腈10份，聚乙二醇1份，聚维酮2份，聚乙烯醇1份，明胶3份，聚天冬氨酸2份，聚谷氨酸1份。
制备方法，包括如下步骤：
1）、将大豆蛋白、胶原蛋白与牛奶蛋白在28℃下溶于蒸馏水，搅拌45min，溶胀、溶解为均一透明的复合蛋白溶液；
2）将其余组分混合，加热至65℃，搅拌20min，加入到步骤1）的复合蛋白溶液中，以3℃/min的速率降温至30℃，然后经过黄化、连续溶解、过滤、脱泡制备得纺丝粘胶溶液；
3）采用湿法纺丝工序对步骤2）得到的纺丝粘胶溶液进行纺丝。
实施例2
一种生物基蛋白复合纤维，组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白20份，胶原蛋白10份，牛奶蛋白15份，壳聚糖18份，聚丙烯腈30份，聚乙二醇5份，聚维酮4份，聚乙烯醇5份，明胶8份，聚天冬氨酸2~5份，聚谷氨酸3份。
制备方法，包括如下步骤：
1）、将大豆蛋白、胶原蛋白与牛奶蛋白在28℃下溶于蒸馏水，搅拌45min，溶胀、溶解为均一透明的复合蛋白溶液；
2）将其余组分混合，加热至65℃，搅拌20min，加入到步骤1）的复合蛋白溶液中，以3℃/min的速率降温至30℃，然后经过黄化、连续溶解、过滤、脱泡制备得纺丝粘胶溶液；
3）采用湿法纺丝工序对步骤2）得到的纺丝粘胶溶液进行纺丝。
实施例3
生物基蛋白复合纤维，组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白16份，胶原蛋白8份，牛奶蛋白12份，壳聚糖16份，聚丙烯腈25份，聚乙二醇4份，聚维酮4份，聚乙烯醇3份，明胶6份，聚天冬氨酸4份，聚谷氨酸3份。
制备方法，包括如下步骤：
1）、将大豆蛋白、胶原蛋白与牛奶蛋白在28℃下溶于蒸馏水，搅拌45min，溶胀、溶解为均一透明的复合蛋白溶液；
2）将其余组分混合，加热至65℃，搅拌20min，加入到步骤1）的复合蛋白溶液中，以3℃/min的速率降温至30℃，然后经过黄化、连续溶解、过滤、脱泡制备得纺丝粘胶溶液；
3）采用湿法纺丝工序对步骤2）得到的纺丝粘胶溶液进行纺丝。
实施例4
生物基蛋白复合纤维，组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白10份，胶原蛋白6份，牛奶蛋白8份，壳聚糖12份，聚丙烯腈15份，聚乙二醇2份，聚维酮2份，聚乙烯醇1份，明胶4份，聚天冬氨酸2份，聚谷氨酸1份。
制备方法，包括如下步骤：
1）、将大豆蛋白、胶原蛋白与牛奶蛋白在28℃下溶于蒸馏水，搅拌45min，溶胀、溶解为均一透明的复合蛋白溶液；
2）将其余组分混合，加热至65℃，搅拌20min，加入到步骤1）的复合蛋白溶液中，以3℃/min的速率降温至30℃，然后经过黄化、连续溶解、过滤、脱泡制备得纺丝粘胶溶液；
3）采用湿法纺丝工序对步骤2）得到的纺丝粘胶溶液进行纺丝。
实施例5
生物基蛋白复合纤维，组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白15份，胶原蛋白7份，牛奶蛋白10份，壳聚糖14份，聚丙烯腈19份，聚乙二醇3份，聚维酮3份，聚乙烯醇2份，明胶5份，聚天冬氨酸3份，聚谷氨酸2份。
制备方法，包括如下步骤：
1）、将大豆蛋白、胶原蛋白与牛奶蛋白在28℃下溶于蒸馏水，搅拌45min，溶胀、溶解为均一透明的复合蛋白溶液；
2）将其余组分混合，加热至65℃，搅拌20min，加入到步骤1）的复合蛋白溶液中，以3℃/min的速率降温至30℃，然后经过黄化、连续溶解、过滤、脱泡制备得纺丝粘胶溶液；
3）采用湿法纺丝工序对步骤2）得到的纺丝粘胶溶液进行纺丝。
对实施例1~5制备得到的生物基蛋白复合纤维进行性能测试，结果见表1。
表1：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 长度/mm | 60 | 63 | 87 | 86 | 90 |
| 细度/ dtex | 2.34 | 2.28 | 1.89 | 1.35 | 1.18 |
| 干断裂强度/cN· dtex | 4.6 | 4.9 | 5.8 | 6.4 | 6.7 |
| 干断裂伸长率/% | 23 | 22 | 30 | 36 | 38 |
Claims (7)
1.一种生物基蛋白复合纤维，其特征在于组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白5~20份，胶原蛋白5~10份，牛奶蛋白5~15份，壳聚糖10~18份，聚丙烯腈10~30份，聚乙二醇1~5份，聚维酮2~4份，聚乙烯醇1~5份，明胶3~8份，聚天冬氨酸2~5份，聚谷氨酸1~3份。
2.根据权利要求1所述生物基蛋白复合纤维，其特征在于组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白10~16份，胶原蛋白6~8份，牛奶蛋白8~12份，壳聚糖12~16份，聚丙烯腈15~25份，聚乙二醇2~4份，聚维酮2~4份，聚乙烯醇1~3份，明胶4~6份，聚天冬氨酸2~4份，聚谷氨酸1~3份。
3.根据权利要求2所述生物基蛋白复合纤维，其特征在于组分及各组分质量份数如下：大豆蛋白15份，胶原蛋白7份，牛奶蛋白10份，壳聚糖14份，聚丙烯腈19份，聚乙二醇3份，聚维酮3份，聚乙烯醇2份，明胶5份，聚天冬氨酸3份，聚谷氨酸2份。
4.权利要求1~3中任意一项所述生物基蛋白复合纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）、将大豆蛋白、胶原蛋白与牛奶蛋白在20~40℃下溶于蒸馏水，搅拌30~60min，溶胀、溶解为均一透明的复合蛋白溶液；
2）将其余组分混合，加热至50~80℃，搅拌10~30min，加入到步骤1）的复合蛋白溶液中，以2~4℃/min的速率降温至30℃，然后经过黄化、连续溶解、过滤、脱泡制备得纺丝粘胶溶液；
3）采用湿法纺丝工序对步骤2）得到的纺丝粘胶溶液进行纺丝。
5.根据权利要求4所述生物基蛋白复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤1）中溶解温度为28℃，搅拌45min。
6.根据权利要求4所述生物基蛋白复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤2）中加热至65℃，搅拌20min。
7.根据权利要求4所述生物基蛋白复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤2）中降温速率为3℃/min。
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