一种蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织材料技术领域,具体涉及一种蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维及其制备方法。
背景技术
蚕蛹是蚕丝工业的主要副产品,蚕蛹的蛋白质含量高,并含有18种氨基酸及其生物活性物质。目前蚕蛹主要作为饲料原料,人们主要研究将蚕蛹中的多种成分分离以配置各种药物、饲料或化妆用品添加剂,力求提高蚕丝的综合利用价值。在纺织材料领域,蚕蛹蛋白也可以制成纤维作为原料之一制备混纺纤维。中国专利CN 103132198B公开的蚕蛹蛋白纤维天丝棉混纺纱及其制备方法,将蚕蛹蛋白纤维、天丝纤维和新疆长绒棉作为原料,蚕蛹蛋白纤维和天丝纤维分别经清花、梳棉工序成条,经过分别预并后与精梳长绒棉混并后,经粗纱、紧密纺、络筒形成混纺纱。此外,蚕蛹蛋白也可作为改性溶液对现有纤维进行改性处理,赋予纤维新的功能。中国专利CN 104005113A公开的一种蚕蛹蛋白复合纤维的制备方法,是采用棉纤维作为原料,将棉纤维经碱处理、高碘酸钠还原后浸渍于蚕蛹蛋白溶液中形成蚕蛹蛋白复合纤维。由此可知,该两种方法都是蚕蛹蛋白在纤维材料领域的应用,但是该应用方法制备的复合纤维其功能性和均一性仍受到限制,纤维表面附着的蚕蛹蛋白含量少,功能性有限。
莲纤维素是以莲植物作为原料制备的,莲植物属于非棉植物纤维资源,适应性强,种植成本低,具有可食用、药用和观赏等价值,然而针对莲植物的开发利用率不高,其综合利用价值有待提高。
本发明以蚕蛹和莲纤维素作为原料制备蚕蛹蛋白和莲纤维素晶须,经纺丝技术制备蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维,力求制备出可实用的纤维材料,提高蚕蛹和莲植物的综合利用价值,促进生态的可持续发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维及其制备方法,选用蚕蛹和莲杆作为原料,分别用酶解法和酸溶解法制备蚕蛹蛋白和莲纤维晶须,将制备蚕蛹蛋白溶液和莲纤维晶须悬浮液混合制备形成纺丝液,经湿法纺丝技术得到蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维。该方法制备的蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维采用的原料均为废弃物再利用,通过酶解等手法制备出新型的动植物复合纤维,该复合纤维具有蚕蛹蛋白舒适亲肤保健的特性,还具有莲纤维吸湿透气保健的特性。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维,其特征在于,所述蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维包括蚕蛹蛋白和莲纤维素晶须,所述蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维是经湿法纺丝技术得到,所述蚕蛹蛋白为纤维素酶降解得到,所述莲纤维素晶须为强酸溶解超声分离得到,所述蚕蛹蛋白的分子量为66-200KDa,所述莲纤维素晶须的直径为200-500nm。
本发明还提供一种蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将蚕蛹脱脂除臭后,充分干燥粉碎成蚕蛹粉末,将蚕蛹粉末加入纤维素酶溶液中,调节PH值至6-6.5,加热搅拌,得到蚕蛹蛋白溶液;
(2)将莲杆干燥后,切碎揉搓,浸入碱性溶液中煮沸,取出沉淀物,充分水洗,自然干燥得到莲纤维素,将莲纤维素溶于强酸溶液中,剧烈搅拌,取出,离心洗涤3-5次至上清液呈乳白色,将上清液调节至中性,超声分散得到莲纤维素晶须悬浮液;
(3)将步骤(1)制备的蚕蛹蛋白溶液和步骤(2)制备的莲纤维素晶须悬浮液混合搅拌均匀后,浓缩脱泡形成纺丝液,将纺丝液经湿法纺丝技术得到蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维。
作为上述技术方案的优选,所述步骤(1)中,蚕蛹粉末的粒径为50-100目。
作为上述技术方案的优选,所述步骤(1)中,纤维素酶溶液的浓度为1-3g/100g,加热的温度为50-60℃,搅拌的时间为1-2h。
作为上述技术方案的优选,所述步骤(1)中,蚕蛹蛋白溶液的浓度为15-25%,蚕蛹蛋白的分子量为66-200KDa。
作为上述技术方案的优选,所述步骤(2)中,剧烈搅拌的时间为60-90min,超声分散的时间为15-30min。
作为上述技术方案的优选,所述步骤(2)中,莲纤维素晶须悬浮液的浓度为2-5g/ml,莲纤维素晶须的直径为200-500nm。
作为上述技术方案的优选,所述步骤(3)中,纺丝液中蚕蛹蛋白和莲纤维素的质量比为10:1-5。
作为上述技术方案的优选,所述步骤(3)中,纺丝液的粘度为1000-1500mPa·s
作为上述技术方案的优选,所述步骤(3)中,湿法纺丝的工艺参数为:纺丝速度为0.1-0.3ml/min,凝固浴为甲醇或乙醇,凝固时间为30-60s。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明选用蚕丝工业的副产品蚕蛹作为动物蛋白的原料,蚕蛹含有丰富的蛋白质和氨基酸,选用干燥的莲杆作为植物蛋白的原料,莲杆中含有丰富的纤维素纤维,本发明将蚕蛹蛋白和莲纤维素相结合制备蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维,该纤维含有蚕蛹蛋白的亲肤舒适保健的功效,还含有莲纤维素的吸水透气的类麻性能。
(2)本发明制备的蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维中莲纤维素晶须沿轴向排列,蚕蛹蛋白在莲纤维素晶须周围形成无规卷曲结构,莲纤维素晶须限制了无规卷曲结构中分子链的自由运动,提高了复合纤维的机械强度,而且复合纤维中动物蛋白与植物晶须混合均匀,纤维的整体性能均一,使用性能良好。
(3)本发明选用原料均为绿色环保材料,制备的复合纤维的功能性佳,可实用性好,而且绿色环保经济。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明,在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
实施例1:
(1)将蚕蛹脱脂除臭后,充分干燥粉碎成50目的蚕蛹粉末,将蚕蛹粉末以质量比1:80加入1g/100g的纤维素酶溶液中,调节PH值至6,50℃加热搅拌1h,得到浓度为15%的蚕蛹蛋白溶液,其中蚕蛹蛋白的分子量为66-200KDa。
(2)将莲杆干燥后,切碎揉搓,浸入20g/L的氢氧化钠溶液中煮沸30min,取出沉淀物,充分水洗,自然干燥得到莲纤维素,将莲纤维素溶于硫酸溶液中,剧烈搅拌60min,取出,离心洗涤3次至上清液呈乳白色,将上清液调节至中性,超声分散15min得到浓度为2g/ml莲纤维素晶须悬浮液,其中莲纤维素晶须的直径为500nm。
(3)将质量比为10:1的蚕蛹蛋白溶液和莲纤维素晶须悬浮液混合搅拌均匀,浓缩脱泡形成粘度为1000mPa·s的纺丝液,将纺丝液以0.1ml/min的速度挤出,在甲醇或乙醇凝固浴中凝固30s,得到蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维。
实施例2:
(1)将蚕蛹脱脂除臭后,充分干燥粉碎成100目的蚕蛹粉末,将蚕蛹粉末以质量比1:100加入3g/100g的纤维素酶溶液中,调节PH值至6.5,60℃加热搅拌2h,得到浓度为25%的蚕蛹蛋白溶液,其中蚕蛹蛋白的分子量为66-110KDa。
(2)将莲杆干燥后,切碎揉搓,浸入40g/L的氢氧化钠溶液中煮沸60min,取出沉淀物,充分水洗,自然干燥得到莲纤维素,将莲纤维素溶于硫酸溶液中,剧烈搅拌90min,取出,离心洗涤5次至上清液呈乳白色,将上清液调节至中性,超声分散30min得到浓度为2-5g/ml莲纤维素晶须悬浮液,其中莲纤维素晶须的直径为200nm。
(3)将质量比为10:5的蚕蛹蛋白溶液和莲纤维素晶须悬浮液混合搅拌均匀,浓缩脱泡形成粘度为1500mPa·s的纺丝液,将纺丝液以0.3ml/min的速度挤出,在甲醇或乙醇凝固浴中凝固60s,得到蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维。
实施例3:
(1)将蚕蛹脱脂除臭后,充分干燥粉碎成80目的蚕蛹粉末,将蚕蛹粉末以质量比1:90加入2g/100g的纤维素酶溶液中,调节PH值至6,55℃加热搅拌1h,得到浓度为20%的蚕蛹蛋白溶液,其中蚕蛹蛋白的分子量为110-200KDa。
(2)将莲杆干燥后,切碎揉搓,浸入30g/L的氢氧化钠溶液中煮沸40min,取出沉淀物,充分水洗,自然干燥得到莲纤维素,将莲纤维素溶于硫酸溶液中,剧烈搅拌70min,取出,离心洗涤4次至上清液呈乳白色,将上清液调节至中性,超声分散20min得到浓度为3g/ml莲纤维素晶须悬浮液,其中莲纤维素晶须的直径为300nm。
(3)将质量比为10:2的蚕蛹蛋白溶液和莲纤维素晶须悬浮液混合搅拌均匀,浓缩脱泡形成粘度为1200mPa·s的纺丝液,将纺丝液以0.2ml/min的速度挤出,在甲醇或乙醇凝固浴中凝固50s,得到蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维。
实施例4:
(1)将蚕蛹脱脂除臭后,充分干燥粉碎成80目的蚕蛹粉末,将蚕蛹粉末以质量比1:80加入1.5g/100g的纤维素酶溶液中,调节PH值至6.5,60℃加热搅拌1h,得到浓度为15%的蚕蛹蛋白溶液,其中蚕蛹蛋白的分子量为66-200KDa。
(2)将莲杆干燥后,切碎揉搓,浸入25g/L的氢氧化钠溶液中煮沸40min,取出沉淀物,充分水洗,自然干燥得到莲纤维素,将莲纤维素溶于硫酸溶液中,剧烈搅拌80min,取出,离心洗涤5次至上清液呈乳白色,将上清液调节至中性,超声分散20min得到浓度为3g/ml莲纤维素晶须悬浮液,其中莲纤维素晶须的直径为350nm。
(3)将质量比为10:3的蚕蛹蛋白溶液和莲纤维素晶须悬浮液混合搅拌均匀,浓缩脱泡形成粘度为1300mPa·s的纺丝液,将纺丝液以0.1ml/min的速度挤出,在甲醇或乙醇凝固浴中凝固40s,得到蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维。
实施例5:
(1)将蚕蛹脱脂除臭后,充分干燥粉碎成100目的蚕蛹粉末,将蚕蛹粉末以质量比1:80加入3g/100g的纤维素酶溶液中,调节PH值至6,60℃加热搅拌1h,得到浓度为20%的蚕蛹蛋白溶液,其中蚕蛹蛋白的分子量为80-200KDa。
(2)将莲杆干燥后,切碎揉搓,浸入35g/L的氢氧化钠溶液中煮沸50min,取出沉淀物,充分水洗,自然干燥得到莲纤维素,将莲纤维素溶于硫酸溶液中,剧烈搅拌90min,取出,离心洗涤5次至上清液呈乳白色,将上清液调节至中性,超声分散30min得到浓度为2-5g/ml莲纤维素晶须悬浮液,其中莲纤维素晶须的直径为250nm。
(3)将质量比为10:4的蚕蛹蛋白溶液和莲纤维素晶须悬浮液混合搅拌均匀,浓缩脱泡形成粘度为1500mPa·s的纺丝液,将纺丝液以0.3ml/min的速度挤出,在甲醇或乙醇凝固浴中凝固60s,得到蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维。
实施例6:
(1)将蚕蛹脱脂除臭后,充分干燥粉碎成100目的蚕蛹粉末,将蚕蛹粉末以质量比1:100加入1-3g/100g的纤维素酶溶液中,调节PH值至6.5,55℃加热搅拌2h,得到浓度为15%的蚕蛹蛋白溶液,其中蚕蛹蛋白的分子量为110-200KDa。
(2)将莲杆干燥后,切碎揉搓,浸入20g/L的氢氧化钠溶液中煮沸60min,取出沉淀物,充分水洗,自然干燥得到莲纤维素,将莲纤维素溶于硫酸溶液中,剧烈搅拌60min,取出,离心洗涤3次至上清液呈乳白色,将上清液调节至中性,超声分散30min得到浓度为2g/ml莲纤维素晶须悬浮液,其中莲纤维素晶须的直径为400nm。
(3)将质量比为10:4的蚕蛹蛋白溶液和莲纤维素晶须悬浮液混合搅拌均匀,浓缩脱泡形成粘度为1400mPa·s的纺丝液,将纺丝液以0.3ml/min的速度挤出,在甲醇或乙醇凝固浴中凝固40s,得到蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维。
经检测,实施例1-6制备的蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维的色泽、直径、力学性能的结果如下所示:
|
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
实施例4 |
实施例5 |
实施例6 |
色泽 |
白 |
米白 |
白 |
白 |
米白 |
白 |
拉伸强度(MPa) |
350 |
380 |
364 |
371 |
366 |
375 |
直径(um) |
134 |
140 |
136 |
150 |
128 |
137 |
由上表可见,本发明制备的蚕蛹蛋白/莲纤维素复合纤维色泽洁白,直径适中,拉伸强度好,适用于纺织品工厂化生产。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。