CN106757501B - 一种胶原蛋白纤维素纤维及其制备方法 - Google Patents

一种胶原蛋白纤维素纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种胶原蛋白纤维素纤维，由以下重量份的组分组成：胶原蛋白5‑15％；纤维素85‑95％；其中，胶原蛋白通过环氧氯丙烷接枝在纤维素上，其制备过程包括如下步骤：(1)配制质量分数为10‑20％、pH值为9‑10的胶原蛋白碱性水溶液，将胶原蛋白水溶液加热至55‑65℃，滴加环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100‑110℃，维持反应2‑3小时后即得到胶原蛋白预处理液，然后降到室温备用；(2)将胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白占粘胶中甲纤质量比的10‑20％的比例加入粘胶中，充分混合后进入一直保持搅拌状态的熟成中间桶中，维持反应6‑10小时得到胶原蛋白接枝粘胶；(3)将得到的胶原蛋白接枝粘胶直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到胶原蛋白纤维素纤维。

Description

一种胶原蛋白纤维素纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性纤维制备领域，具体涉及一种胶原蛋白纤维素纤维及其制备方法。
背景技术
面膜是护肤最重要的工具，现如今，随着保养、护肤的意识进入平民化，使得面膜市场愈发火爆，传统无纺布面膜更是占据市场绝大部分的份额，绝大多数的面膜以其添加的营养成分来达到保湿、美白、抗衰老的作用，而对于作为面膜载体的面膜基材少有研究。
胶原蛋白由动物皮提取，含有大量极性基团，是保湿因子，且有阻止皮肤中的酪氨酸转化为黑色素的作用，故胶原蛋白有纯天然保湿、美白、防皱、祛斑等作用，广泛应用于美容用品中。
随着功能性纤维技术的发展，胶原蛋白纤维的概念被提出，越来越多的胶原蛋白纤维技术陆续问世，如：专利申请号为201510431030.2的专利申请提供了一种胶原蛋白纤维的制程及制得的胶原蛋白纤维，胶原蛋白纤维的制程，包含步骤A：准备一个包含有纤维原料的纤维原料溶液，步骤B：准备一个包含有胶原蛋白的胶原蛋白溶液；其特征在于：在该步骤B中，以100重量份的该纤维原料为基准，该胶原蛋白为5～10重量份，该胶原蛋白纤维的制程还包含一个在该步骤B后的步骤C，在该步骤C中，混合该纤维原料溶液及该胶原蛋白溶液成为一种纺丝液，并以湿式纺丝法将该纺丝液制成胶原蛋白纤维，不难得出，胶原蛋白纤维的制程只是将胶原蛋白附着于纤维素而形成胶原蛋白纤维，纤维与胶原蛋白之间无化学连接，在使用过程中，胶原蛋白容易掉落，抗氧化、抗菌稳定性不高，产品保质期短；而且由于胶原蛋白是属于高分子材料的一种，并由于高分子材料的分子量并无一定，且分子量影响材料的物理及机械性质甚大，故该胶原蛋白的分子量应予限定。当该胶原蛋白的平均分子量太大，则胶原蛋白不易与纤维原料均匀混合，会使制得的胶原蛋白纤维成品的品质不佳，若该胶原蛋白的平均分子量太小，则代表胶原蛋白几乎被裂解成胺基酸，会失去胶原蛋白本身所具有的机能性。此外，如果胶原蛋白的分子量分布过广，也会因为分子间的差异性过大，使得成品的区域间的差异性大，并因此造成该成品在受力时容易因应力不均而损坏，因而此种方法制得的胶原蛋白纤维品质不能得到保证，断丝率高，不符合经济效率。
又比如：专利申请号为201310588899.9的专利申请提供了一种制备胶原蛋白纤维的方法及制得的产品和产品的应用，本法以动物皮革为原料，直接提取天然的胶原蛋白纤维，在当今社会，动物皮革俨然不能满足人们对胶原蛋白纤维对需求，且其成本远大于人造纤维、棉纤维等。
发明内容
本发明目的是提供一种胶原蛋白纤维素纤维及其制备方法，以解决现有技术胶原蛋白纤维断丝率高、不够经济实惠的问题。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种胶原蛋白纤维素纤维，其特征在于，由以下重量份的组分组成：
胶原蛋白5-15％；
纤维素85-95％；
其中，胶原蛋白通过环氧氯丙烷接枝在纤维素上。
一种胶原蛋白纤维素纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备胶原蛋白预处理液：配制质量分数为10-20％、pH值为9-10的胶原蛋白碱性水溶液，将胶原蛋白水溶液加热至55-65℃，在搅拌条件下滴加环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100-110℃，维持反应2-3小时后即得到胶原蛋白预处理液，然后降到室温备用；
(2)粘胶接枝处理：将步骤(1)制得的胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白占粘胶中甲纤质量比的10-20％的比例加入粘胶中，充分混合后进入熟成中间桶，熟成中间桶中一直保持搅拌状态，维持反应6-10小时得到胶原蛋白接枝粘胶；
(3)将步骤(2)得到的胶原蛋白接枝粘胶直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到胶原蛋白纤维素纤维。
进一步地，步骤(1)中，环氧氯丙烷的用量为胶原蛋白质量比的30-40％，滴加环氧氯丙烷的时间为20-30min。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明制得的胶原蛋白纤维素纤维通过高分子技术将胶原蛋白嫁接到纤维素纤维上，由于胶原蛋白与棉纤维以共价键连接，不影响棉纤维原有的力学性能，故而能在保持纤维素纤维优良纺织性能的基础上赋予其高吸水、高保湿、防皱防衰老、美容护肤等保健功能,且原料为廉价易得的植物粘胶纤维，解决了现有技术胶原蛋白纤维断丝率高、不够经济实惠的问题，是一种集纤维素纤维和胶原蛋白的优点于一身的新型纤维素纤维；
(2)本发明制得的胶原蛋白纤维素纤维的吸水率为10-15倍，比普通纤维高30-40％；
(3)本发明制得的胶原蛋白纤维素纤维在常温下保湿时间比普通纤维长40-50％，能够长时间给予肌肤保湿、补水；
(4)本发明制得的胶原蛋白纤维素纤维是水溶性物质，用它制成的纤维面膜能让面部吸收部分胶原蛋白，使肌肤保持弹性、美白、减少皱纹；
(5)本发明制得的胶原蛋白纤维素纤维经权威机构SGS检测，证明该纤维具有保持皮肤弹性、美白、防皱的功能，是专为面膜基材市场研究开发的具有多种保健功能的新型材料，其高吸水、高保湿性能优异、柔软性能良好，是生产膜布的最佳材料；
(6)胶原蛋白接枝与前端纺丝工艺有机结合，即在纺丝前的制胶过程中即进行接枝，在普通纤维生产的基础上改变不大即可获得品质优良的胶原蛋白纤维素纤维，工艺流程简单，方法简便、易于规模化生产；
(7)仅在纺丝后进行洗涤、烘干操作，能耗以及水耗与普通纤维生产相当；
(8)仅在步骤(3)中产生污水、废料，故而污水处理以及废料回收集中、方便；
(9)粘胶与胶原蛋白预处理液相互混溶，纤维素与接枝胶原蛋白之间的接触面积达到最大，接枝率高达5％以上。
具体实施方式
实施例1
进行如下步骤的操作：
(1)制备胶原蛋白预处理液：向搪玻璃反应釜泵入50L水，开启搅拌，并加入10Kg的胶原蛋白，再加入稀氢氧化钠溶液将体系的pH值调节至9-10充分溶解胶原蛋白并过滤得到碱性水溶液，然后将胶原蛋白水溶液加热至55-65℃，维持体系温度55-65℃在搅拌条件下于20～30min内在体系中滴加3.5L环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100-110℃，维持体系温度100-110℃反应2小时后得到胶原蛋白预处理液，然后降到室温备用；
(2)粘胶接枝处理：在粘胶进入熟成中间桶之前，用注射系统将步骤(1)配制的胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白预处理液与粘胶体积比1:10的比例加入粘胶中，经过静态混合器混合后进入熟成中间桶，熟成中间桶中一直保持搅拌状态，维持反应6小时得到胶原蛋白接枝粘胶；
(3)将步骤(2)得到的胶原蛋白接枝粘胶直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到胶原蛋白纤维素纤维。
本实施例采用的预处理方法是为了让胶原蛋白与棉纤维以共价键连接，保持了棉纤维原有的主要力学性能；而在粘胶接枝处理过程中，由于粘胶与胶原蛋白预处理液均为液相，两者能够相互混溶，进而使得纤维素与接枝胶原蛋白之间的接触面积大大增加，接枝率为7.75％，生产的纤维纤度为1.33dtex。
本实施例在纺丝前的制胶过程中即进行接枝，在普通纤维生产的基础上改变不大即可获得品质优良的胶原蛋白纤维素纤维，工艺流程简单，方法简便、易于规模化生产。
实施例2
进行如下步骤的操作：
(1)制备胶原蛋白预处理液：向搪玻璃反应釜泵入50L水，开启搅拌，并加入10Kg的胶原蛋白，再加入稀氢氧化钠溶液将体系的pH值调节至9-10充分溶解胶原蛋白并过滤得到碱性水溶液，然后将胶原蛋白水溶液加热至55-65℃，维持体系温度55-65℃在搅拌条件下于20～30min内在体系中滴加3.5L环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100-110℃，维持体系温度100-110℃反应3小时后得到胶原蛋白预处理液，然后降到室温备用；
(2)粘胶接枝处理：在粘胶进入熟成中间桶之前，用注射系统将步骤(1)配制的胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白预处理液与粘胶体积比1:10的比例加入粘胶中，经过静态混合器混合后进入熟成中间桶，熟成中间桶中一直保持搅拌状态，维持反应6小时得到胶原蛋白接枝粘胶；
(3)将步骤(2)得到的胶原蛋白接枝粘胶直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到胶原蛋白纤维素纤维，接枝率为7.81％，生产的纤维纤度为1.67dtex。
实施例3
进行如下步骤的操作：
(1)制备胶原蛋白预处理液：向搪玻璃反应釜泵入50L水，开启搅拌，并加入10Kg的胶原蛋白，再加入稀氢氧化钠溶液将体系的pH值调节至9-10充分溶解胶原蛋白并过滤得到碱性水溶液，然后将胶原蛋白水溶液加热至55-65℃，维持体系温度55-65℃在搅拌条件下于20～30min内在体系中滴加3.5L环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100-110℃，维持体系温度100-110℃反应3小时后得到胶原蛋白预处理液，然后降到室温备用；
(2)粘胶接枝处理：在粘胶进入熟成中间桶之前，用注射系统将步骤(1)配制的胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白预处理液与粘胶体积比1:10的比例加入粘胶中，经过静态混合器混合后进入熟成中间桶，熟成中间桶中一直保持搅拌状态，维持反应10小时得到胶原蛋白接枝粘胶；
(3)将步骤(2)得到的胶原蛋白接枝粘胶直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到胶原蛋白纤维素纤维，接枝率为7.85％，生产的纤维纤度为1.67dtex。
实施例4
进行如下步骤的操作：
(1)制备胶原蛋白预处理液：向搪玻璃反应釜泵入50L水，开启搅拌，并加入10Kg的胶原蛋白，再加入稀氢氧化钠溶液将体系的pH值调节至9-10充分溶解胶原蛋白并过滤得到碱性水溶液，然后将胶原蛋白水溶液加热至55-65℃，维持体系温度55-65℃在搅拌条件下于20～30min内在体系中滴加3.5L环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100-110℃，维持体系温度100-110℃反应3小时后得到胶原蛋白预处理液，然后降到室温备用；
(2)粘胶接枝处理：在粘胶进入熟成中间桶之前，用注射系统将步骤(1)配制的胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白预处理液与粘胶体积比1:12的比例加入粘胶中，经过静态混合器混合后进入熟成中间桶，熟成中间桶中一直保持搅拌状态，维持反应10小时得到胶原蛋白接枝粘胶；
(3)将步骤(2)得到的胶原蛋白接枝粘胶直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到胶原蛋白纤维素纤维，接枝率为7.83％，生产的纤维纤度为1.33dtex。
实施例5
进行如下步骤的操作：
(1)制备胶原蛋白预处理液：向搪玻璃反应釜泵入50L水，开启搅拌，并加入10Kg的胶原蛋白，再加入稀氢氧化钠溶液将体系的pH值调节至9-10充分溶解胶原蛋白并过滤得到碱性水溶液，然后将胶原蛋白水溶液加热至55-65℃，维持体系温度55-65℃在搅拌条件下于20～30min内在体系中滴加3.5L环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100-110℃，维持体系温度100-110℃反应2小时后得到胶原蛋白预处理液，然后降到室温备用；
(2)粘胶接枝处理：在粘胶进入熟成中间桶之前，用注射系统将步骤(1)配制的胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白预处理液与粘胶体积比1:10的比例加入粘胶中，经过静态混合器混合后进入熟成中间桶，熟成中间桶中一直保持搅拌状态，维持反应10小时得到胶原蛋白接枝粘胶；
(3)将步骤(2)得到的胶原蛋白接枝粘胶直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到胶原蛋白纤维素纤维，接枝率为7.82％，生产的纤维纤度为1.67dtex。
实施例6
与现有技术的对比测试：
(1)同时架起2个1L的反应瓶，安装上搅拌装置，并分别标记为A、B、号，两个瓶中均装入300ml的水，开启搅拌，分别加入40g的胶原蛋白，再加入稀氢氧化钠溶液将体系的pH值调节至9-10充分溶解胶原蛋白并过滤得到碱性水溶液，A号瓶维持体系温度55-65℃在搅拌条件下于20～30min内在体系中滴加120mL环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100-110℃，维持体系温度100-110℃反应6小时后直接降到室温备用；B号瓶的胶原蛋白碱性水溶液直接留用；
(2)粘胶熟成(接枝)处理，将进入熟成中间桶之前的同一批粘胶分为2组，分别用注射系统将步骤(1)配制的A、B号胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白预处理液与粘胶体积比1:10的比例加入粘胶中，经过相同大小的静态混合器混合后进入相同大小的熟成中间桶中，熟成中间桶中一直保持搅拌状态，维持反应6小时得到A、B号胶原蛋白熟成(接枝)粘胶；
(3)将步骤(2)得到的A、B号胶原蛋白接枝粘胶分别直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到A、B号胶原蛋白纤维素纤维，对两组纤维素纤维进行相应的参数测试，多次测试取均值后具体参数对比情况如表1：
表1胶原蛋白纤维素纤维的产品技术参数
如表1，A号胶原蛋白纤维素纤维与B号胶原蛋白纤维素纤维刚产出的胶原蛋白含量相当，但A号胶原蛋白纤维素纤维表现出了良好的耐水洗特性，B号样品多次洗涤后几乎全部洗掉，证明本发明产品的性质稳定；除此之外还具有优异的力学性能，甚至与棉纤维原有的力学性能相当，且棉纤维廉价易得，彻底解决了现有技术胶原蛋白纤维断丝率高、不够经济实惠的问题。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种胶原蛋白纤维素纤维的制备方法，其特征在于，胶原蛋白纤维素纤维由以下重量份的组分组成：胶原蛋白5-15%；纤维素85-95%；其中，胶原蛋白通过环氧氯丙烷接枝在纤维素上；生产方法包括如下步骤：
（1）制备胶原蛋白预处理液：配制质量分数为10-20%、pH值为9-10的胶原蛋白碱性水溶液，将胶原蛋白水溶液加热至55-65℃，在搅拌条件下滴加环氧氯丙烷，滴加完后将体系温度升至100-110℃，维持反应2-3小时后即得到胶原蛋白预处理液，然后降到室温备用；
（2）粘胶接枝处理：将步骤（1）制得的胶原蛋白预处理液按照胶原蛋白占粘胶中甲纤质量比的10-20%的比例加入粘胶中，充分混合后进入熟成中间桶，熟成中间桶中一直保持搅拌状态，维持反应6-10小时得到胶原蛋白接枝粘胶；
（3）将步骤（2）得到的胶原蛋白接枝粘胶直接进行纺丝、洗涤、烘干即得到胶原蛋白纤维素纤维。
2.根据权利要求1所述的一种胶原蛋白纤维素纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，环氧氯丙烷的用量为胶原蛋白质量比的30-40%，滴加环氧氯丙烷的时间为20-30 min。
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