CN107502982B

CN107502982B - 一种羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法

Info

Publication number: CN107502982B
Application number: CN201710771827.6A
Authority: CN
Inventors: 张勇
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: CN107502982A

Abstract

本发明属于纺织材料生产加工领域，具体涉及一种羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法。本发明所解决的技术问题是提供一种羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，具有使羽毛角蛋白脱色除臭，有效改善羽毛角蛋白粘胶纤维的力学性能，拓展其应用范围等优点。本发明方法步骤如下：A、取羽毛制备羽毛角蛋白粗品；B、将羽毛角蛋白粗品制得纯化的羽毛角蛋白粉末；C、将羽毛角蛋白制成纺丝溶液；D、将纺丝溶液纺丝，丝条经牵伸、洗涤、烘干后，即得到羽毛角蛋白粘胶纤维。本发明得到了一种没有异味，力学性能优良，附加值高的羽毛角蛋白粘胶纤维，拓展了其应用范围，操作方法具有工艺简单，质量稳定，可规模化生产等优点。

Description

一种羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法

技术领域

本发明属于纺织材料生产加工领域，具体涉及一种羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法。

背景技术

粘胶纤维属于再生纤维素纤维，是一种性能优良的纺织原料，其服用舒适性早已被大家接受和认可，随着科技的发展，各种新型功能性粘胶纤维的开发成了研究的热点，如蛹蛋白、羊毛蛋白、植物蛋白粘胶纤维等等。羽毛角蛋白是一种再生蛋白质资源，每年全球有数百万吨废弃禽类羽毛可用于角蛋白的提取，羽毛中含有90％以上的角蛋白和20种氨基酸，角蛋白有良好的生物相容性、细胞粘附性和高的极性，在纺织工程上可以用作再生蛋白纤维的原料，蛋白质中的氨基酸可以加速细胞的新陈代谢、减缓皮肤老化、吸收紫外线，且大量的亲水基团(－OH、－COOH、－NH)使其具有良好的吸湿和保温性能以及抗微生物性能，与皮肤的亲和性好。因此，蛋白为原料开发的各种复合材料和服用面料，具有亲肤性、高吸湿性、抗静电性、伸缩性、蓬松性、抗皱性等优良特性，迎合了新世纪人类的绿色消费观念。

羽毛角蛋白结构特殊，以α-螺旋和β-折叠进一步构成超螺旋多肽链，内部的半胱氨酸二硫键作为连接桥形成复杂的交联网，这种特殊结构使得角蛋白机械强度提高，不易降解，同时由于羽毛角蛋白的成纤性差、纤维力学性能差，使其应用范围受到了一定的限制。通过加入一些其他高分子材料进行改性，再采用共混纺丝技术，可有效改善羽毛角蛋白纤维的力学性能，从而拓展其应用范围。另外，羽毛角蛋白在使用中的另一个缺点是容易产生难闻的气味，这也限制了它的应用。

本发明欲提供一种全新的羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，以达到消除羽毛角蛋白臭味，保持羽毛角蛋白粘胶纤维结晶度和力学性能，提高粘胶纤维的服用性能和商业附加值的目的。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，具有使羽毛角蛋白脱色除臭，有效改善羽毛角蛋白粘胶纤维的力学性能，拓展其应用范围等优点。

本发明方法步骤如下：

A、取羽毛加入碱溶液溶解，过滤，得到羽毛角蛋白碱溶液，加盐酸调节pH值至3-4析出角蛋白，水洗、过滤、干燥得到羽毛角蛋白粗品；

B、将A步骤所得羽毛角蛋白粗品用足量无水乙醇进行抽提，水洗、过滤、干燥后得到纯化的羽毛角蛋白粉末；

C、将B步骤所得羽毛角蛋白溶解于碱溶液中，配制成角蛋白碱溶液；将角蛋白碱溶液与粘胶原液混合，搅拌均匀，制成纺丝溶液；

D、将C步骤所得纺丝溶液纺丝，丝条经牵伸、洗涤、烘干后，即得到羽毛角蛋白粘胶纤维。

上述技术方案中：步骤A所述羽毛为清洁干燥的羽毛。

上述技术方案中：步骤A所述氢氧化钠水溶液浓度为6～10％。

上述技术方案中：步骤A所述溶解的条件为恒温加热溶解。

上述技术方案中：步骤A所述添加盐酸调pH值至3-4析出角蛋白。

上述技术方案中：步骤A所述羽毛与碱溶液的质量比为1:6～10。

上述技术方案中：步骤A所述碱溶液为氢氧化钠水溶液。

优选的，步骤A所述氢氧化钠水溶液浓度为3～10％，优选氢氧化钠水溶液浓度为5％。

上述技术方案中：步骤B抽提条件为80～90℃。

上述技术方案中：步骤C所述碱溶液为氢氧化钠水溶液。

上述技术方案中：步骤C氢氧化钠水溶液浓度为3～10％，优选氢氧化钠水溶液浓度为5％。

上述技术方案中：步骤C所得角蛋白碱溶液质量浓度为20～30％。

上述技术方案中：步骤C按照角蛋白对甲种纤维素质量比为5～10:100的比例混合角蛋白碱溶液与粘胶原液。其中，甲种纤维素，又称α-纤维素。纤维素原料在20℃浸于17.5％或18％的氢氧化钠溶液中经过45分钟后不溶解的部分。溶解的部分是半纤维素。甲种纤维素的聚合度很大。它的含量是人造纤维和造纸工业用纤维素原料的重要指标。

上述技术方案中：步骤D丝条经牵伸、洗涤、烘干前采用稀硫酸溶液为凝固浴，其中凝固浴的条件为温度40～60℃，稀硫酸溶液浓度为110～140g/l；优选凝固浴的条件为温度为50℃，稀硫酸溶液密度为130g/l。

综上，采用上述步骤及参数控制可使羽毛角蛋白脱色除臭，有效改善羽毛角蛋白粘胶纤维的力学性能，得到一种没有异味，力学性能优良，附加值高的羽毛角蛋白粘胶纤维，拓展了其应用范围，操作方法具有工艺简单，质量稳定，可规模化生产等优点。

具体实施方式

以下通过对本发明具体实施方式的描述说明但不限制本发明。

本发明方法步骤如下：

A、取清洁干燥的羽毛加入质量百分比浓度为6～10％的氢氧化钠水溶液，羽毛与碱溶液质量比为1:6～10，于60～90℃加热溶解1～4小时，溶解后的混合物过滤得到羽毛角蛋白碱溶液，向溶液中加入盐酸，调节其pH值为3-4时析出角蛋白，水洗、抽滤、干燥得到粗羽毛角蛋白。

B、将A步骤得到的粗羽毛角蛋白在温度80～90℃，用足量无水乙醇抽提，将抽提后的角蛋白进行水洗、抽滤、干燥后得到提纯的羽毛角蛋白粉末。

C、将B步骤抽提纯化的羽毛角蛋白溶解于质量百分比浓度为5％的氢氧化钠水溶液中，配制成质量浓度为20～30％的角蛋白碱溶液；按照角蛋白对甲种纤维素质量比为5～10:100的比例将角蛋白碱溶液与粘胶原液混合，搅拌均匀，静置，脱泡，制成纺丝溶液。

D、将C步骤的纺丝溶液纺丝，用温度为50℃，密度为130g/l的稀硫酸溶液为凝固浴，丝条经牵伸、洗涤、烘干后，即可得到羽毛角蛋白粘胶纤维。

1、样品制备

实施例1

取清洁干燥的羽毛加入质量百分比浓度为6％的氢氧化钠水溶液，羽毛与碱溶液质量比为1：10，于90℃加热溶解4小时，溶解后的混合物过滤得到羽毛角蛋白碱溶液，向溶液中加入盐酸，调节其PH值为3时析出角蛋白，水洗、抽滤、干燥得到粗羽毛角蛋白。将粗羽毛角蛋白用足量无水乙醇在90℃进行抽提，抽提后的角蛋白进行水洗、抽滤、干燥后得到提纯的羽毛角蛋白粉末。将抽提纯化的羽毛角蛋白溶解于质量百分比浓度为5％的氢氧化钠水溶液中，配制成质量浓度为20％的角蛋白碱溶液；按照角蛋白对甲种纤维素质量比为5:100的比例将角蛋白碱溶液与粘胶原液混合，搅拌均匀，静置，脱泡，制成纺丝溶液。将纺丝溶液纺丝，用温度为50℃，密度为130g/l的稀硫酸溶液为凝固浴，丝条经牵伸、洗涤、烘干后，即可得到羽毛角蛋白粘胶长丝。

实施例2

取清洁干燥的羽毛加入质量百分比浓度为10％的氢氧化钠水溶液，羽毛与碱溶液质量比为1：6，于80℃加热溶解1小时，溶解后的混合物过滤得到羽毛角蛋白碱溶液，向溶液中加入盐酸，调节其PH值为4时析出角蛋白，水洗、抽滤、干燥得到粗羽毛角蛋白。将粗羽毛角蛋白用足量无水乙醇在80℃进行抽提，抽提后的角蛋白进行水洗、抽滤、干燥后得到提纯的羽毛角蛋白粉末。将抽提纯化的羽毛角蛋白溶解于质量百分比浓度为5％的氢氧化钠水溶液中，配制成质量浓度为30％的角蛋白碱溶液；按照角蛋白对甲种纤维素质量比为1:10的比例将角蛋白碱溶液与粘胶原液混合，搅拌均匀，静置，脱泡，制成纺丝溶液。将纺丝溶液纺丝，用温度为50℃，密度为130g/l的稀硫酸溶液为凝固浴，丝条经牵伸、洗涤、烘干后，即可得到羽毛角蛋白粘胶纤维。

实施例3

取清洁干燥的羽毛加入质量百分比浓度为8％的氢氧化钠水溶液，羽毛与碱溶液质量比为1：8，于85℃加热溶解2小时，溶解后的混合物过滤得到羽毛角蛋白碱溶液，向溶液中加入盐酸，调节其PH值为3时析出角蛋白，水洗、抽滤、干燥得到粗羽毛角蛋白。将得到的粗羽毛角蛋白用足量无水乙醇在85℃进行抽提，抽提后的角蛋白进行水洗、抽滤、干燥后得到提纯的羽毛角蛋白粉末。将抽提纯化的羽毛角蛋白溶解于质量百分比浓度为5％的氢氧化钠水溶液中，配制成质量浓度为25％的角蛋白碱溶液；按照角蛋白对甲种纤维素质量比为8:100的比例将角蛋白碱溶液与粘胶原液混合，搅拌均匀，静置，脱泡，制成纺丝溶液。将纺丝溶液纺丝，用温度为50℃，密度为130g/l的稀硫酸溶液为凝固浴，丝条经牵伸、洗涤、烘干后，即可得到羽毛角蛋白粘胶纤维。

对比例1

取清洁干燥的羽毛加入质量百分比浓度为8％的氢氧化钠水溶液，羽毛与碱溶液质量比为1：8，于80℃加热溶解3小时，溶解后的混合物过滤得到羽毛角蛋白碱溶液，向溶液中加入盐酸，调节其PH值为3时析出角蛋白，水洗、抽滤、干燥得到粗羽毛角蛋白。将粗羽毛角蛋白溶解于质量百分比浓度为5％的氢氧化钠水溶液中，配制成质量浓度为25％的角蛋白碱溶液；按照角蛋白对甲种纤维素质量比为8:100的比例将角蛋白碱溶液与粘胶原液混合，搅拌均匀，静置，脱泡，制成纺丝溶液。将纺丝溶液纺丝，用温度为50℃，密度为130g/l的稀硫酸溶液为凝固浴，丝条经牵伸、洗涤、烘干后，即可得到羽毛角蛋白粘胶纤维。

2、试验方法

用UltimaⅣ型X射线衍射仪分析羽毛角蛋白粘胶纤维的结晶情况，纤维的力学强度和蛋白质含量分别用LLY-06A型纤维电子强力仪和K-06型全自动凯氏定氮仪进行测定，得到纤维的干强、干伸和蛋白质含量如下表。

3、试验结果

	纤维干强/cN/dtex	纤维干伸/％	角蛋白含量/％
				实施例1	1.73	19.2	1.90
实施例2	1.72	18.8	2.10
				实施例3	1.75	19.6	2.04
对比例1	1.70	18.5	1.96
				对照品：粘胶纤维	1.85	20.5	0

4、试验结论及分析

羽毛角蛋白对甲种纤维素理论加入量为5～10％时，经湿法纺丝、洗涤、烘干等工序后，角蛋白流失较多；加入羽毛角蛋白后，共混长丝的干强和干伸比纯粘胶纤维略有下降，干强下降5-7％，干伸下降4-8％，但能达到粘胶长丝国标GB/T13758-2008中合格品的要求(干强≥1.65cN/dtex，干伸15.5-26.0％)。羽毛角蛋白经乙醇抽提后难闻的气味消失了，而且其在共混长丝中的保留率比未抽提时也略有提高，这可能是由于抽提过程能除去角蛋白中的脂质等产生气味的杂质以及一些低分子量的溶解物，并且使大分子蛋白的含量提高，从而使得角蛋白在共混长丝中的保留率和共混长丝的力学性质得到了提高。从羽毛角蛋白粘胶纤维XRD衍射图上也能看出来，抽提后的角蛋白结晶度也要大于未抽提的角蛋白。

综上，本发明制备方法是用碱溶解羽毛，通过酸析得到羽毛角蛋白，经过用乙醇在85℃抽提羽毛角蛋白后，有效去除产生难闻气味的杂质，然后将羽毛角蛋白配成碱溶液与粘胶原液共混纺丝，得到结晶度和力学性能都较好的羽毛角蛋白粘胶纤维筛选主要步骤和关键参数最后确定工艺方法，为公众制备羽毛角蛋白粘胶纤维提供了一种全新的选择。

Claims

1.羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，其特征在于：步骤如下：

A、取羽毛加入浓度为6~10%氢氧化钠水溶液60~90℃溶解，过滤，得到羽毛角蛋白碱溶液，加盐酸调节pH值至3-4析出角蛋白，水洗、过滤、干燥得到羽毛角蛋白粗品；

B、将A步骤所得羽毛角蛋白粗品用足量无水乙醇进行抽提，水洗、过滤、干燥后得到纯化的羽毛角蛋白粉末，抽提条件为80~90℃；

C、将B步骤所得羽毛角蛋白溶解于碱溶液中，配制成角蛋白碱溶液，角蛋白碱溶液质量浓度为20~30%；将角蛋白碱溶液与粘胶原液混合，搅拌均匀，制成纺丝溶液，按照角蛋白对甲种纤维素质量比为5~10:100的比例混合角蛋白碱溶液与粘胶原液；

D、将C步骤所得纺丝溶液纺丝，用温度为40~60℃、密度为110~140g/L的稀硫酸溶液为凝固浴，丝条经牵伸、洗涤、烘干后，即得到羽毛角蛋白粘胶纤维。

2.根据权利要求1所述的羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，其特征在于：至少满足以下任一项：

步骤A所述羽毛为清洁干燥的羽毛；

步骤A所述溶解的条件为恒温加热溶解；

步骤A所述添加盐酸调pH值至3-4析出角蛋白；

步骤A所述羽毛与碱溶液质量比为1:6~10。

3.根据权利要求1所述的羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，其特征在于：步骤C所述碱溶液为氢氧化钠水溶液。

4.根据权利要求3所述的羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，其特征在于：步骤C氢氧化钠水溶液浓度为3~10%。

5.根据权利要求4所述的羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，其特征在于：步骤C氢氧化钠水溶液浓度为5%。

6.根据权利要求1所述的羽毛角蛋白粘胶纤维的制备方法，其特征在于：凝固浴的条件为温度为50℃，稀硫酸溶液密度为130g/L。