CN1250492A - 变性丝物料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明目的是利用碳化丝的改进性能而扩展其可适用性范围;由于通过将作为原料的丝在适度的条件下热处理,以控制其碳化程度而提供同时具有丝固有性质和碳化物性质因而适用于各种用途的不完全碳化产物或变性丝;并通过控制因热处理的能耗成本而提供制备变性丝的工业实用方法。通过在0.5到1.5大气压、150—500℃温度下在空气气流的气氛中,热处理天然丝、半脱胶丝或脱胶丝或其混合物一定时间而提供用于制备各种颜色变性丝物料的方法。

Description

变性丝物料及其制备方法
技术领域
本发明涉及在气流中热处理丝而所得的各种有用的变性丝物料。
本发明的丝物料可用作人体用的外表皮涂敷制品的原料诸如外表皮制剂、非医用皮肤制剂和化妆品或作为医用材料,可用作植物生长促进剂;或可用于其它目的诸如吸收剂、过滤材料和研磨材料。
技术背景
通常,外表皮涂敷制品诸如眉笔、毛发染料的原料是通过有机物质的热处理、特别是通过石油材料的不完全燃烧而制得的。
从植物的热处理所得的碳化物质是用作吸收剂和过滤材料。
然而,通过石油不完全燃烧而所制得的物质易于产生致癌物质或在其加热处理过程中受其污染,因此,例如在美国已禁止使用。
不用石油产品的实例已描述于日本特开平8-59219中,其中,将丝进行热处理以制得的碳化制品用作外表皮涂敷产品或过滤材料。
上述丝的热处理是在惰性气体气氛中,在600到2000℃温度下进行。
选择热处理的温度为600℃或更高,是为了碳化完全。
当热处理温度低于600℃时,将会产生致癌物质(诸如苯并芘),同时,由于在丝料中所含的蜡等使作为原料的丝变成焦油状态,得到不能产生可充分实用的细粒或粒状产品的一种碳化产物。
在该专利中还描述了,从工业成本效率观点出发,热处理温度的上限为2000℃,以在高温不会增加能耗。然而,按照常规的发明来说,原料因热处理而过度碳化,从而其应用范围就极为有限。
本发明就是在上述技术背景下进行的。
因此,本发明目的是使用碳化丝的改进性能而扩展其适用范围。
本发明另一目的是通过将作为原料的丝在适度的条件下进行热处理,以便控制其碳化程度而提供由于同时具有丝固有性质和碳化物性质而适用于各种目的不完全碳化的产物(或变性丝)。
本发明又一目的通过控制因热处理所引起的能耗成本而提供制备变性丝物料的一种工业上可实施的方法。
发明的公开
本发明人对丝的热处理条件进行的各种实验结果发现,对热处理的丝原料的碳化程度可进行各种调整;同时,充分降低因热处理所致的能耗成本而使本发明方法可工业上实施。
本发明是基于上述知识而完成的,并将描述于下,提供一种在特定条件下对丝进行热处理而制备变性丝物料的方法;并提供适用于人体外表皮涂敷产品、医药材料、植物生长促进剂、吸收剂、过滤材料和研磨材料的变性丝物料。
也就是,按照本发明,(1)提供一种将天然丝、半脱胶丝或脱胶丝或其混合物在0.5~1.5大气压、150~500℃温度的大气流的气氛下热处理一定时间而制备各种不同颜色的变性丝物料的方法。
(2)提供一种其中热处理时间是数分钟到20小时范围的上述(1)的变性丝物料的制备方法。
(3)也提供将天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或其混合物在选自氮、氦、氖、氩、氪、氙的惰性气体的单独的或其混合物的惰性气体气流的气氛下在0.5到1.5大气压、150~500℃温度下热处理一定时间而制备各种不同颜色的变性丝物料的方法。
(4)还提供其中热处理时间在数分钟到20小时范围的上述(3)所述的变性丝物料的制备方法。
(5)还提供其中天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或其混合物是以薄膜、粉、纤维、纱线、织物、编织物形式或它们混合物的形式存在的上述(1)或(4)中所述的变性丝物料的制备方法。
(6)还提供其中包括黑色、黄色、褐色、深褐色、红色、紫色、蓝色和灰色或其天然色调的各种颜色的上述(3)或(4)中所述的变性丝物料的制备方法。
(7)还提供将天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或它们的混合物在0.5到1.5大气压、150~500℃温度下的大气流气氛下热处理一定时间所得的各种不同颜色的变性丝物料。
(8)还提供其中热处理时间是数分钟到20小时范围之间的上述(7)所述的变性丝物料。
(9)还提供将天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或它们的混合物在选自氮、氦、氖、氩、氪、氙单独的惰性气体气流气氛或其混合物的惰性气体气流的气氛下在0.5到1.5大气压、150~500℃温度下热处理一定时间所得的各种不同颜色的变性丝物料。
(10)还提供其热处理时间在数分数到20小时范围的上述(9)所述的变性丝物料。
(11)还提供其中材料用作人体用外表皮涂敷制品的上述(7)到(9)的任一项所述的变性丝物料。
(12)还提供其中人体用的外表皮涂敷制品是表皮的医用材料、外表皮用的非医用材料或者化妆品的上述(11)所述的变性丝物料。
(13)还提供其中变性丝物料用作医用材料的上述(7)到(10)项所述的任一项的变性丝物料。
(14)还提供其中变性丝物料用作植物生长促进剂的上述(7)到(10)项所述任一项的变性丝物料。
(15)还提供其中变性丝物料用作吸收剂或过滤材料的上述(7)到(10)项所述的任一项变性丝物料。
(16)还提供其中变性丝料用作研磨材料的上述(7)到(10)所述任一项的变性丝物料。
本发明变性丝物料的原材料包括天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或其混合物。
丝物料的形态可以是粉状、纤维状、线状织物状(诸如针织品、织物、无纺布)、编结物或它们的混合物。
通常,丝是包括茧丝、生丝和丝线的总称,例如,茧丝由含有包裹丝芯蛋白的约28%丝胶蛋白的蛋白质所组成。
这里所谓“脱胶丝”是指下列的丝:将丝用含有肥皂、诸如酶活化剂等的表面活性剂或诸如碳酸钠、硅酸钠等碱性物质的热水处理(所谓“碱脱胶”);将丝用含有酶,如糜蛋白酶、碱性酶(alkalase)、木瓜蛋白酶等的温水处理(所谓“酶脱胶”)和用微生物进行生物学处理(所谓“生物脱胶”),以便和蜡和无机物一起将丝胶蛋白除去的丝。
这里所谓“天然丝”是指未经脱胶的物料。
所谓“半脱胶丝”是指在脱胶丝和天然丝之间的中间物料,它通常含有小于15%的丝胶蛋白。
按照本发明,这种热处理是在150到500℃范围温度下进行的。
其原因是,在空气气流中处理的情况下,温度高于500℃时,在数分钟之内丝就完全被碳化或被燃烧;而当丝在如氮、氦等惰性气体气流中处理时,碳化的程度难以控制。
又,当温度小于150℃时,无论在空气气流或惰性气体流中丝都需要不切实际的长时期进行碳化,因此不实用。
作为本发明的热处理是在这样较低的温度范围内进行,使能耗的成本降低,具有大的工业效益。
此外,作为本发明热处理是在0.5到1.5大气压下(1大气压=1.013Hp)的气流中进行的。因丝的热分解所引起的挥发成分通过气流从反应系统中除去,而不会生成如特开平8-59,219所述那样的形成焦油状产物。
这就是说,热处理可在变性丝物料中没有残留杂质的条件下进行。
结果,这样处理的变性丝物料是足够干燥,易于制得细粒状或颗粒状产品。
在上述大气气氛范围内可稳定而有效地加热丝原料。
薄膜状或织物状形态的丝原料由于热处理而极度地降低其抗拉强度,因此,通过机械研磨易于获得细粒状或颗粒状的变性丝物料。
本发明变性丝物料根据热处理程度不同,其色由开始的白色到淡黄色、黄色、褐色、橄榄褐色、蓝色、紫色、棕黑色、最后向黑色变化。因此,粉状的变性丝物料,例如可用作例如打底油膏、眉笔、毛发染料、胭脂、修理指甲用、口红、眼睑膏等人体用的表皮涂敷产品的基本材料。
在这种情况下,当所需颜色出现时可迅速中止热处理,因此可提供不同颜色的变性丝物料。
这是因为,在加热气氛下,在500℃或更低温度下进行热处理时易于中止的缘故。
这样所得的变性丝物料根据因碳化程度不同的未碳化部分(丝)的残余量而呈现各种颜色,同时,还部分地具有丝本身所固有的生物适合性功能。
因此,本发明的变性丝物料确实具有碳化物质和丝固有的性质,使其能扩展其在各种目的中的应用范围。
例如,本发明丝物料不仅可用作医用材料和与皮肤直接接触的人体表皮涂敷物品,而且还可用作植物生长促进剂、吸收剂、过滤材料、研磨材料等。
从下述实施例6到11可证实这些用途的实用性。
如上所述,本发明的原料丝可以是薄膜状、粉状、纤维状、纱线状、织物状(诸如针织品、织物、无纺布)、编结物状或它们的混合物形态。
当热处理后原料丝保持原状时,可直接使用其所呈形态的变性丝物料。
例如,当原料丝织物(诸如针织品、织物或无纺布)进行热处理时,由于织物纤维特征性的三维交织结构,所以这种产品每单位体积具有较大面积,因而这样形成的产品十分适宜于作为改进吸收性能的材料。
另一方面,本发明变性丝物料可机械研磨,以形成颗粒尺寸为0.01到10微米的粉末。
具有小于0.01微米颗粒的变性丝物料制造成本高,此外,在实用中也不必要更细的颗粒。
10微米或更粗的变性丝物料由于颗粒大而常难于聚集,因此,变性丝物料往往不能如所要求的完全适应皮肤,或者在某些用途中使皮肤具有不适感觉。
当本发明的变性丝物料用作过滤材料时,其颗粒大小优选是0.01到20mm。
按照本发明,由于将作为原料的丝在适度条件下,即在0.5到1.5大气压、150~500℃温度下的大气气流下进行热处理,以控制碳化程度,从而提供同时具有丝的固有性质与碳化物的性质而适于各种目的的有用的变性丝物料。
又,尽管本发明使用比较低的温度条件,但在0.5到1.5大气压的气流下的热处理可以通过气流将因丝的热分解所产生的挥发成分从反应系统中除去,而不形成通常的焦油状产物。
再者,由于本发明热处理是在比较低的温度范围内进行,所以可降低能耗成本,从而提供在工业上极为有利的制造方法。
本发明实施的最佳方式
本发明还通过下面实施例作进一步详细说明,但是,这些实施例并不限制范围,在不脱离本发明精神和范围下可进行各种变化。
例如,丝制品废料也可用作原料。
实施例1制备各种颜色的变性丝物料
将5克结晶丝粉(与日本专利2615440号专利说明中所述结晶性丝粉相同)放入水平玻璃管内,然后将玻璃管水平放入电炉[真阳理化学器材公司,KP-7型]中,从室温以10℃/分加热速度加热,而使结晶性丝粉热处理,同时,从玻璃管一端向另一端通入氮气,以使气体压力为1±0.1大气压。
用肉眼观察结晶丝在加热过程中的颜色变化。
用氩气进行同样的处理,并如上述以同样方式用肉眼重新观察结晶性丝粉的颜色变化。
所得结果示于表1。
                      表1
    温度℃            颜色
    氮气     氩气
    25     白     白
    100     白     白
    150     白     白
    200     白     白
    220     淡黄     淡黄
    240     淡黄     淡粉红
    250     黄     肉粉红
    260     褐     人体肤色
    270     褐     淡红褐色
    280     深褐     黑褐
    290     黑褐     黑褐
    300     黑褐     深黑褐
    310     黑     黑
    320     黑     黑
    330     黑     黑
除去在氩气氛下,在240到280℃范围内其颜色变为稍红外,在其它主要温度范围内氮气与氩气之间所观察到的颜色没有区别。
实施例2制备5微米的黑褐色颗粒
将生丝在其溶比为1∶50的0.1%碳酸钠水溶液中浸渍,在其中煮沸1小时,接着在更新的碳酸钠水溶液中再煮沸1小时,水洗并干燥以制成丝线(丝芯纤维)。
当脱胶丝线用实施例1的装置加热而燃烧时,也就是在280℃的电炉中,在气体压力约为0.5大气压的氩气氛中加热3分钟时,丝线部分碳化,产生红色的深褐色燃烧产物或部分呈丝蛋白性质的变性丝物料。
将这样变性的丝物料用微射流研磨机[细川微粒(ホリカワミクロン)有限公司制]粉碎,随后分级,得到约5微米粒度的颗粒。
实施例3制备织物样变性丝物料
将5克丝织物放入水平玻璃管中,然后将玻璃管水平放入电炉[真阳理化学器材有限公司,KP-7型]中,使从玻璃管一端向另一端流过空气以保持气体压力为1±0.1大气压,同时以10℃/分钟的加热速度从室温加热,而使丝织物进行热处理。
用肉眼观察丝织物在升温过程中的颜色变化。
其结果示于表2到4。
                      表2
给定温度为170℃,在1大气压的空气气流中
    时间     1~2小时     2~5小时     10~20小时
    丝织物颜色     淡黄色     黄色     褐色
                      表3
给定温度为250℃,在1大气压的空气气流中
    时间  0.3~2分钟   8-20分钟     0.5~1小时   0.5~3小时   4~6小时   大于7小时
丝织物颜色  淡黄色   褐色  带红色的深褐色   紫褐色   黑褐色   黑色
                   表4
给定温度为320℃,在1大气压的空气气流中
    时间  20~40秒   1~2分钟  2.5~4分钟  5~10分钟  大于13分钟
丝织物颜色   褐色   带红色的深褐色  淡深褐色   深黑色     黑色
这样热处理的丝织物,特别是颜色为褐色或比带红色的深褐色更深的颜色易于机械粉碎,例如用微射流研磨机粉碎,得到有色丝粉。
实施例4压力变化
为了在不同燃烧条件下制备变性丝物料,以与实施例1所述的同样方式进行相同的实验,只是所用压力是1.6大气压。
又,在0.4大气压下重复实施例1,结果,发现玻璃管内结晶性丝粉的温度不能达到稳定升高。
实施例5制备紫色和兰色的粉末
将天蚕丝线在浴比为50的0.1%碳酸钠水溶液中浸渍1小时,水洗、干燥,以制得脱胶丝线作为要热处理的材料。
将这样脱胶的丝线用实施例1中所用的同样装置,在240℃的气氛中燃烧(燃烧10分钟),得到的作为燃烧产物主要为紫色和蓝色的变性丝物料的混合物。
实施例6作为皮肤外表面涂层产物的应用
将通过实施例1的热处理所得的白色(处理温度为25℃)、淡黄色(处理温度为220℃)、和黑褐色(处理温度为300℃)的变性丝物料与护肤化妆品相混合,以制得由下列不同组分的四种试验样品A、B、C和D。
将约0.05克的这种试样A到D施加到超敏感性的背部皮肤(过敏性皮肤)上24小时其面积为3cm×3cm(作为开放式单元试验)。
结果,作为对照试样A涂敷后引起轻微发痒。
另一方面,试样B、C和D使得被涂敷的皮肤比未涂敷部分更为光滑也未引起发痒。
特别是试样B,皮肤有舒适性湿润且光滑但并不发痒。
A:一般化妆品(含有滑石粉、高岭土、氧化锌作为主成分)。
B:100%丝物料(白)。
C:50%对照试样A和50%变性丝材料(淡黄)。
D:50%对照试样A和50%变性丝物料(黑褐)。
实施例7作为植物生长促进剂的应用
将10克实施例1热处理(处理温度为260℃)所制得的褐色变性丝物料加到1000克的水中。
以每星期一次,将这样配制的变性丝物料和水的混合物(其量为100克)施加到栽于约20cm宽、约60cm长和约15cm深的容器中的马达加斯加蔓长春花(Madagacar periwinkle)幼苗。
两个月以后,观察变性丝物料的植物生长促进效果。
将马达加斯加蔓长春花的处理组(每10株一束)和其未处理对照组(每10株一束)的地上部分切下并称重,发现未处理的马达加斯加蔓长春花束重为110克;而经处理的马达加斯加蔓长春花束则为150克。
实施例8作为吸收剂的应用
将2g实施例3热处理中所得的深褐色结晶丝粉(参照表4)放入棉布袋中,将该袋放入1升的稍微污浊的淡水(取自琵琶湖)中并保持5小时。结果,污浊减少,水的透明度得到改善。
实施例9作为臭味吸收剂(除臭剂)的应用
将腐败的生鱼一整条(重量为300g)放入约6m3的密闭室内1小时,将该鱼取出后,将由实施例3的热处理所制得100g涂褐色结晶丝粉放入室中。
6小时后,腐败生鱼的味道被减到相当低的水平。
实施例10作为研磨剂的应用
对实施例1热处理所得的白色(处理温度100℃)和褐色(处理温度270℃)结晶丝粉用作研磨材料。
用含有酒精的擦眼镜布将作为试样的玻璃和金属(铜)板擦拭干净后,在每个试样表面上以2g/50cm2的量加入白色丝粉,在其上铺上干的擦眼镜布,再铺上塑料板,在10kg/cm2的压力下研磨1小时。
随后,用含酒精的擦眼镜布将玻璃和金属表面彻底擦磨。用反射试验,以肉眼观察玻璃和金属表面的结果,发现试样由于研磨而光泽得到改善。
以上述同样的方法,使用实施例3(见表3)的热处理所得的带红色的褐色结晶丝粉进行研磨试验。
结果,以反射试验,用肉眼观察玻璃和金属表面时,发现:由于研磨而得到的光泽改善比用白色结晶丝粉时的光泽更好些。
实施例11作为过滤器(过滤器材料)的应用
使用得自热处理温度为100℃的实施例1的热处理的白色结晶丝粉(见表1)作过滤器材料进行试验。
将该白色丝粉放在两块平板之间并在20kg/cm2压力下加压固化,得到厚度为2mm的粉末板。
将该粉末板夹在滤纸之间,制成过滤器材料,在0.5大气压下使用这样制备的过滤器材料抽吸过滤取自琵琶湖的水,得到污浊度已相当改善的水。
以上述同样方法,使用得自实施例3的热处理(见表3)的带红色的褐色结晶丝粉进行过滤试验。
结果,发现,滤液的污浊度有相当改善,比白色结晶丝粉所得的污浊度还要低。
工业应用
本发明的丝物料可用作人体用外表皮涂敷产品的原料,诸如外表皮制剂、非医用皮肤制剂和化妆品或作为医用材料,用作植物生长促进剂,用作其它目的诸如作为吸收剂、过滤材料和研磨材料。此外,本丝物料还有很多使用可能性诸如材料的涂敷、衣服染色等。

Claims (16)

1.各种颜色的变性丝物料的制备方法,其特征在于,将天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或它们的混合物在0.5到1.5大气压、150~500℃温度下的空气流气氛下热处理一定时间。
2.根据权利要求1的制备方法,其特征在于,热处理时间在数分钟到20小时范围内。
3.各种颜色的变性丝物料的制备方法,其特征在于,将天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或它们的混合物在选自氮、氦、氖、氩、氪、和氙的单独的惰性气流气氛下或在其混合物的惰性气流气氛下,在0.5到1.5大气压、温度150~500℃下热处理一定时间。
4.根据权利要求3的制备方法,其特征在于,热处理的时间为数分钟到20小时的范围内。
5.根据权利要求1~4中任一项的制备方法,其特征在于,天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或它们的混合物可以是呈薄膜状、粉状、纤维状、纱线状、织物状、编结物状或它们的混合物的状态。
6.根据权利要求3或4的制备方法,其特征在于,各种颜色包括,黑色、黄色、褐色、深褐色、红色、紫色、蓝色和灰色或者它们的天然色调。
7.各种颜色的变性丝物料,其特征在于,通过将天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或它们的混合物在空气气流气氛下0.5到1.5大气压压力、150~500℃温度下热处理一定时间而制得。
8.根据权利要求7的各种颜色的变性丝物料,其特征在于,热处理的时间为数分钟到20小时的范围内。
9.各种颜色的变性丝物料,其特征在于,通过将天然丝、半脱胶丝、脱胶丝或它们的混合物在选自氮、氦、氖、氩、氪和氙的单独惰性气流气氛下或它们的混合物的惰性气流气氛下在0.5到1.5大气压、150~500℃温度下热处理一定时间而制得。
10.根据权利要求9的变性丝物料,其特征在于,热处理的时间为数分钟到20小时范围内。
11.根据权利要求7到10中的任一项变性丝物料,其特征在于,物料可用作人体用的外表皮涂敷制品。
12.根据权利要求11的变性丝物料,其特征在于,人体用的外表皮涂敷制品是外表皮用的医用材料、外表皮用的非医用材料或化妆品。
13.根据权利要求7到10中任一项的变性丝物料,其特征在于,变性丝物料用作医用材料。
14.根据权利要求7到10中任一项的变性丝物料,其特征在于,变性线物料用作植物生长促进剂。
15.根据权利要求7到10中任一项的变性丝物料,其特征在于,变性丝物料用作吸收剂或过滤材料。
16.根据权利要求7到10中任一项的变性丝物料,其特征在于,变性丝物料用作研磨材料。
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