CN1680467A - 动物毛角蛋白原液的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从各种没有纺织价值的羊毛、驼毛、猪鬃、人发、禽羽和兽毛等中提取动物毛角蛋白原液的方法及其应用，包括用亚硫酸盐、碳酰胺类化合物和钠盐有机物配制组合还原剂，对原料毛进行还原处理和制得动物毛角蛋白原液步骤。本发明的角蛋白纺丝溶液可以与许多材料相混，如与纳米银系抗菌材料共混，再按适当比例与纤维素接枝、共混制备出纺丝液，通过湿法设备和工艺生产长丝或短纤。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种动物毛角蛋白原液的制备方法及其应用，更特别的涉及一种从各种没有纺织价值的羊毛、驼毛、猪鬃、人发、禽羽和兽毛等中提取动物毛角蛋白原液的方法及其应用。
二、背景技术
众所周知，羊毛纤维品质与羊种及生长环境有关，其中品质优良的羊毛已得到了充分应用，而品质差的羊毛并未得到充分利用。并且没有纺织价值的羊毛、驼毛、人发、猪鬃、禽羽和兽毛，以及因剪毛或其他加工毛条梳理下来的没有纺织价值的粗短毛，它们中一些除了用于毛毡等生产之外，其余均是无任何价值的东西，更不能应用于服装加工。羊毛、驼毛、人发、猪鬃、禽羽和兽毛主要由角蛋白质构成，如将没有纺织价值的毛溶解制备成溶液，采用人工纺丝技术可将其重新加工成各种纤维，可以达到有限资源再利用的目的。
角蛋白质因其独特的结构，不能熔融，只能通过选择适当的溶剂破坏角蛋白结构中二硫键(-S-S)并控制适度的降解才能制成溶液。目前溶解羊毛角蛋白质的方法主要有氧化法、酸性法、碱性法和还原法，前三种的溶解产物分子量较低，氧化法所得角蛋白溶液的平均分子量约为3000左右。酸性法、碱性法只能得到分子量很低的多肽，分子量约300-5000。另外酸碱法会产生酸碱废水，污水环境。还原法比较温和，巯基化合物如巯基乙醇是常用的有机还原剂，但该工艺会产生强大的臭味，不能用于工业生产。
三、发明内容
本发明的目的之一是采用没有纺织价值的羊毛、驼毛、牛毛、人发、猪鬃和兽毛来制备动物毛角蛋白原液。
本发明的目的之二是提供一种动物毛角蛋白原液作为纤维纺丝液的应用。
本发明的这些以及其他目的将通过下列详细说明和描述来进一步阐述。
本发明的动物毛角蛋白原液的制备方法，包括如下步骤：
A、配制组合还原剂：
亚硫酸盐 0.3-1.0mol/L
碳酰胺类化合物 1.2-4.5mol/L
钠盐有机物 0.8-3.2mol/L
将上述化合物放入生化设备反应釜中，在搅拌条件下，搅拌速度为20-60rpm、常压下和温度为20-150℃之间，反应20-50分钟使其相互反应，此时测量溶液的pH值由7升到8，反应结束，然后静置40-70分钟，得到组合还原剂；
B、按照原料毛与上述组合还原剂溶液的质积比为2-8∶8-2的比例称取原料毛放于组合还原剂溶液中，在溶液温度60-95℃±1℃之间进行阶段性升温，升温速度5℃/分钟，从60℃开始每升到一个温度点处，保持5分钟)，搅拌速度为50-150rpm进行间歇式搅拌120-180分钟，将其取出，烘干原料毛；
C、将原料毛与稀碱溶液的质积比为1∶6-1∶10的比例放入浓度为6-10％的稀碱溶液中，溶液温度控制在50-95℃，搅拌速度为100-200rpm进行连续搅拌40-70分钟，完全溶解后在转速为4000-6000rpm的旋转式离心机中，于室温离心40-70分钟后过500目筛制得动物毛角蛋白原液。
进一步的，本发明的动物毛角蛋白原液的制备方法，包括如下步骤：
A、配制组合还原剂：
亚硫酸盐 0.3-1.0mol/L
碳酰胺类化合物 1.2-4.5mol/L
钠盐有机物 0.8-3.2mol/L
将上述化合物放入生化设备反应釜中，在搅拌条件下，搅拌速度为30-45rpm)、常压下和温度为20-150℃之间，反应25-35分钟使其相互反应，此时测量溶液的pH值由7升到8，反应结束，然后静置50-60分钟，得到组合还原剂；
B、按照原料毛与上述组合还原剂溶液的质积比为4-6∶6-4的比例称取原料毛放于组合还原剂溶液中，在溶液温度60-95℃±1℃之间进行阶段性升温，升温速度5℃/分钟，从60℃开始每升到一个温度点处，保持5分钟，搅拌速度为80-120rpm进行间歇式搅拌140-160分钟，将其取出，烘干原料毛；
C、将原料毛与稀碱溶液的质积比为1∶6-1∶10的比例放入浓度为6-10％的稀碱溶液中，溶液温度控制在50-95℃，搅拌速度为130-160rpm进行连续搅拌50-60分钟，完全溶解后在转速为4000-6000rpm的旋转式离心机中，于室温离心50-60分钟后过500目筛制得动物毛角蛋白原液。
在本发明的动物毛角蛋白原液的制备方法中，所述的亚硫酸盐可以是亚硫酸钠或亚硫酸钾之一，所述的碳酰胺类化合物可以是环戊二碳酰胺或过氧化碳酰胺之一，所述的钠盐有机物可以是十二烷基苯磺酸钠或正十四烷基硫酸钠之一，所述的稀碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液之一。
较好的是，在本发明的动物毛角蛋白原液的制备方法中，在A步骤中升温是分段进行的，即20-60℃升温时间为6-10分钟，60-110℃升温时间为8-12分钟，110-150℃升温时间为6-10分钟。在B步骤中先将原料毛总量的25-35％放入组合还原剂溶液中，搅拌后再放入余量的原料毛。在B步骤中所述的间歇式搅拌为搅拌10分钟，停止2分钟。
在本发明的动物毛角蛋白原液的制备方法中，所述的原料毛为没有纺织价值的羊毛、驼毛、猪鬃、人发、禽羽和各种兽毛，制备出的动物毛角蛋白分子量为40000-80000。
用本发明的方法所制备出的动物毛角蛋白原液有许多商业用途，最好的是作为纤维纺丝原液使用。
本发明利用了没有纺织价值的羊毛、驼毛、牛毛、人发、猪鬃和兽毛，通过对角蛋白质的研发，实现了蛋白溶液高分子量的高制成率和纯蛋白纤维纺丝液的制备。
本发明采用组合型化学试剂相互反应生成的新化学基团作为还原剂，对原料进行分步还原打开双硫键，再采用表面活性剂保护角蛋白质，防止空气对蛋白质的氧化，增强其稳定性。依靠组合试剂的分散作用增大蛋白质分子的溶解度，使蛋白质分子量达到40000-80000。采用组合化学试剂拆开分子间的氢键，使溶液的碱性增强，pH值升高，增大毛角蛋白质的溶解度，获得高产率的角蛋白纺丝溶液。
本发明的角蛋白纺丝溶液可以与许多材料相混，如与纳米银系抗菌材料共混，再按适当比例与纤维素接枝、共混制备出纺丝液，通过湿法设备和工艺生产长丝或短纤。
四、具体实施方式
下面结合具体实施例来详细说明本发明所提供的动物毛角蛋白原液的制备方法及其应用，所述的实施例是为了更好的解释本发明，而不是对本发明权利要求保护范围的限制，所有基于本发明基本思想的修改和变动，都属于本发明请求保护的范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、量均为以总重量为基础的重量单位，所用的原料均可以从市场购得。
实施例1
在20℃时将亚硫酸钠、环戊二碳酰胺、十二烷基苯磺酸钠按照浓度分别为0.3mol/L、1.2mol/L、0.8mol/L的不同浓度组合配制成组合还原剂，将上述化合物放入生化设备反应釜中，在搅拌条件下，搅拌速度为30rpm、常压下和温度为20-60℃时升温时间为7分钟，60-110℃升温时间为9分钟，110-150℃升温时间为7分钟使其相互反应，此时测量溶液的pH值由7升到8，反应结束，然后静置50分钟，得到组合还原剂；
按照原料毛(没有纺织价值的羊毛)与上述组合型试剂溶液的质积比为5∶5的比例称取(分两次称取，各自比例为1/4，3/4)原料毛放于此试剂溶液中，溶液温度60-95℃±1℃之间进行阶段性升温，升温速度5℃/分钟，从60℃开始每升到一个温度点处，保持5分钟，搅拌速度为100rpm进行间歇式(搅拌10分钟，间歇2分钟)搅拌150分钟，将其取出，烘干原料毛。
将原料毛与稀碱溶液的质积比为1∶6的比例放入浓度为10％的稀碱溶液中，溶液温度控制在65℃，搅拌速度为150rpm进行连续搅拌60分钟，完全溶解后通过转速为4000rpm的旋转式离心机温度设定在20℃进行离心60分钟过500目筛制得产率为92％的适合纺丝的动物毛角蛋白原液。
实施例2：
在20℃时将亚硫酸钠、环戊二碳酰胺、十二烷基苯磺酸钠按照浓度分别为1.0mol/L、4.5mol/L、3.2mol/L的不同浓度组合配制成溶液，将上述化合物放入生化设备反应釜中，在搅拌条件下，搅拌速度为35rpm、常压下和温度为20-60℃时升温时间为8分钟，60-110℃升温时间为10分钟，110-150℃升温时间为8分钟使其相互反应，此时测量溶液的pH值由7升到8，反应结束，然后静置60分钟，得到组合还原剂；
按照原料毛与上述组合型试剂溶液的质积比为5∶5的比例称取适量(分两次称取，各自比例为1/4，3/4)原料毛放于此试剂溶液中，溶液温度60-95℃±1℃之间进行阶段性升温，升温速度5℃/分钟，从60℃开始每升到一个温度点处，保持5分钟，搅拌速度为100rpm进行间歇式(搅拌10分钟，间歇2分钟)搅拌160分钟，将其取出，烘干原料毛；
将原料毛与稀碱溶液的质积比为1∶10的比例放入浓度为6％的稀氢氧化钾溶液中，溶液温度控制在95℃，搅拌速度为150rpm进行连续搅拌60分钟，完全溶解后通过转速为6000rpm、经旋转式离心机温度设定在20℃进行离心60分钟过500目筛制得产率为95％的适合纺丝的动物毛角蛋白原液。
实施例3：
在20℃时将亚硫酸钾、过氧化碳酰胺、正十四烷基硫酸钠按照浓度分别为0.5mol/L、1.8mol/L、1.6mol/L的不同浓度组合配制溶液，在搅拌条件下，搅拌速度为50rpm、常压下和温度为20-60℃时升温时间为8分钟，60-110℃升温时间为9分钟，110-150℃升温时间为7.5分钟使其相互反应，此时测量溶液的pH值由7升到8，反应结束，然后静置60分钟，得到组合还原剂；
按照原料毛与上述组合型试剂溶液的质积比为5∶5的比例称取适量(分两次称取，各自比例为1/4，3/4)原料毛放于此试剂溶液中，溶液温度60-95℃±1℃之间进行阶段性升温，升温速度5℃/分钟，从60℃开始每升到一个温度点处，保持5分钟，搅拌速度为100rpm进行间歇式(搅拌10分钟，间歇2分钟)搅拌150分钟，将其取出，烘干原料毛；
将原料毛与稀碱溶液的质积比为1∶7的比例放入浓度为8％的稀氢氧化钠溶液中，溶液温度控制在75℃，搅拌速度为150rpm进行连续搅拌60分钟，完全溶解后通过转速为5000rpm的旋转式离心机温度设定在20℃进行离心60分钟过500目制得产率为93％的适合纺丝的动物毛角蛋白原液。
实施例4：
在20℃时将亚硫酸钾、过氧化碳酰胺、正十四烷基硫酸钠按照浓度分别为0.8mol/L、3.8mol/L、2.4mol/L的不同浓度组合配制溶液，在搅拌条件下，搅拌速度为40rpm、常压下和温度为20-60℃时升温时间为7分钟，60-110℃升温时间为10分钟，110-150℃升温时间为7.5分钟使其相互反应，此时测量溶液的pH值由7升到8，反应结束，然后静置60分钟，得到组合还原剂；
按照原料毛与上述组合型试剂溶液的质积比为5∶5的比例称取适量(分两次称取，各自比例为1/4，3/4)原料毛放于此试剂溶液中，溶液温度60-95℃±1℃之间进行阶段性升温，升温速度5℃/分钟，从60℃开始每升到一个温度点处，保持5分钟，搅拌速度为100rpm进行间歇式(搅拌10分钟、间歇2分钟)搅拌160分钟，将其取出，烘干原料毛；
将原料毛与稀碱溶液的质积比为1∶6.5的比例放入浓度为9％的稀氢氧化钾溶液中，，溶液温度控制在65℃，搅拌速度为150rpm进行连续搅拌60分钟，完全溶解后通过转速为5000rpm、经旋转式离心机温度设定在20℃进行离心60分钟过滤制得产率为96％的适合纺丝的动物毛角蛋白原液。
实施例5
在100克、平均粒径为20nm的牌号为HTB系列的纳米银系无机抗菌粉体中加入0.5克聚异丁酯、0.6克六偏磷酸钠、0.2克钛酸脂偶联剂和0.6克甲基苯并三唑，以5000rpm的搅拌速度高速搅拌10分钟至完全分散，备用。
采用0.5公斤如上所制备的含添加剂的纳米银系无机抗菌粉体，与100公斤动物毛角蛋白原液共混，共混分三次进行，第一次将0.5公斤的粉体与10公斤的动物毛角蛋白原液混合，以3000rpm的速度搅拌20分钟；然后将第一次得到的混合液与30公斤的动物毛角蛋白原液混合，以2000rpm的速度搅拌30分钟；最后再将第二次得到的混合液与60公斤的动物毛角蛋白原液混合，以3000rpm的速度搅拌30分钟，室温下静置7小时，备用。
采用如上所制备的含添加剂的纳米银系无机抗菌粉体与动物毛角蛋白原液的均匀混合物，加入到30公斤的竹浆纤维素(甲纤含量为9％)中，以2000rpm的速度搅拌30分钟；然后将得到的混合液加入到70公斤的竹浆纤维素中，以2000rpm的速度搅拌30分钟，室温下静置7小时，备用。
采用如上所述的三组分混合液注入喷丝泵中，喷丝头规格133.3(120D)dtex/30f，凝固浴成分：约10Kg的葡萄糖酸内酯、约30Kg的乙二醇、约24Kg的盐酸、260±5克/升的硫酸钠、硫酸锌的10.5±0.5克/升、130±1克/升的硫酸，水1000升，调节纺丝浴温度50±1℃，纺丝速度80-82米/分钟，牵伸25％，纺丝室温28-30℃，相对湿度75-80％进行湿法纺丝，产品为长丝，可作为生活如作为服装等或工业用途。
Claims (12)
1、一种动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A、配制组合还原剂：
亚硫酸盐 0.3-1.0mol/L
碳酰胺类化合物 1.2-4.5mol/L
钠盐有机物 0.8-3.2mol/L
将上述化合物放入生化设备反应釜中，在搅拌条件下，搅拌速度为20-60rpm、常压下和温度为20-150℃之间，反应20-50分钟使其相互反应，此时测量溶液的pH值由7升到8，反应结束，然后静置40-70分钟，得到组合还原剂；
B、按照原料毛与上述组合还原剂溶液的质积比为2-8∶8-2的比例称取原料毛放于组合还原剂溶液中，在溶液温度60-95℃±1℃之间进行阶段性升温，升温速度5℃/分钟，从60℃开始每升到一个温度点处，保持5分钟，搅拌速度为50-150rpm进行间歇式搅拌120-180分钟，将其取出，烘干原料毛；
C、将原料毛与稀碱溶液的质积比为1∶6-1∶10的比例放入浓度为6-10％的稀碱溶液中，溶液温度控制在50-95℃，搅拌速度为100-200rpm进行连续搅拌40-70分钟，完全溶解后在转速为4000-6000rpm的旋转式离心机中，于室温离心40-70分钟后过500目筛制得动物毛角蛋白原液。
2、根据权利要求1所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A、配制组合还原剂：
亚硫酸盐 0.3-1.0mol/L
碳酰胺类化合物 1.2-4.5mol/L
钠盐有机物 0.8-3.2mol/L
将上述化合物放入生化设备反应釜中，在搅拌条件下，搅拌速度为30-45rpm、常压下和温度为20-150℃之间，反应25-35分钟使其相互反应，此时测量溶液的pH值由7升到8，反应结束，然后静置50-60分钟，得到组合还原剂；
B、按照原料毛与上述组合还原剂溶液的质积比为4-6∶6-4的比例称取原料毛放于组合还原剂溶液中，在溶液温度60-95℃±1℃之间进行阶段性升温，升温速度5℃/分钟，从60℃开始每升到一个温度点处，保持5分钟，搅拌速度为80-120rpm进行间歇式搅拌140-160分钟，将其取出，烘干原料毛；
C、将原料毛与稀碱溶液的质积比为1∶6-1∶10的比例放入浓度为6-10％的稀碱溶液中，溶液温度控制在50-95℃，搅拌速度为130-160rpm进行连续搅拌50-60分钟，完全溶解后在转速为4000-6000rpm的旋转式离心机中，于室温离心50-60分钟后过500目筛制得动物毛角蛋白原液。
3、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于所述的亚硫酸盐可以是亚硫酸钠或亚硫酸钾之一。
4、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于所述的碳酰胺类化合物可以是环戊二碳酰胺或过氧化碳酰胺之一。
5、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于所述的钠盐有机物可以是十二烷基苯磺酸钠或正十四烷基硫酸钠之一。
6、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于所述的稀碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液之一。
7、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于在A步骤中升温是分段进行的，即20-60℃升温时间为6-10分钟)，60-110℃升温时间为8-12分钟，110-150℃升温时间为6-10分钟。
8、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于在B步骤中先将原料毛总量的25-35％放入组合还原剂溶液中，搅拌后再放入余量的原料毛。
9、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于在B步骤中所述的间歇式搅拌为搅拌10分钟，停止2分钟。
10、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于所述的原料毛为没有纺织价值的羊毛、驼毛、猪鬃、人发、禽羽和各种兽毛。
11、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的制备方法，其特征在于制备出的动物毛角蛋白分子量为40000-80000。
12、根据权利要求1或2所述的动物毛角蛋白原液的应用，其特征在于所制备的动物毛角蛋白原液可以作为纤维纺丝原液使用。
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