[發(fā)明專利]一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210359456.8
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102839441A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范杰;劉雍
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D01F4/00
• 分類號: D01F4/00;D01F11/02;D01G11/00;D01D5/40;D01D5/42
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法，屬于高分子材料與工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鑒于化學(xué)合成纖維的生產(chǎn)依賴于有限的石油資源，人類越來越關(guān)注如何開發(fā)可再生的天然資源，制備新型的再生纖維。目前，已經(jīng)獲得了牛奶纖維、絲素纖維、玉米纖維、大豆蛋白纖維等純蛋白質(zhì)再生纖維，以及蛋白質(zhì)與合成高分子接枝、共聚、共混纖維，極大地拓展了纖維制品的原料來源，同時，使得傳統(tǒng)纖維的性能得到改進與提升。

再生角蛋白纖維也是再生蛋白質(zhì)纖維中的一員，其原料來源廣泛，價格低廉。我國毛紡行業(yè)和畜牧業(yè)每年產(chǎn)生上千萬噸的廢棄動物纖維，由于角蛋白纖維材料富含二硫鍵，不易自然降解，任意丟棄會造成嚴重的環(huán)境污染，而這些天然纖維材料中，角蛋白的含量則高達90％以上，是極好的可再生利用資源。自20世紀90年代以來，再生角蛋白纖維的研究一直十分活躍。

中國專利(99116699.x)提供了一種將廢棄動物毛經(jīng)過脫脂去雜、溶解(NaOH溶液)、交聯(lián)、封閉游離氨基、蛋白紡絲液、濕法紡絲，制備再生純角蛋白纖維及與粘膠、聚乙烯醇共混的再生角蛋白纖維的方法。該專利并未公開角蛋白再生纖維的力學(xué)性能。

日本學(xué)者柴山干生于2000年報道了氧化法提取的角蛋白與絲素共混濕法紡絲及角蛋白與聚乙烯醇共混濕法紡絲的實驗研究(纖維加工(日)，2000，52(8)，351-361)，研究結(jié)果表明純角蛋白及角蛋白與絲素共混濕法紡絲所得絲條為脆性，角蛋白與聚乙烯醇共混濕法紡絲可得到具有良好彈性的絲條。

國內(nèi)學(xué)者劉讓同采用還原法提取角蛋白溶液，并采用有機溶劑析出法和鹽析法獲得高濃度角蛋白，通過濕法紡絲制備了初生角蛋白再生纖維，并對角蛋白再生纖維的形貌進行了表征(毛紡科技，2004(11)，5-9)。在純角蛋白再生纖維的紡制方面進行了有益嘗試。

以上專利和文獻報道中均采用濕法紡絲來制備再生角蛋白纖維，角蛋白在凝固浴中析出，所得純角蛋白纖維的力學(xué)性能多表現(xiàn)為脆性，不具有使用性能，這也是角蛋白再生利用中的一個瓶頸。實際上，角蛋白富含二硫鍵，通過有效利用角蛋白溶液提取過程中二硫鍵的開鍵及成纖過程中含硫活性基團的再交聯(lián)，可以調(diào)控再生角蛋白纖維的彈性性能，制備具有良好彈性性能的再生角蛋白纖維。

本發(fā)明提供一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法，以還原法提取角蛋白溶液，該還原法成本低廉，毒性小，操作方便，提取得到富含不穩(wěn)定硫殘基的角蛋白溶液。再通過成纖過程中氧化硫-硫耦合形成新的二硫鍵交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可制備彈性性能類似氨綸纖維的角蛋白再生纖維，不但為廢棄動物纖維變廢為寶提供一條有效途徑，而且為合成高彈性找到了生物替代品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種高彈角蛋白再生纖維。其特征在于，高彈角蛋白再生纖維由廢棄的天然角蛋白纖維經(jīng)還原法得到的純角蛋白溶液經(jīng)擠壓紡絲法制得，高彈角蛋白再生纖維的彈性具有可調(diào)控性，且表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。彈性伸長率可控范圍為200％-420％，彈性回復(fù)率為96％-99％，斷裂強度為0.2-0.5GPa，初始模量為0.05-0.01GPa。

所述的天然角蛋白纖維優(yōu)選為廢棄羊毛、牛毛、豬毛、兔毛、人發(fā)或駝毛。

所述的還原法所用試劑為還原劑、蛋白質(zhì)變性劑的組合物。

所述的還原劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸氫鉀或偏重亞硫酸鈉，還原劑的質(zhì)量百分比濃度為7％-12％。

所述的蛋白質(zhì)變性劑優(yōu)選為尿素、硫脲或溴化鋰，蛋白質(zhì)變性劑的摩爾濃度為6-10M。

所述的純角蛋白溶液的制備方法為：

第一步：將天然角蛋白纖維依次進行開松、除雜、清洗和干燥處理后，切斷成3-6mm的纖維段，以固液比為2.5-10g/250ml浸入到含有還原劑和蛋白質(zhì)變性劑的溶液中在50-90℃攪拌2-6h，攪拌器轉(zhuǎn)速為100-400r/min；

第二步：將攪拌后所得的混合物用80-120目篩網(wǎng)過濾除去未反應(yīng)的天然角蛋白纖維，離心處理去除濾液中的細小雜質(zhì)，離心速度3000-7000rpm，離心時間0.2-1h，而后取上清液。

第三步：室溫條件下，在無氧環(huán)境下快速脫鹽去除溶液中的小分子物質(zhì)，而后濃縮，得到純角蛋白溶液，濃度為2％-5％。

所述擠壓紡絲法為：50-70℃熱風(fēng)環(huán)境條件下，在2-3MPa下由擠壓裝置擠出薄膜，同時向薄膜均勻噴灑氧化劑，或在擠壓裝置內(nèi)通入一定濃度的流動氧氣，當角蛋白膜干燥固化后縱向切割得到彈性角蛋白纖維。