專利名稱：大豆蛋白質(zhì)/聚氨酯/聚丙烯腈共混復(fù)合纖維及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子合成纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在聚丙烯腈纖維紡絲原液中添加大豆蛋白質(zhì)和聚氨酯以改善聚丙烯腈纖維的染色性、抗靜電性、回彈性，提高聚丙烯腈纖維的服用舒適性的一種制備方法。
背景技術(shù)：
以蛋白質(zhì)為基體的再生蛋白質(zhì)纖維作為真絲和羊毛的廉價代用品在十九世紀(jì)末就受到美國、歐洲和日本極大關(guān)注，但由于科技水平的限制，這一時期所研制出的蛋白質(zhì)纖維因物理機(jī)械性能差、制備的技術(shù)難度大等原因而未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。后來，由于石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展等原因，研究者將新纖維的研究方向轉(zhuǎn)向合成纖維和再生纖維素纖維的研制，合成纖維具有許多優(yōu)良性能，但也存在染色性、吸濕性、透氣性差，纖維易積聚靜電荷，織物易起毛起球等缺點(diǎn)。現(xiàn)代人追求自然化、舒適化、個性化，天然纖維受到越來越多的青睞。但是棉、麻、羊毛、蠶絲等天然纖維受到種植、養(yǎng)殖面積的限制，無法大量發(fā)展。同時化學(xué)纖維降解速度緩慢，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而石油在全球的儲存量有限，尋找石油的替代資源一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。因此從80年代末開始，國內(nèi)外對再生蛋白質(zhì)纖維的研究工作又開始重視起來。
用再生蛋白質(zhì)改性化學(xué)纖維性能，常采用的方法有①聚合改性將再生蛋白質(zhì)與聚合物單體接枝共聚，使產(chǎn)物兼具天然高聚物和合成高聚物二者的優(yōu)異性能。60年代始，日本東洋紡公司研究了大豆、玉米蛋白質(zhì)接枝丙烯腈，經(jīng)濕法紡制纖維，相關(guān)專利見日本特許出版公告昭37-18387，昭38-9431，昭39-90，昭40-15821，昭40-15823，昭40-15979，昭43-9748，昭43-27407，昭44-23137，昭51-53098。但東洋紡公司研制成功了酪素接枝丙烯腈纖維，商品名為“Chinon”；②共混改性，共混改性這種方法投資少、見效快，是當(dāng)前高分子材料科學(xué)與工程中最活躍的領(lǐng)域之一。植物蛋白質(zhì)與聚乙烯醇或聚丙烯腈或粘膠共混纖維分別見CN 01104271.0 CN99116636.1 CN 02138823.7 CN 03115288.0等相關(guān)專利。
聚丙烯腈纖維由于其飽暖性好、抗菌、防霉、防蛀、抗光照老化，原料易得，并有非常優(yōu)越的耐輻射性和耐腐蝕性而被廣泛地應(yīng)用于服飾、裝飾和工業(yè)領(lǐng)域，目前其產(chǎn)量在合成纖維中位于第四位。但由于聚丙烯腈纖維固有的疏水性和絕緣性，其手感、吸濕性、染色性較差，易產(chǎn)生靜電，限制了聚丙烯腈在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。
在常見的植物種子中，大豆含有的蛋白質(zhì)量最多。大多數(shù)的大豆種子含有30-45％的蛋白質(zhì)，由脫脂豆粕提取得到的大豆分離蛋白則含有90％以上的蛋白質(zhì)。由于大豆蛋白質(zhì)具有產(chǎn)量大、可再生性、可生物降解性以及與動物蛋白相比較為低廉的價格，同時豆類屬于固氮類植物，有利于土壤的保護(hù)。所以目前大豆蛋白質(zhì)是再生蛋白質(zhì)研究的熱點(diǎn)之一。
聚氨酯纖維是一種高彈性纖維，它的斷裂伸長率大于400％，形變300％時的彈性恢復(fù)率在95％以上，這是任何一種纖維所不可比擬的。聚氨酯大分子是一種線型嵌段共聚物，有軟鏈段和硬鏈段組成，其中硬鏈段之間通過較強(qiáng)的分子間作用力如氫鍵而聚集成微區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種大豆蛋白質(zhì)/聚氨酯/聚丙烯腈共混復(fù)合纖維，以克服單一材料所存在的缺陷；本發(fā)明目的是提供一種制備大豆蛋白質(zhì)/聚氨酯/聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的方法。
本發(fā)明利用大豆蛋白質(zhì)改善聚丙烯腈纖維的吸濕性、染色性和抗靜電性；利用聚氨酯彈性纖維的高回彈性改善聚丙烯腈纖維的回彈性，以達(dá)到提高聚丙烯腈纖維服用舒適性的目的。
本發(fā)明所提供的大豆蛋白質(zhì)/聚氨酯/聚丙烯腈共混復(fù)合纖維是由大豆蛋白質(zhì)、聚氨酯和聚丙烯腈共混復(fù)合而成，其中大豆蛋白的重量份數(shù)為5-30份，聚丙烯腈的重量份數(shù)為90-60份，聚氨酯的重量份數(shù)為5-10份。
本發(fā)明的大豆蛋白質(zhì)/聚氨酯/聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的制備方法包括如下步驟將重量濃度為9～15％的大豆蛋白質(zhì)二甲業(yè)砜溶液、重量濃度為15～20％的聚丙烯腈二甲亞砜溶液和重量濃度為20～35％的聚氨酯二甲亞砜溶液混合均勻，獲得紡絲漿液，其中，大豆蛋白質(zhì)的重量份數(shù)為5-30份，聚丙烯腈的重量份數(shù)為90-60份，聚氨酯的重量份數(shù)為5-10份，紡絲漿液中的重量固含量為15-25％。
聚丙烯腈二甲亞砜溶液是直接合成的或是經(jīng)過濃縮或是由纖維級聚丙烯腈溶解于二甲亞砜中得到的，溶液中聚丙烯腈的固含量為12-20％；聚氨酯二甲亞砜溶液是直接合成的或是經(jīng)過濃縮或是由纖維級聚氨酯溶解于二甲亞砜中得到的，溶液中聚氨酯的固含量為15-35％；大豆蛋白質(zhì)二甲亞砜溶液是采用如下的方法制備的大豆蛋白質(zhì)二甲亞砜溶液中大豆蛋白質(zhì)的固含量為9-15％。
將所述及的紡絲漿液經(jīng)真空靜止脫泡，過濾，紡絲原液經(jīng)噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為重量濃度為50-60％的二甲亞砜水溶液，浴溫20-30℃，紡絲速度5-10m/min，凝固浴可為一級或多級；紡出的纖維經(jīng)預(yù)熱浴進(jìn)行低倍拉伸，預(yù)熱浴溫度為30-60℃，二甲亞砜的重量含量為2.5-3％，拉伸倍數(shù)為1.5-2.5倍；出預(yù)熱浴后的絲束仍含有一定量的二甲亞砜，在40～60℃左右水洗，使水洗后纖維中的二甲亞砜含量小于0.1％；
水洗后的纖維在80-140℃下牽伸，拉伸倍數(shù)為5-10倍；然后在80-180℃下干燥致密化，在70-100℃的溫度下卷曲，最后在80-160℃下汽蒸定型。
本發(fā)明采用榨油之后的大豆豆粕中提取的大豆分離蛋白質(zhì)和聚氨酯為原材料，利用蛋白質(zhì)的酸性染料可染性，與人體的親和性，改善聚丙烯腈纖維的染色性、抗靜電性，利用聚氨酯纖維的高彈性提高大豆蛋白質(zhì)與聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的回彈性。這種纖維即保留了聚丙烯腈纖維原有的優(yōu)點(diǎn)，又克服了聚丙烯腈纖維帶靜電及人體親和性差的缺點(diǎn)，以達(dá)到提高聚丙烯腈纖維服用舒適性的目的。在纖維的制備方法方面，可基本利用聚丙烯腈纖維原有生產(chǎn)設(shè)備，不必進(jìn)行大的改動，只需添加一些簡單的設(shè)備即可，同時對農(nóng)作物的副產(chǎn)物進(jìn)行了深加工和再利用，采用可再生的、可降解的植物蛋白質(zhì)作為部分石油資源的替代品，有利于產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實施例方式
通過以下實施例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
實施例1將10公斤的大豆蛋白質(zhì)加入90公斤二甲亞砜/尿素混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質(zhì)溶液；混合溶劑中，助溶劑尿素的重量濃度為10％；將17公斤聚丙烯腈溶解于83公斤二甲亞砜中；合成聚氨酯的重量固含量為25％的樹脂液。
將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質(zhì)的重量份數(shù)為15份，聚氨酯的重量份數(shù)為5份，聚丙烯腈的重量份數(shù)為80份。
三元聚合物在紡絲原液中的總固含量為18％。
將上述紡絲原液經(jīng)真空靜止脫泡過濾后經(jīng)噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為50％的二甲亞砜水溶液，浴溫25℃，紡絲速度8m/min。初生纖維在浴溫為60℃，溶劑含量為3％的預(yù)熱浴中進(jìn)行1.5倍的拉伸。然后用50℃的脫鹽水對纖維進(jìn)行水洗，在98℃的蒸汽浴中拉伸8倍。水洗后的纖維在100℃條件下進(jìn)行干燥致密化，干燥后的纖維在90℃的溫度下進(jìn)行卷曲，后在溫度為140℃的汽蒸定型鍋中進(jìn)行汽蒸定型，得到大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的線密度、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率，見表1中樣品1。
實施例2將12公斤的大豆蛋白質(zhì)加入88公斤二甲亞砜/尿素混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質(zhì)溶液；混合溶劑中，助溶劑尿素的重量濃度為14％；20公斤聚丙烯腈溶解于80公斤二甲亞砜中；合成聚氨酯固含量為28％的樹脂液。將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質(zhì)的重量份數(shù)為12份，聚氨酯的重量份數(shù)為8份，聚丙烯腈的重量份數(shù)為80份。
三元聚合物在紡絲原液中的的總固含量為20％。
將上述紡絲原液經(jīng)真空靜止脫泡過濾后經(jīng)噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為55％的二甲亞砜水溶液，浴溫30℃，紡絲速度10m/min。初生纖維在浴溫為60℃，溶劑含量為3％的預(yù)熱浴中進(jìn)行1.4倍的拉伸。然后用50℃的脫鹽水對纖維進(jìn)行水洗，在90℃的蒸汽浴中拉伸9倍。水洗后的纖維在120℃條件下進(jìn)行干燥致密化，干燥后的纖維在85℃的溫度下進(jìn)行卷曲，后在溫度為130℃的汽蒸定型鍋中進(jìn)行汽蒸定型，得到大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的線密度、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率，見表1中樣品2。
實施例3將15公斤的大豆蛋白質(zhì)加入85公斤二甲亞砜/尿素混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質(zhì)溶液；混合溶劑中，助溶劑尿素的重量濃度為14％；20公斤聚丙烯腈溶解于80公斤二甲亞砜中；合成聚氨酯固含量為30％的樹脂液。
將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質(zhì)的重量份數(shù)為15份，聚氨酯重量份數(shù)為10份，聚丙烯腈重量份數(shù)為75份。
三元聚合物在紡絲原液中的總固含量為20％。
將上述紡絲原液經(jīng)真空靜止脫泡過濾后經(jīng)噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為50％的二甲亞砜水溶液，浴溫30℃，紡絲速度10m/min。初生纖維在浴溫為55℃，溶劑含量為3％的預(yù)熱浴中進(jìn)行1.5倍的拉伸。然后用50℃左右的脫鹽水對纖維進(jìn)行水洗，在90℃的蒸汽浴中拉伸9倍。水洗后的纖維在110℃條件下進(jìn)行干燥致密化，干燥后的纖維在95℃的溫度下進(jìn)行卷曲，后在溫度為135℃的汽蒸定型鍋中進(jìn)行汽蒸定型，得到大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的線密度、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率，見表1中樣品3。
實施例4將15公斤的大豆蛋白質(zhì)加入加入85公斤二甲亞砜/鹽酸胍混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質(zhì)溶液，混合溶劑中，助溶劑鹽酸胍的重量濃度為15％；20公斤聚丙烯腈溶解于80公斤二甲亞砜；合成聚氨酯固含量為30％的樹脂液。
將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質(zhì)的重量份數(shù)為15份，聚氨酯的重量份數(shù)為10份，聚丙烯腈的重量份數(shù)為75份。三元聚合物在紡絲原液中的總固含量為20％。
將上述紡絲原液經(jīng)真空靜止脫泡過濾后經(jīng)噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為50％的二甲亞砜水溶液，浴溫30℃，紡絲速度10m/min。初生纖維在浴溫為55℃，溶劑含量為3％的預(yù)熱浴中進(jìn)行1.5倍的拉伸。然后用50℃左右的脫鹽水對纖維進(jìn)行水洗，在90℃的蒸汽浴中拉伸9倍。水洗后的纖維在110℃條件下進(jìn)行干燥致密化，干燥后的纖維在95℃的溫度下進(jìn)行卷曲，后在溫度為135℃的汽蒸定型鍋中進(jìn)行汽蒸定型，得到大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的線密度、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率，見表1中樣品4。
實施例5將重量分?jǐn)?shù)為15％(是否需要與上述的實施例相同敘述？15公斤的)的大豆分離蛋白質(zhì)加入85公斤二甲亞砜/鹽酸胍混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質(zhì)溶液，混合溶劑中，助溶劑鹽酸胍的重量濃度為15％；20公斤聚丙烯腈溶解于80公斤二甲亞砜；合成聚氨酯固含量為28％的樹脂液。
將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質(zhì)占總固含量的15份，聚氨酯占總固含量的10份，聚丙烯腈占總固含量的75份。三元聚合物在紡絲原液中的總固含量為18％。
將上述紡絲原液經(jīng)真空靜止脫泡過濾后經(jīng)噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為55％的二甲亞砜水溶液，浴溫35℃，紡絲速度10m/min。初生纖維在浴溫為55℃，溶劑含量為2.5％的預(yù)熱浴中進(jìn)行1.6倍的拉伸。然后用50℃左右的脫鹽水對纖維進(jìn)行水洗，在95℃的蒸汽浴中拉伸9倍。水洗后的纖維在120℃條件下進(jìn)行干燥致密化，干燥后的纖維在90℃的溫度下進(jìn)行卷曲，后在溫度為140℃的汽蒸定型鍋中進(jìn)行汽蒸定型，得到大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的線密度、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率，見表1中樣品5。
表1實施例中的纖維樣品的性能匯總表

權(quán)利要求
1.一種大豆蛋白質(zhì)/聚氨酯/聚丙烯腈共混復(fù)合纖維，其特征在于，大豆蛋白的重量份數(shù)為5-30份，聚丙烯腈的重量份數(shù)為90-60份，聚氨酯的重量份數(shù)為5-10份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大豆蛋白質(zhì)/聚氨酯/聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將大豆蛋白質(zhì)二甲亞砜溶液、聚丙烯腈二甲亞砜溶液和聚氨酯二甲亞砜溶液混合，獲得紡絲漿液；將所述及的紡絲漿液經(jīng)真空靜止脫泡，過濾，紡絲原液經(jīng)噴絲頭而壓入凝固浴中；紡出的纖維經(jīng)預(yù)熱浴進(jìn)行低倍拉伸；熱水洗滌；水洗后的纖維在熱水或蒸氣中牽伸；然后干燥致密化，卷曲，最后汽蒸定型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將重量濃度為9～15％的大豆蛋白質(zhì)二甲亞砜溶液、重量濃度為15～20％的聚丙烯腈二甲亞砜溶液和重量濃度為20～35％的聚氨酯二甲亞砜溶液混合，獲得紡絲漿液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，紡絲漿液中，大豆蛋白質(zhì)的重量份數(shù)為5-30份，聚丙烯腈的重量份數(shù)為90-60份，聚氨酯的重量份數(shù)為5-10份，紡絲漿液中的重量固含量為15-25％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，聚丙烯腈二甲亞砜溶液是直接合成的或是經(jīng)過濃縮或是由纖維級聚丙烯腈溶解于二甲亞砜中得到的，溶液中聚丙烯腈的固含量為12-20％；聚氨酯二甲亞砜溶液是直接合成的或是經(jīng)過濃縮或是由纖維級聚氨酯溶解于二甲亞砜中得到的，溶液中聚氨酯的固含量為15-35％；大豆蛋白質(zhì)二甲亞砜溶液中大豆蛋白質(zhì)的固含量為15-35％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，凝固浴為重量濃度為50-60％的二甲亞砜水溶液，浴溫20-30℃，紡絲速度5-10m/min，凝固浴可為一級或多級。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，預(yù)熱浴溫度為30-60℃，拉伸倍數(shù)為1.5-2.5倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，出預(yù)熱浴后的絲束在40～60℃水洗。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，水洗后的纖維在80-140℃下牽伸，拉伸倍數(shù)為5-10倍；然后在80-180℃下干燥致密化，在70-100℃的溫度下卷曲，最后在80-160℃下汽蒸定型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大豆蛋白質(zhì)/聚氨酯/聚丙烯腈共混復(fù)合纖維及制備方法。該方法采用二甲亞砜作為溶劑，使三組分充分溶解，均勻共混，調(diào)配紡絲原液，采用濕法紡制纖維。利用大豆分離蛋白質(zhì)和聚氨酯改善聚丙烯腈纖維的吸濕性、染色性、抗靜電性、回彈性，提高聚丙烯腈纖維的舒適性。使用該方法能夠在原有聚丙烯腈生產(chǎn)設(shè)備的情況下進(jìn)行大豆蛋白質(zhì)聚氨酯聚丙烯腈共混復(fù)合纖維的生產(chǎn)，有利于大豆蛋白質(zhì)在材料領(lǐng)域的應(yīng)用，有利于大豆衍生物作為石油資源的潛在替代品的研究。
文檔編號D01F8/16GK1670274SQ200510024370
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者顧利霞, 肖茹, 陳大俊, 朱慶芳 申請人:東華大學(xué)