專利名稱：大豆蛋白和粘膠共混纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的再生蛋白質(zhì)和纖維素共混纖維、制造方法和用途，屬高分子材料化學(xué)纖維領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的化學(xué)纖維中，利用蛋白質(zhì)共混技術(shù)生產(chǎn)的品種主要包括維綸基大豆蛋白纖維(中國)和腈綸基牛奶蛋白纖維(日本)，都屬合成纖維門類，本發(fā)明所涉及的大豆蛋白/粘膠共混纖維是利用大豆蛋白和粘膠的堿溶液混合，通過濕法紡絲制取的纖維，屬再生纖維類。其生產(chǎn)流程為大豆蛋白堿溶液和粘膠堿溶液混合→過濾→脫泡→計量→濕法紡絲→凝固浴成形→塑化牽伸→脫硫→水洗→脫水→縮醛處理→水洗→上油→烘干→(卷曲定型)→(切斷)→成品。
其中大豆蛋白和粘膠溶液的制備分別是已知的技術(shù)，本發(fā)明涉及含大豆粘膠的混合，包括混合比、混合粘度、熟成度等工藝參數(shù)；凝固浴組成包括硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅以及凝固浴的各項工藝參數(shù)；為了加強(qiáng)大豆蛋白和纖維素大分子之間的作用力，提高纖維的機(jī)械性能，需要理行交聯(lián)處理，本發(fā)明的采用縮醛處理，使用甲醛、乙二醛或戍二醛等；此外，還包括上油工序，包括油劑及其工藝參數(shù)。
大豆蛋白是大豆榨油后殘余物質(zhì)(豆餅)中所含的主要成份，大豆脫脂后含有粗蛋白、醣類物質(zhì)、異丙酮及粗纖維等，經(jīng)粉碎和分離可提取大豆蛋白。大豆蛋白的化學(xué)組成和羊毛角朊、絲朊基本相同，均為多種α-氨基酸縮合的復(fù)雜高分子，它們是以肽鍵相連接的多肽或稱多氨酸，一般化學(xué)結(jié)構(gòu)式為 大豆蛋白的分子質(zhì)量是不均勻分布，大約8000～600000之間，在一般情況下大豆蛋白大分子呈α-螺旋結(jié)構(gòu)，形成近似球狀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。但在紡絲條件下，需要將分離的大豆蛋白用稀堿調(diào)和成紡絲原液組份，含量約為10～30％，pH值約為13.5左右，在該條件下，大豆蛋白發(fā)生變性，大分子呈β-鏈構(gòu)象。
紡絲原液中大豆蛋白組份的粘度，決定于大豆蛋白的含量、pH值、老化時間與溫度。通常情況下，剛剛?cè)芙獾拇蠖沟鞍兹芤赫扯容^高、彈性偏大，呈凝膠狀，不具有可紡性，只有老化一段時間后，粘度降低到一定程度才出現(xiàn)可紡性。
由于紡絲液的pH值高達(dá)10以上，大豆蛋白很容易發(fā)生水解，引起粘度降低，影響紡絲穩(wěn)定性，為此可在紡絲液中加入適量的二硫鍵阻斷劑，阻止大豆蛋白水解。常用的二硫鍵阻斷劑有半胱氨酸，亞硫酸鈉，亞硫酸鉀、巰基乙醇等。二硫鍵阻斷劑的添加量因品種而異，例如，半胱胺酸添加量為0.3～3.0mg/100g大豆蛋白，亞硫酸為5.0～50mg/100g大豆蛋白，巰基乙醇為0.4～40mg/100g大豆蛋白。添加二硫阻斷劑之后，紡絲液的粘度不僅不會降低，反而還會升高，但這種變化在原液配制開始的一段時間內(nèi)不明顯。
由于品種和地域的差異，大豆蛋白的α-氨基酸含量也不盡相同，但和羊毛、蠶絲等天然蛋白質(zhì)纖維比較起來，α-氨基酸的組成基本相同，更貼近于羊毛，但組份數(shù)略少，每種組份含量的差異則較大，如大豆蛋白的胱氨酸含量比羊毛角朊少得多，比絲朊的相應(yīng)含量略高。大豆蛋白所含氨基酸的極性基團(tuán)數(shù)量明顯高于絲朊，更接近于羊毛角朊。
在蛋白質(zhì)大分子中，各種α-氨基酸是按一定順序排列的，根據(jù)排列順序的不同構(gòu)成了蛋白質(zhì)大分子的不同類別。大豆蛋白的大分子至少有四類15S球蛋白、11S球蛋白、7S球蛋白、2S球蛋白，其中11S球蛋白和7S球蛋白約占70～80％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的大豆蛋白和粘膠共混纖維。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的加工制造方法。
本發(fā)明的目的還提供一種上述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的用途。
大豆蛋白和粘膠共混纖維屬于雙組份再生纖維，其中粘膠是再生纖維素纖維的紡絲原液，成纖大分子是纖維素。纖維素是具有一定規(guī)整度的線性大分子，具有較為豐富的羥基，纖維素再生成纖后大分子之間會形成較多的氫鍵，并具有30～35％左右的結(jié)晶度。大豆蛋白大分子在堿性紡絲液中呈β-線形結(jié)構(gòu)，雖然氨基酸組份攜帶多種極性基團(tuán)，大豆蛋白大分子之間可能形成氫鍵、鹽式鍵和少量的二硫鍵，但由于大豆蛋白大分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氨基酸在大分子中排列種類不同，支鏈較大、規(guī)整度較低，一般不具有結(jié)晶能力，大豆蛋白大分子單獨成纖能力很弱。如果將大豆蛋白混入粘膠纖維，將對成纖大分子的規(guī)整度產(chǎn)生影響，分子間力減弱，結(jié)晶能力下降，從而對成纖高聚物的機(jī)械性能產(chǎn)生不利的影響，并且混入量愈多影響愈大。由于粘膠纖維本身的強(qiáng)度就不是很高，因此對大豆蛋白和粘膠共混纖維進(jìn)行交聯(lián)處理是必要的。以甲醛為交聯(lián)劑的反應(yīng)如下所示
則交聯(lián)處理后的大豆蛋白/粘膠共混纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)為直線形大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也就是說該纖維并不具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。

交聯(lián)處理后的大豆蛋白/粘膠共混纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)為直線形大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它保證了該纖維的使用性能，而且顯著的改善了粘膠纖維濕強(qiáng)度損失大的缺點，同時還提高了纖維的初始模量。
本發(fā)明的大豆蛋白和粘膠共混纖維是大豆蛋白與粘膠重量比為(10～40)∶(90～60)的大豆蛋白和粘膠共混纖維。推薦大豆蛋白與粘膠重量比為(20～30)∶(80～70)的大豆蛋白和粘膠共混纖維。其粘度30～60S，熟成度10～17％。推薦粘度為35～55S，熟成度12～15。
本發(fā)明是一種全新的化學(xué)纖維，主要的制造技術(shù)是利用大豆蛋白和纖維素磺酸酯良好的堿溶性原理，設(shè)計大豆蛋白粘膠的混合溶液，主要有混合比、混合粘度、熟成度等工藝參數(shù)；設(shè)計大豆蛋白粘膠的混合溶液的凝固浴配方及工藝參數(shù)；設(shè)計大豆蛋白/粘膠纖維半成品絲的縮醛化處理的配方及工藝參數(shù)；設(shè)計大豆蛋白/粘膠纖維半成品絲的上油工序配方及工藝參數(shù)。
本發(fā)明的主要生產(chǎn)工藝用濕法紡絲制取，并在纖維后處理中增加了縮醛工序。其流程為大豆蛋白堿溶液和粘膠堿溶液混合、過濾、脫泡、紡絲成形、脫硫、水洗、脫水、縮醛處理、水洗、上油、烘干、卷曲定型、切斷成成品。其中，混合、過濾、脫泡、紡絲成形、脫硫、水洗、脫水、縮醛處理、水洗、上油、烘干、卷曲定型、切斷都是通常的紡織工藝。不同之處如下(1)紡絲液組成將含重量大豆蛋白的7～11％和含堿3.5～5.5％的大豆蛋白的堿溶液和含重量粘膠纖維素7～11％和含堿3.5～5.5％的粘膠原液的二種溶液混合，其中，大豆蛋白與粘膠的重量混合比為(10～40)∶(90～60)，粘度30～60S，熟成度10～17％；(2)凝固浴組成硫酸100～140g/l，硫酸鈉250～400g/l，硫酸鋅9～14g/l，溫度40～55℃；(3)縮醛處理采用甲醛、乙二醛或戍二醛，常溫處理，縮醛度20～30％，醛溶液的濃度為15～30％，處理5～10分鐘；紡絲與醛的重量比為1∶(10～20)。
(4)上油的油浴溫度40～55℃，油劑配方是氨皂0.5～2.5g/l，上油率1～4％。
發(fā)明中所述的大豆蛋白的堿溶液以含有大豆蛋白8.5～9.0％和堿4.3％和所述的粘膠原液以含有纖維素8.5～9.0％和堿4.3％為好。
所述的凝固浴配方以硫酸118±2g/l，硫酸鈉320±10g/l，硫酸鋅11-12g/l，溫度47～50℃為好。所述的油劑配方以氨皂1.0～1.2g/l，溫度50℃，上油率2％為好。
所述的紡絲液組成更好為如下●含重量大豆蛋白8.5～9.0％和堿4.3％的大豆蛋白的堿溶液；●含重量粘膠纖維素8.5～9.0％和堿4.3％的粘膠原液；●將上述二種溶液混合，其中，大豆蛋白與粘膠的重量混合比為(20～30)∶(80～70)。其粘度為35～55S，熟成度為12～15％。
所述的凝固浴組成可以是硫酸118±2g/l，硫酸鈉320±10g/l，硫酸鋅11～12g/l，溫度47～50℃。
所述油浴建議為氨皂1.0～1.2g/l，溫度50℃，上油率2％。
本發(fā)明所使用的設(shè)備均為一般化纖廠所具有的通用設(shè)備，無特殊設(shè)備。
以本發(fā)明的大豆蛋白和粘膠共混纖維為原料制造的的織物風(fēng)格新穎高雅，性能優(yōu)良，纖維的物化性能指標(biāo)

大豆蛋白/粘膠共混纖維是纖維素的蛋白質(zhì)改性纖維，因此纖維外觀、手感均得到改善。該纖維強(qiáng)度高于羊毛，略低于粘膠纖維；但其濕態(tài)強(qiáng)度損失小，明顯優(yōu)于粘膠纖維。該纖維的初始模量有提高，使粘膠纖維織物身骨偏軟的弊病得到改善，這是交聯(lián)處理的結(jié)果。大豆蛋白/粘膠共混纖維具有優(yōu)良的吸濕性、透氣性和保溫性，并且抗靜電能力好，加工容易。該纖維還具有優(yōu)良的染色性能，既可以在堿性，也可以在酸性條件下進(jìn)行多種染料的染色，但要避開強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性染料的使用。
大豆蛋白/粘膠共混纖維的回彈性能、耐熱性能優(yōu)于大豆蛋白/聚乙烯醇共混纖維，但仍有待改善。
具有毛型手感，絲綢光澤，突出了服用的舒適性能。適于各種長絲，也適于各種短纖維產(chǎn)品的制備。
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。
實驗例1大豆蛋白/粘膠共混纖維56dtex/24f長絲的加工紡絲液混合含大豆蛋白8.5％和含堿4.3％的大豆蛋白的堿溶液與含纖維素8.5％，含堿4.3％常規(guī)粘膠原液混合，混合比為大豆蛋白堿溶液/粘膠原液＝20/80，粘度38S，熟成度12％。
過濾采用框式壓濾機(jī)，三道過濾，第一道濾材為一層細(xì)布加二層絨布，壓力為7.5Kg/cm2；第二道濾材為一層細(xì)布加一層府綢再加二層絨布，壓力為7.5Kg/cm2；第三道濾材為一層細(xì)布加一層府綢再加一層絨布，壓力為7.5Kg/cm2。
脫泡采用靜置脫泡，脫泡時間18h。
紡絲成型濕法紡絲，采用R531型離心式紡絲機(jī)，凝固浴配方硫酸118g/L，硫酸鈉320g/L，硫酸鋅11g/L，溫度47℃；浸浴長度300mm；紡絲速度80m/min；拉伸率20％。
脫硫采用亞硫酸鈉脫硫法，亞硫酸鈉溶液濃度22g/L。
水洗溫度50℃。
脫水采用離心脫水機(jī)。
縮醛處理戍二醛常溫處理。醛溶液的濃度為15％，處理10分鐘；紡絲與醛的重量比為1/10。
水洗溫度47℃。
油浴氨皂1.0g/L，溫度50℃，上油率2％。
烘干采用高頻烘干，20min。
實驗例2大豆蛋白/粘膠共混纖維1.38dtex，38mm短纖維的加工紡絲液混合含大豆蛋白9％和堿4.3％的豆蛋白的堿溶液與含纖維素9.0％和堿4.3％的常規(guī)粘膠原液混合，混合比為大豆蛋白堿溶液/粘膠原液＝35/65，粘度48S，熟成度14％。
過濾采用框式壓濾機(jī)，三道過濾，第一道濾材為二層絨布加一層府綢再加一層細(xì)布，壓力為6.5Kg/cm2；第二道濾材為二層絨布加二層府綢再加一層細(xì)布，壓力為8Kg/cm2；第三道濾材為一層絨布加一層府綢再加一層細(xì)布，壓力為7Kg/cm2。
脫泡采用靜置脫泡，脫泡時間18h。
紡絲成型濕法紡絲，采用R372型雙面單排淺浴紡絲機(jī)，凝固浴配方硫酸118g/L，硫酸鈉330g/L，硫酸鋅12g/L，溫度47℃；浸浴長度300mm；紡絲速度80m/min；拉伸率20％。
脫硫采用亞硫酸鈉脫硫法，亞硫酸鈉溶液濃度22g/L。
水洗溫度50℃。
脫水采用離心脫水機(jī)。
縮醛處理戍二醛常溫處理。戍二醛溶液的濃度為30％，處理5分鐘；紡絲與醛的重量比為1/20。
水洗溫度47℃。
油浴氨皂1.2g/l，溫度50℃，上油率2％。
切斷轉(zhuǎn)盤型切斷機(jī)，切斷長度38mm。
烘干采用帶式烘干機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種大豆蛋白和粘膠共混纖維，其特征是大豆蛋白與粘膠重量比為(10～40)∶(90～60)的大豆蛋白和粘膠共混纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其特征是大豆蛋白與粘膠重量比為(20～30)∶(80～70)的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其粘度30～60S，熟成度10-17％。
3.如權(quán)利要求1所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其特征是其粘度為35～55S，熟成度12～15。
4.一種如權(quán)利要求1所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的制造方法，其特征是采用通常的濕法紡絲制取，并在纖維后處理中增加了縮醛工序，其流程為大豆蛋白堿溶液和粘膠堿溶液混合、過濾、脫泡、紡絲成形、脫硫、水洗、脫水、縮醛處理、水洗、上油、烘干、卷曲定型和切斷成成品，其中(1)紡絲液組成將含重量大豆蛋白的7～11％和含堿3.5～5.5％的大豆蛋白的堿溶液和含重量粘膠纖維素7～11％和含堿3.5～5.5％的粘膠原液的二種溶液混合，其中，大豆蛋白與粘膠的重量混合比為(10～40)∶(90～60)，粘度30～60S，熟成度10～17％；(2)凝固浴組成硫酸100～140g/l，硫酸鈉250～400g/l，硫酸鋅9～14g/l，溫度40～55℃；(3)縮醛處理采用甲醛、乙二醛或戍二醛，常溫處理，縮醛度20-30％，醛溶液的濃度為15～30％重量的溶液，處理5～10小時；紡絲與醛的重量比為1∶(10～20)。(4)上油的油浴溫度40～55℃，油劑配方是氨皂0.5～2.5g/l，上油率1～4％。
5.如權(quán)利要求4所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的制造方法，其特征是所述的大豆蛋白的堿溶液含有大豆蛋白8.5～9.0％和堿4.3％；所述的粘膠原液含有纖維素8.5～9.0％和堿4.3％。
6.如權(quán)利要求4所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的制造方法，其特征是所述的凝固浴配方硫酸118±2g/l，硫酸鈉320±10g/l，硫酸鋅11～12g/l，溫度47～50℃。
7.如權(quán)利要求4所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維的制造方法，其特征是所述的油劑配方是氨皂1.0-1.2g/l，溫度50℃，上油率2％。
8.一種如權(quán)利要求1所述的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其特征是所述的纖維用于長絲和短纖維制品的制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大豆蛋白和粘膠共混纖維、制造方法和用途。大豆蛋白與粘膠重量比為(10～40)∶(90～60)的大豆蛋白和粘膠共混纖維，其粘度30～60S，熟成度10～17％。系利用大豆蛋白和纖維素磺酸酯良好的堿溶性原理，采用濕法紡絲制取，無特殊設(shè)備。生產(chǎn)的織物風(fēng)格新穎高雅，性能優(yōu)良，具有毛型手感，絲綢光澤，突出了服用的舒適性能。適于各種長絲和短纖維產(chǎn)品的制備。
文檔編號D01F8/00GK1811020SQ200510111710
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者姜巖, 姜麗, 隋淑英, 王善元 申請人:東華大學(xué)