本發明專利技術提供了一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法，所述的高彈角蛋白再生纖維由廢棄的天然角蛋白纖維經還原法得到的純角蛋白溶液經擠壓紡絲法制得，高彈角蛋白再生纖維的彈性具有可調控性，所得的高彈角蛋白再生纖維具有良好的彈性性能和力學性能。彈性伸長率可控范圍為200％-420％，彈性回復率為96％-99％，斷裂強度為0.2-0.5GPa，初始模量為0.05-0.01GPa。本發明專利技術通過控制角蛋白擠壓成纖過程中氧化硫-硫耦合形成新的二硫鍵交聯結構調控角蛋白再生纖維的彈性，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。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于高分子材料與工程
技術介紹
鑒于化學合成纖維的生產依賴于有限的石油資源，人類越來越關注如何開發可再生的天然資源，制備新型的再生纖維。目前，已經獲得了牛奶纖維、絲素纖維、玉米纖維、大豆蛋白纖維等純蛋白質再生纖維，以及蛋白質與合成高分子接枝、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纖維中的一員，其原料來源廣泛，價格低廉。我國毛紡行業和畜牧業每年產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過脫脂去雜、溶解(NaOH溶液)、交聯、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性能。日本學者柴山干生于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。國內學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性能多表現為脆性，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，可以調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。本專利技術提供，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結構，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。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供。為了達到上述目的，本專利技術的技術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還原法得到的純角蛋白溶液經擠壓紡絲法制得，高彈角蛋白再生纖維的彈性具有可調控性，且表現出良好的力學性能。彈性伸長率可控范圍為200% -420%，彈性回復率為96% -99%，斷裂強度為O. 2-0. 5GPa，初始模量為 O. 05-0. OlGPa0所述的天然角蛋白纖維優選為廢棄羊毛、牛毛、豬毛、兔毛、人發或駝毛。所述的還原法所用試劑為還原劑、蛋白質變性劑的組合物。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， 還原劑的質量百分比濃度為7^-12 ^所述的蛋白質變性劑優選為尿素、硫脲或溴化鋰，蛋白質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變性劑的溶液中在50-90°C攪拌2-6h，攪拌器轉速為100-400r/min ；第二步將攪拌后所得的混合物用80-120目篩網過濾除去未反應的天然角蛋白纖維，離心處理去除濾液中的細小雜質，離心速度3000-7000rpm，離心時間O. 2_lh，而后取上清液。第三步室溫條件下，在無氧環境下快速脫鹽去除溶液中的小分子物質，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°C熱風環境條件下，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。所述的高彈角蛋白再生纖維的彈性性能調控方法為將濃度為O. 001-0. 01%過氧化氫霧化水溶液按質量百分比I : 100均勻噴淋到擠壓得到的液態角蛋白膜表面，以調整角蛋白液膜中大分子的交聯速度和交聯程度?；蛘咴诮堑鞍啄こ赡す袒陂g通入濃度為40-70%體積比的流動氧氣，以調控后續得到的蛋白再生纖維的彈性。附圖說明圖I為本專利技術方法得到的高彈角蛋白再生纖維原貌照片。圖2為本專利技術方法得到的高彈角蛋白再生纖維拉伸200%的照片。圖3為本專利技術方法得到的高彈角蛋白再生纖維拉伸300%的照片。圖4為本專利技術方法得到的高彈角蛋白再生纖維拉伸412%的照片。圖5為本專利技術方法得到的高彈角蛋白再生纖維拉伸412%后，去掉外力回復后的照片。具體實施方式下面通過實施例來具體說明本專利技術。實施例I將洗凈的人發切斷成3-5mm長的纖維段，以固液比為lg/100ml浸入到250ml偏重亞硫酸鈉和尿素的溶液中，其中，所述溶液是通過將偏重亞硫酸鈉加到6M尿素水溶液中得至Ij，偏重亞硫酸鈉的質量濃度為7%，在90°C下對混合物攪拌2h，攪拌器轉速200r/min。80目篩網過濾后，7000rpm離心分離O. 2h后取上清液，氮氣保護條件下采用過濾組件快速脫鹽去除溶液中低分子量鹽類物質后濃縮得到質量百分比濃度為2%的角蛋白溶液。將角蛋白溶液在50°C熱風環境條件下，2MPa壓力下由擠壓裝置擠出薄膜，同時向薄膜均勻噴灑O. 001 %的過氧化氫霧化水溶液，當角蛋白膜干燥固化后縱向切割得到彈性角蛋白纖維。實施例2 將洗凈的廢棄羊毛切斷成3-5mm長的纖維段，以固液比為3g/100ml浸入到250ml亞硫酸氫鉀和尿素的溶液中，其中，所述溶液是通過將偏重亞硫酸鈉加到7M尿素水溶液中得到，亞硫酸氫鉀的質量濃度為8%，在60°C下對混合物攪拌5h，攪拌器轉速300r/min。120目篩網過濾后，4000rpm離心分離O. 4h后取上清液，氮氣保護條件下采用過濾組件快速脫鹽去除溶液中低分子量鹽類物質后濃縮得到質量百分比濃度為3%的角蛋白溶液。將角蛋白溶液在70°C熱風環境條件下，3MPa壓力下由擠壓裝置擠出薄膜，同時向薄膜均勻噴灑O. 01%的過氧化氫霧化水溶液，當角蛋白膜干燥固化后縱向切割得到彈性角蛋白纖維。實施例3將洗凈的豬毛切斷成3-5mm長的纖維段，以固液比為4g/100ml浸入到250ml亞硫酸鉀和硫脲的溶液中，其中，所述溶液是通過將亞硫酸鉀加到IOM硫脲水溶液中得到，亞硫酸鉀的質量濃度為12%，在50°C下對混合物攪拌4h，攪拌器轉速100r/min。100目篩網過濾后，3000rpm離心分離Ih后取上清液，氮氣保護條件下采用過濾組件快速脫鹽去除溶液中低分子量鹽類物質后濃縮得到質量百分比濃度為5%的角蛋白溶液。將角蛋白溶液在60°C熱風環境條件下，2. 5MPa壓力下由擠壓裝置擠出薄膜，同時向薄膜均勻噴灑O. 005%的過氧化氫霧化水溶液，當角蛋白膜干燥固化本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法，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還原法得到的純角蛋白溶液經擠壓紡絲法制得，高彈角蛋白再生纖維的彈性具有可調控性，且表現出良好的力學性能。彈性伸長率可控范圍為200％？420％，彈性回復率為96％？99％，斷裂強度為0.2？0.5GPa，初始模量為0.05？0.01GPa。
【技術特征摘要】
1.一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法，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還原法得到的純角蛋白溶液經擠壓紡絲法制得，高彈角蛋白再生纖維的彈性具有可調控性，且表現出良好的力學性能。彈性伸長率可控范圍為200% -420%，彈性回復率為96% -99%，斷裂強度為O. 2-0. 5GPa，初始模量為O. 05-0. OlGPa02.如權利要求I所述的一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法，其特征在于，所述的天然角蛋白纖維優選為廢棄羊毛、牛毛、豬毛、兔毛、人發或駝毛。3.如權利要求I所述的一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法，其特征在于，所述的還原法所用試劑為還原劑、蛋白質變性劑的組合物。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，還原劑的質量百分比濃度為7% -12%。所述的蛋白質變性劑優選為尿素、硫脲或溴化鋰，蛋白質變性劑的摩爾濃度為6-10M。4.如權利要求I所述的一種高彈角蛋白再生纖維及其制備方法，其特征在于，所述的純角蛋白溶液制備方法的具體步驟為 ①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...
【專利技術屬性】
技術研發人員：范杰，劉雍，
申請(專利權)人：天津工業大學，
類型：發明
國別省市：
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