黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維的生產方法及其產品的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維的生產方法及其產品，產品經以下步驟制得：a）黃粉蟲蛋白經酸洗、離心分離除去廢液后浸入堿液中，加入聚丙烯酰胺和活性炭，萃取除去廢液后的原料再浸入堿液中攪拌均勻，得制液；b）秸稈纖維素（漿粕）溶于N-甲基嗎啉-N-氧化物水溶液，加入烷基二羥乙基氧化胺、七水亞硫酸鈉和沒食子酸丙酯，加熱攪拌得制液；c）將a）制液和b）制液按照一定比例混合，加入過氧化苯甲酰、京尼平、山梨醇和硼酸加熱得可紡溶液；d）采用濕法紡絲工藝進行紡絲。本發明方法較傳統粘膠纖維生產方法綠色、節能、環保，并且生產的纖維不僅比傳統粘膠纖維具有更好的機械強度和柔韌性，且吸濕性高、不易變形。
【專利說明】黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維的生產方法及其產品
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種纖維素纖維生產方法及其產品，尤其涉及一種動物蛋白纖維素復合纖維的生產方法及其產品。
[0002]【背景技術】:
世界上可利用的植物資源約2000億萬噸，它們具有降解可再生性，是一種理想的綠色環保材料。其中農作物秸桿是籽實收獲后留下的含纖維素成分很高的作物殘留物，是農作物的主要副產品。纖維素纖維是最早成為紡織纖維的化學纖維，其具有優良的吸濕性、透氣性、抗靜電性和染色性等優點。但傳統的生產纖維素纖維的粘膠工藝，使用CS2和堿使纖維素形成纖維素磺酸酯溶液即粘膠，存在著工藝流程長、環境污染、投資和能耗高等問題。另一方面，為了使纖維素纖維具有新的特征，改善其纖維易伸長變形，織物縮水性大，穩定性較差，彈性回復和抗皺性較差等問題，人們嘗試將蛋白質添加到纖維素纖維中。然而，當蛋白質混合到纖維素中時，紡絲原始溶液變得不穩定，較難以均勻的、穩定的方式進行實際生產。
[0003]黃粉蟲是國內目前廣泛養殖的一種經濟昆蟲。因其幼蟲的蛋白質含量非常豐富，人工飼養的黃粉蟲主要用作寵物及經濟動物的飼料，近年來也有一小部分被加工成各種食品擺上人類的餐桌。由于黃粉蟲的養殖方法簡單、技術門檻低，目前我國國內的養殖產業已經初具規模化、產業化的特點，使得黃粉蟲資源供應豐富、價格低廉。
[0004]
【發明內容】
:
本發明的保護范圍只由權利要求書所規定，在任何程度上都不受這一節
【發明內容】
的陳述所限。
[0005]本發明的目的在于提供一種黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維的生產方法，包括如下步驟:
a)將黃粉蟲蛋白質按1:10-1:12的重量比浸入pH值為4.2-4.6的鹽酸或硫酸水溶液中，保持溫度32-35°C，攪拌酸洗80-100分鐘，離心分離除去廢液后的原料再按1:10的重量比浸入pH值為8.5-9.5的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，保持溫度40-48°C,加入相對于蛋白質原料質量的0.2-0.8%聚丙烯酰胺，0.2-0.6%活性炭，萃取60-90分鐘，分離除去廢液后的原料以1:10的重量比浸入pH值為8.5-9.5的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，保持溫度55-60°C攪拌2-3小時；
b)將秸桿纖維素與含水量為13.3%的N-甲基嗎啉-N-氧化物水溶液混合，制成質量分數為14-25%的纖維素溶液，保持溫度70-120°C，加入相對于纖維素溶液質量2_6%烷基二羥乙基氧化胺，0.5-5%七水亞硫酸鈉和0.8-1.6%沒食子酸丙酯，攪拌2-3小時；
c)將步驟a)得到的制液與步驟b)得到的制液按照36-58:38-60的質量比混合得到紡絲原液，攪拌并保持溫度80-95°C，加入以下成分，加入量相對于紡絲原液質量:
過氧化苯甲酰0.4-1.0%
京尼平0.6-1.2%
山梨醇1-2% 攪拌90-120分鐘，加入硼酸2-6%，得到可紡溶液；
d)采用濕法紡絲工藝進行紡絲，步驟包括:過濾、脫泡、噴絲、凝固、拉伸、水洗、上油、干燥致密化、卷曲、定型、冷卻、切斷和打包等工序。
[0006]優選的，步驟b )中，烷基二羥乙基氧化胺選自十四烷基二羥乙基氧化胺、十八烷基
二羥乙基氧化胺和油基二羥乙基氧化胺的一種或其組合。
[0007]優選的，步驟c)中，還可以加入活性染料，所述活性染料為:活性紅LS-B、活性黃LS-R、活性藏青LS-G的一種或其組合。
[0008]優選的，步驟d)中，噴絲板孔徑為0.7-1.2 mm，長徑比60，噴絲速度5.5-7.0毫米/秒，紡絲線速5.5毫米/秒。
[0009]優選的，步驟d)中，凝固步驟的凝固浴使用質量分數為35-40%的二甲基甲酰胺溶液，凝固浴溫度為15-23°C。
[0010]優選的，步驟d)中，拉伸步驟包括空氣拉伸，溶劑拉伸和干熱拉伸。
[0011]更優選的，空氣拉伸的拉伸倍率為1.2-2.2倍；溶劑拉伸的拉伸浴為質量分數為35-40%的二甲基甲酰胺溶液，浴溫為15-23°C，拉伸倍率為2.3-2.8倍；干熱拉伸的溫度為160-220°C，拉伸倍率為2-2.5倍。
[0012]優選的，步驟d)中，上油步驟使用的試劑為質量分數為25%的丙三醇溶液。
[0013]更優選的，纖維上油率為0.15-0.3%。
[0014]本發明還提供一種通過以上方法制備的黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維。
[0015]本發明方法使用蛋白質、纖維素等天然原料，溶解纖維素的溶劑選用對人體無毒、無害、無刺激性的N-甲基嗎啉-N-氧化物(ΝΜΜ0)，且溶劑回收率高，正常生產中回收率可達99.7%，無有害廢棄物，制成的纖維可生物降解，是一種綠色、節能、環保、可持續發展的纖維素纖維生產技術。
[0016]同時，由于纖維素分子和黃粉蟲蛋白均為線性高分子，結構存在相似性，易于結合，混合后的紡絲原液具有良好的可紡性；另一方面，纖維素和黃粉蟲蛋白分子之間通過天然生物交聯劑京尼平交聯形成共價鍵，提高了纖維素的聚合度和結晶度，改善了纖維素的剛性結構，使得本發明方法生產的黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維具有良好的機械強度和柔韌性。
[0017]另一方面，本發明方法生產的黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維含有較高氨基酸成份和纖維素成分，具有良好的親膚性、透氣性和吸濕性，且具手感柔軟、色著鮮艷、光澤柔、色牢度高等諸多優點，與市場上現有的動物蛋白質纖維如牛奶纖維相比，原料資源豐富且價格低廉，適合普通群體“衣著”需求。
[0018]更進一步，相比于市售動物蛋白質纖維而言，本發明方法生產的蛋白復合纖維化學穩定性好、物理機械性能好、力學性能優良、吸濕透氣抗靜電、親膚性好、纖維懸垂性好、纖度細、強度高、柔韌好、色澤牢、服用性好，特別適合于各種輕薄、加厚型高檔面料的制備。
[0019]【具體實施方式】:
下面結合【具體實施方式】詳細闡述本發明，但并不將本發明限制在所述的【具體實施方式】的范圍中。
[0020]黃粉蟲蛋白質溶液的制備
將黃粉蟲蛋白質按1:10-1:12的重量比浸入pH值為4.2-4.6的鹽酸或硫酸水溶液中，保持溫度32-35°C，攪拌酸洗80-100分鐘，離心分離除去廢液后的原料再按1:10的重量比浸入pH值為8.5-9.5的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，保持溫度40-48°C,加入以下助劑，加入量相對于蛋白質原料質量:0.2-0.8%聚丙烯酰胺，其可以去除蛋白質粉內常混有的脂肪、色素、無機鹽等雜物；0.2-0.6%脫色劑活性炭。
[0021]加入以上助劑后，萃取60-90分鐘，分離除去廢液后的原料以1:10的重量比浸入PH值為8.5-9.5的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，保持溫度55-60°C攪拌2_3小時，使蛋白充分溶解。
[0022]纖維素紡絲溶液的制備
將秸桿纖維素(漿柏)溶于質量分數為13.3%的N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)水溶液，制成質量分數為14-25%的纖維素溶液，保持溫度70-120°C，加入以下助劑，加入量相對于纖維素溶液質量:2-6%抗靜電劑烷基二羥乙基氧化胺(RN+ (CH2CH2OH)2 — 0)，其可使制成的纖維不易產生靜電，絲束柔軟，手感好，烷基二羥乙基氧化胺選自十四烷基二羥乙基氧化胺、十八烷基二羥乙基氧化胺和油基二羥乙基氧化胺中的一種或其組合；0.5-5%穩定劑七水亞硫酸鈉(Na2SO3.7H20),其用于穩定人造纖維,脫除木質素,并具有抗氧化功能；0.8-1.6%抗氧化劑沒食子酸丙酯，其可以減少纖維素的氧化降解和NMMO的分解。
[0023]NMMO分子中的N-O鍵能夠切斷纖維素晶區分子鏈之間的氫鍵，并在小分子NMMO與纖維素的羥基之間形成新的氫鍵，從而使纖維素發生溶解。當溫度為70-120°C時，纖維素大分子間的原有氫鍵被破壞，NMMO溶劑逐漸深入到結晶體內，最終使纖維素完全溶解，得到較好結晶度和聚向度，均勻透明的纖維素溶液。
[0024]加入以上助劑后，攪拌2-3小時，使纖維素充分溶解。
[0025]紡絲原液的制備
將已制備的蛋白質溶液與已制備的纖維素紡絲溶液，按照36-58份:38-60份重量比，混合得到紡絲原液，攪拌并保持溫度80-95° C，向其中加入以下助劑，加入量相對于紡絲原液質量:
引發劑:過氧化苯甲酰0.4-1.0%
交聯劑:京尼平0.6-1.2%
增塑劑:山梨醇1-2%
加入以上助劑后，攪拌90-120分鐘，紡絲原液發生共聚、共混。
[0026]黃粉蟲蛋白質與纖維素分子均具有相似的線型高分子結構，在交聯劑京尼平的作用下，纖維素分子鏈上的羥基基團與黃粉蟲蛋白質共混交聯形成共價鍵，提高了纖維素聚合度和結晶度，改善了纖維素剛性結構，使復合纖維具有良好的機械強度和柔韌性。
[0027]向紡絲原液加入硼酸，目的在于調節可紡溶液的pH值和粘度，其加入量相對于紡絲原液質量的2-6%，從而得到具有良好可紡性能的紡絲溶液。
[0028]為了對本發明的黃粉蟲蛋白纖維進行染色，向紡絲原液加入活性染料。活性染料分子中含有可和纖維中有關基團反應形成共價鍵結合的活性基團。對于本發明的蛋白纖維而言，合適的活性染料應當是能夠與黃粉蟲蛋白和纖維素發生反應的、具有良好相容性和具有較高固色率的品種。本發明人發現，活性紅LS-B、活性黃LS-R、活性藏青LS-G是特別適合的活性染料。
[0029]活性紅LS-B的化學結構為:
【權利要求】
1.一種黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維的生產方法，包括以下步驟: a)將黃粉蟲蛋白質按1:10-1:12的重量比浸入pH值為4.2-4.6的鹽酸或硫酸水溶液中，保持溫度32-35°C，攪拌酸洗80-100分鐘，離心分離除去廢液后的原料再按1:10的重量比浸入pH值為8.5-9.5的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，保持溫度40-48°C,加入相對于蛋白質原料質量的0.2-0.8%聚丙烯酰胺，0.2-0.6%活性炭，萃取60-90分鐘，分離除去廢液后的原料以1:10的重量比浸入pH值為8.5-9.5的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中，保持溫度55-60°C攪拌2-3小時； b)將秸桿纖維素與含水量為13.3%的N-甲基嗎啉-N-氧化物水溶液混合，制成質量分數為14-25%的纖維素溶液，保持溫度70-120°C，加入相對于纖維素溶液質量2_6%烷基二羥乙基氧化胺，0.5-5%七水亞硫酸鈉和0.8-1.6%沒食子酸丙酯，攪拌2-3小時； c)將步驟a)得到的制液與步驟b)得到的制液按照36-58:38-60的質量比混合得到紡絲原液，攪拌并保持溫度80-95°C，加入以下成分，加入量相對于紡絲原液質量: 過氧化苯甲酰0.4-1.0% 京尼平0.6-1.2% 山梨醇1-2% 攪拌90-120分鐘，加入硼酸2-6%，得到可紡溶液； d)采用濕法紡絲工藝進行紡絲，步驟包括:過濾、脫泡、噴絲、凝固、拉伸、水洗、上油、干燥致密化、卷曲、定型、冷卻、切斷和打包等工序。
2.權利要求1的方法，所述步驟b)中，烷基二羥乙基氧化胺選自十四烷基二羥乙基氧化胺、十八烷基二羥乙基氧化胺和油基二羥乙基氧化胺的一種或其組合。
3.權利要求1的方法，所述步驟c)中，還可以加入活性染料，所述活性染料為:活性紅LS-B、活性黃LS-R、活性藏青LS-G的一種或其組合。
4.權利要求1的方法，所述步驟d)中，噴絲板孔徑為0.7-1.2 mm，長徑比60，噴絲速度5.5-7.0毫米/秒，紡絲線速5.5毫米/秒。
5.權利要求1的方法，所述步驟d)中，凝固步驟的凝固浴使用質量分數為35-40%的二甲基甲酰胺溶液，凝固浴溫度為15-23°C。
6.權利要求1的方法，所述步驟d)中，拉伸步驟包括空氣拉伸，溶劑拉伸和干熱拉伸。
7.權利要求6的方法，所述空氣拉伸的拉伸倍率為1.2-2.2倍；溶劑拉伸的拉伸浴為質量分數為35-40%的二甲基甲酰胺溶液，浴溫為15-23°C，拉伸倍率為2.3-2.8倍；干熱拉伸的溫度為160-220°C，拉伸倍率為2-2.5倍。
8.權利要求1的方法，所述步驟d)中，上油步驟使用的試劑為質量分數為25%的丙三醇溶液。
9.權利要求8的方法，所述上油步驟中纖維上油率為0.15-0.3%。
10.一種黃粉蟲蛋白纖維素復合纖維，其通過權利要求1-9的任一方法制備。
【文檔編號】D01D5/12GK103882553SQ201410152283
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】韓曉根 申請人:韓曉根