改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维的生产方法及产品的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维的生产方法及产品，产品由以下步骤制备：a）明胶蛋白水溶液与丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液以一定比例混合，加入戊二醛并加热得到制液；b）黄粉虫蛋白质溶于水，加入硫酸或盐酸、二乙二醇单甲醚和聚丙烯酰胺，搅拌、离心分离除去废液后浸入二甲基甲酰胺，调节pH值得到制液；c）将纳米碳化锆和金红石型纳米二氧化钛按一定比例溶于乙二醇，加分散剂研磨得到制液；d）将a）制液和b）制液按一定比例混合，加c）制液、过硫酰胺、乙二醇、戊二醛和硼酸并加热得到可纺溶液；e）采用湿法纺丝工艺进行纺丝。本发明生产的纤维不仅具有良好的力学性能和穿着舒适性，而且具有高效保温的特点。
【专利说明】改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维的生产方法及产品
[0001]【技术领域】:
本发明涉及一种动物蛋白纤维生产方法及产品，尤其涉及一种远红外蛋白纤维的生产方法及产品。
[0002]【背景技术】:
随着人类社会对高品质生活的不断追求，健康舒适、绿色环保、功能化、个性化纺织品的开发必将成为纺织业今后发展的主流趋势。传统的保暖服饰，主要采用减少人体与外界热传导、热对流和/或热辐射的方式阻断人体热量的散失。这种消极的阻止或减少热量流失的方法效果有限，而且存在衣服厚重，透气性差等问题。近年来，我国开发的新型保温纤维多采用积极保暖的理念，在纤维或纤维制品上以浸、印、涂层的方式加入远红外功能粉体，或在成纤聚合物中以全造粒法、母粒法、注射法等加入具有远红外功能的粉体经熔融纺丝技术制成远红外纤维。然而这些方法存在生产强度高，生产工艺复杂，成本高，物理机械性不够良好等诸多缺点。
[0003]另一方面，现有的人工合成的蛋白质纤维主要包括植物蛋白纤维和动物蛋白纤维，其中各自以大豆蛋白纤维和牛奶蛋白纤维为典型代表。与大豆蛋白纤维等植物蛋白纤维相比，牛奶蛋白纤维制成的织物在轻盈透气、手感、服用舒适程度方面更胜一筹，是深受消费者喜爱的高端产品。然而，因其原料紧俏、生产成本高，无法满足社会对于高级动物蛋白纤维的市场需求。同时人工合成的牛奶纤维，在纤维强度、柔韧性等方面，尚无法比肩合成化学纤维。这限制了其进一步的应用，特别是在例如高弹丝袜、棉纱丝绸、高级女装等对纤维强度、弹性要求较高的领域。
[0004]黄粉虫是国内目前广泛养殖的一种经济昆虫。因其幼虫的蛋白质含量非常丰富，人工饲养的黄粉虫主要用作宠物及经济动物的饲料，近年来也有一小部分被加工成各种食品摆上人类的餐桌。由于黄粉虫的养殖方法简单、技术门槛低，目前我国国内的养殖产业已经初具规模化、产业化的特点，使得黄粉虫资源供应丰富、价格低廉。
[0005]聚丙烯腈具有优秀的保暖性、抗菌性、防霉性和耐腐蚀性等特点，它是常见生产化学纤维的原料，近年来也被用于生产蛋白复合纤维。然而，由于聚丙烯腈所特有的疏水性、绝缘性、脆性，导致聚丙烯腈纤维的吸湿性、染色性、手感、回弹性较差，难以成为高档时装面料。
[0006]
【发明内容】
:
本发明的保护范围只由权利要求书所规定，在任何程度上都不受这一节
【发明内容】
的陈述所限。
[0007]本发明的目的在于提供一种改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维的生产方法，包括如下步骤:
a)将质量分数为8-10%的明胶蛋白的水溶液与质量分数为28-33%的丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液混合，使得混合溶液中丙烯腈干物质与明胶蛋白干物质的质量比为9:1，加入相对于混合溶液质量2-4%的戊二醛，保持温度96-98° C，搅拌2-3小时；
b)将黄粉虫蛋白质溶于水制成质量分数为16-18%的水溶液，加入相对于蛋白质质量的4-6%盐酸或硫酸、0.1-0.4%的二乙二醇单甲醚和0.2-0.4%的聚丙烯酰胺并搅拌，离心分离除去废液后的原料再按1:10的重量比浸入二甲基甲酰胺中，加入氢氧化钠调节pH值为
8.6-11.3并搅拌2-3个小时；
c)将粒径不大于100nm的纳米碳化错和粒径不大于100 nm的金红石型纳米二氧化钛以质量比3:1混合，混合材料以1:2的重量比溶于乙二醇中，加入相对于粉体材料质量
0.6-1.2倍的单油酸聚乙二醇400磷酸酯分散剂或0.5-2倍的三乙基磷酸酯分散剂，加入纳米级分散研磨机内分散研磨4小时，得到纳米材料分散液；
d)将步骤a)得到的制液与步骤b)得到的制液按照28-35份:53-60份的质量比混合得到纺丝原液，搅拌并保持温度95-98° C，加入以下成分，加入量相对于纺丝原液质量:
纳米材料分散液6-8%
过硫酰胺0.06-0.12%
乙二醇0.2-0.4%
戊二醛1-2%
搅拌2-3小时，加入2-6%的硼酸，得到可纺溶液；
e)采用湿法纺丝工艺进行纺丝，步骤包括:真空脱泡、过滤、喷丝、凝固、一次拉伸、二次拉伸、水洗、上油、干燥致密化、干热拉伸、卷曲、定型、冷却、切断和打包等工序。
[0008]优选的，在步骤d)中，还可以加入活性染料，所述活性染料为:活性红LS-B、活性黄LS-R和活性藏青LS-G的一种或其组合。
[0009]优选的，在步骤e)中，喷丝板孔径0.2-0.7mm，喷丝头孔数为30000-60000孔，纺丝线速5.5米/分。
[0010]优选的，在步骤e)中，凝固浴温度10-15°c，其中二甲基甲酰胺质量分数为50%-60%。
[0011]优选的，在步骤e)中，一次拉伸浴为二甲基甲酰胺浴，拉伸倍数为1.2-1.5倍，二次拉伸为甘油浴，拉伸倍数为2.5-3倍，干热拉伸的拉伸倍数为2-3.5倍。
[0012]优选的，在步骤e)中，水洗温度为60_80°C。
[0013]本发明还提供一种通过以上方法制备的改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维。
[0014]本发明方法生产的改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维，其含有的纳米碳化锆和纳米二氧化钛(金红石型)，可以吸收太阳光能并将其通过热转换储存在材料中，同时可以反射人体自身发散的热量，阻止了热量向外部扩散，从而起到高效保温的作用。
[0015]同时，本发明方法将纳米碳化锆加入纺丝原液中搅拌均匀，在经过拉丝设备拉丝时，不会出现堵头、断丝现象，这主要是因为一方面纺丝原液呈碱性，而纳米碳化锆呈酸性，在搅拌的同时达到了稳定的酸碱平衡；另一方面由于纳米碳化锆粉体的颗粒很小，所以经过拉丝孔隙时表现出结合力强、通过率大、易于成型等特点。
[0016]另一方面，本发明方法生产的改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维含有较高氨基酸成份，具有天然蛋白质纤维的亲肤性、透气性和吸湿性，且具手感柔软、色着鲜艳、光泽柔、色牢度高等诸多优点，与市场上现有的动物蛋白质纤维如牛奶纤维相比，原料资源丰富且价格低廉，适合普通群体“衣着”需求。
[0017]更进一步，相比于市售动物蛋白质纤维而言，本发明方法生产的蛋白复合纤维化学稳定性好、物理机械性能好、力学性能优良、比重轻、纤度细、强度高、柔韧好、色泽牢、月艮用性好，特别适合于高档弹性面料的制备。
[0018]本发明方法工艺不涉及脱醛步骤、绿色节能，具备良好的社会效益和经济效益。
[0019]【具体实施方式】:
下面结合【具体实施方式】详细阐述本发明，但并不将本发明限制在所述的【具体实施方式】的范围中。
[0020]改性丙烯腈的制备
将明胶蛋白溶于水中配制成质量分数为8-10%的溶液，将其与质量分数为28-33%的丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液混合，使得混合溶液中丙烯腈干物质与明胶蛋白干物质的质量比为9:1，加入相对于混合溶液质量2-4%的戊二醛作为交联剂，保持温度96-98° C，搅拌2_3小时，使之不出现相分离，从而得到改性丙烯腈。明胶与丙烯腈具有良好的相容性，二者的交联、共混能够改善丙烯腈的柔韧性、提高其作为纤维基材的力学性能。
[0021]黄粉虫蛋白质溶液的制备
将黄粉虫蛋白质粉在水中溶解，制成质量分数为16-18%的蛋白质溶液，向其中加入以下助剂，加入量相对于蛋白原料:盐酸或硫酸4-6% ;二乙二醇单甲醚0.1-0.4%，其具有浸润作用，能够防止凝溶液凝胶化；聚丙烯酰胺0.2-0.4%，其可以去除蛋白质粉内常混有的脂肪、色素、无机盐等杂物。
[0022]加入以上助剂后充分搅拌，离心分离，除去废液的原料再按1:10的重量比浸入二甲基甲酰胺中，加入氢氧化钠调节PH值为8.6-11.3，搅拌2-3小时，使蛋白充分溶解。
[0023]纳米材料分散液的制备
将粒径均不大于IOOnm的纳米碳化错和纳米二氧化钛(金红石型)以质量比3:1混合，混合材料以1:2的重量比溶于乙二醇中，加入相对于粉体材料质量0.6-1.2倍的单油酸聚乙二醇400磷酸酯分散剂或0.5-2倍的三乙基磷酸酯分散剂，加入分散研磨机内分散研磨4小时，得到分散均匀，具有良好可纺性的纳米材料分散液。
[0024]纳米碳化锆具有高效吸收可见光、反射红外线的特性。它能吸收可见光中95%小于2微米波长的短波长能量，通过热转化，储存在材料中，并可以反射人体自身发射的10微米的红外线，使其不向外散发，从而达到保健、保暖的效果。
[0025]纳米二氧化钛(金红石型)具有较高的紫外屏蔽性和耐候性，同时对人体发射的中红外频段红外线具有很强的吸收作用，纳米二氧化钛(金红石型)的使用既可以起到屏蔽作用又可增加保暖效果。
[0026]纳米碳化锆和纳米二氧化钛(金红石型)应当在红外线纤维中分散均匀，否则可能造成粉体凝聚，可纺性差等现象，因此，本发明预先使用分散剂对所述纳米粉体材料进行分散处理。分散剂是指能够提高固体物料分散性能的助剂。将分散剂与固体物料共同研磨，能够阻止物料颗粒再次凝聚并保持分散液的稳定。针对本发明涉及的纳米碳化锆和纳米二氧化钛(金红石型)粉体材料，合适的分散剂是单油酸聚乙二醇400磷酸酯或三乙基磷酸酯，其用量如上所述，将纳米粉体材料、乙二醇和分散剂按比例加入TJ-6型纳米级分散研磨机内以2000转每分钟的转速研磨4小时，即可得到分散均匀，具有良好可纺性的纳米材料分散液。
[0027]纺丝原液的制备
将已制备的改性丙烯腈与已制备的蛋白质溶液，按照28-35份:53-60份重量比，混合得到纺丝原液，搅拌并保持温度95-98° C，向其中加入以下助剂，加入量相对于纺丝原液质量:
纳米材料分散液:6_8%
引发剂:过硫酰胺0.06-0.12% ；
表面活性剂:乙二醇0.2-0.4% ；
戊二醛:1-2%;
加入以上助剂后，搅拌2-3小时，纺丝原液发生共聚、共混。
[0028]向纺丝原液加入硼酸，目的在于调节可纺溶液的pH值和粘度，其加入量相对于纺丝原液质量的2-6%，从而得到具有良好可纺性能的可纺溶液。
[0029]为了对本发明的黄粉虫蛋白纤维进行染色，向纺丝原液加入活性染料。活性染料分子中含有可和纤维中有关基团反应形成共价键结合的活性基团。对于本发明的蛋白纤维而言，合适的活性染料应当是能够与黄粉虫蛋白和丙烯腈发生反应的、具有良好相容性和具有较高固色率的品种。本发明人发现，活性红LS-B、活性黄LS-R、活性藏青LS-G是特别适合的活性染料。
[0030]活性红LS-B的化学结构为:
【权利要求】
1.一种改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维的生产方法，包括以下步骤: a)将质量分数为8-10%的明胶蛋白的水溶液与质量分数为28-33%的丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液混合，使得混合溶液中丙烯腈干物质与明胶蛋白干物质的质量比为9:1，加入相对于混合溶液质量2-4%的戊二醛，保持温度96-98° C，搅拌2-3小时； b)将黄粉虫蛋白质溶于水制成质量分数为16-18%的水溶液，加入相对于蛋白质质量的4-6%盐酸或硫酸、0.1-0.4%的二乙二醇单甲醚和0.2-0.4%的聚丙烯酰胺并搅拌，离心分离除去废液后的原料再按1:10的重量比浸入二甲基甲酰胺中，加入氢氧化钠调节pH值为8.6-11.3并搅拌2-3个小时； c)将粒径不大于100nm的纳米碳化错和粒径不大于100 nm的金红石型纳米二氧化钛以质量比3:1混合，混合材料以1:2的重量比溶于乙二醇中，加入相对于粉体材料质量0.6-1.2倍的单油酸聚乙二醇400磷酸酯分散剂或0.5-2倍的三乙基磷酸酯分散剂，加入纳米级分散研磨机内分散研磨4小时，得到纳米材料分散液； d)将步骤a)得到的制液与步骤b)得到的制液按照28-35份:53-60份的质量比混合得到纺丝原液，搅拌并保持温度95-98° C，加入以下成分，加入量相对于纺丝原液质量: 纳米材料分散液6-8% 过硫酰胺0.06-0.12% 乙二醇0.2-0.4% 戊二醛1-2% 搅拌2-3小时，加入2-6%的硼酸，得到可纺溶液； e)采用湿法纺丝工艺进行纺丝，步骤包括:真空脱泡、过滤、喷丝、凝固、一次拉伸、二次拉伸、水洗、上油、干燥致密化、干热拉伸、卷曲、定型、冷却、切断和打包等工序。
2.权利要求1的方法，所述步骤d)中，还可以加入活性染料，所述活性染料为:活性红LS-B、活性黄LS-R、活性藏青LS-G的一种或其组合。
3.权利要求1的方法，所述步骤e)中，喷丝板孔径为0.2-0.7 mm，喷丝头孔数为30000-60000孔，纺丝线速为5.5米/分。
4.权利要求1的方法，所述步骤e)中，凝固浴温度为10-15°C，其中二甲基甲酰胺质量分数为50-60%。
5.权利要求1的方法，所述步骤e)中，一次拉伸浴为二甲基甲酰胺浴，拉伸倍数为1.2-1.5倍，二次拉伸浴为甘油浴，拉伸倍数为2.5-3倍，干热拉伸的拉伸倍数为2-3.5倍。
6.权利要求1的方法,所述步骤e)中，水洗温度为60-80°C。
7.一种改性丙烯腈黄粉虫蛋白远红外保温纤维，其通过权利要求1-6的任一方法制备。
【文档编号】D01F1/10GK103789871SQ201410061498
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】韩晓根 申请人:韩晓根