专利名称：一种再生羽绒长丝纤维及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种利用禽类羽毛制造的蛋白质改性化学纤维及其生产方法。
背景技术：
传统上研制的再生蛋白质纤维是从天然动物牛乳或植物(如花生、玉米、大豆等)中提炼出的蛋白质溶解液经纺丝而成，再生蛋白质纤维的研究历史较早，大约在19世纪末和20世纪初国外就开始研究，如1894年，在明胶液中加入甲醛进行纺丝，制得明胶纤维；1904年，Todten Haupt用从牛乳中提炼的酪素进行纺丝，制得酪素纤维；1935年，Ferretti进一步对酪素纤维进行了研究，意大利SNIA公司开发了酪素纤维；1938年，英国ICI公司制造了花生蛋白纤维，商品名称为Atdil，该纤维吸水率为14％左右，断裂强度为0.8g/d；1938年，日本油脂公司开发了以大豆为原料的纤维；1939年，Corn product Refining公司将从玉米中提炼的蛋白质用醇或碱溶解纺丝而制得玉米蛋白纤维，商品名为VicaraArdilin Fiber，该纤维比重为1.25g/cm3，吸水率为10％左右，断裂强度为1.06～1.32N/dtex。20世纪40年代初，美国、英国研制了酪素纤维，商品名为Aralia(美)，Fibralane(英)，比重为1.9g/cm3，吸水率为14％，断裂强度为0.704～0.88N/dtex，延伸度为15％，耐水性不好；1945年，美国、日本研究了大豆蛋白纤维，美国商品名为Soylon，吸水率为11％；1948年，美国Varginia Carol Chenical公司开发了玉米蛋白纤维Vic-ara；1969年，日本东洋公司敦贺工厂开始研制生产牛奶蛋白纤维，取名为Chinon(取之法国的一城市名)，它是由牛奶蛋白和丙烯腈接枝共聚反应而制得的。
由于受早期科技水平的限制，上述研制的再生蛋白质纤维因强力低、纤维粗、物理和机械性能差、无服用性价值、制造的难度大等种种原因而未能实现工业化生产。后来由于石油化工业的发展等原因，研究者将新纤维的研究方向转向于合成纤维和再生纤维素纤维的研制，大约在20世纪40年代到50年代间相继成功研制出粘胶、锦纶、涤纶、腈纶、氨纶等化学纤维，并实现了工业化生产。随后的50年成为化学纤维大量发展的年代，许多服装、装饰用布、工业用布替代了部分天然纤维。虽然合成纤维有许多优良性能，但也存在吸湿性和透气性差，穿着不舒服等缺点。由于现代人对服装的追求趋向于自然化，舒适化，休闲化，多样化，天然纤维受到了人们越来越多的青睐。但是，天然纤维中棉、麻、羊毛、蚕丝等受到了种植、养殖面积的限制，无法大量发展。因此，从20世纪90年代开始，国内外对再生蛋白质纤维的研制工作又开始重视起来。
近年来，日本东洋纺公司重新开发出以新西兰牛奶为原料与丙烯腈接枝共聚的再生蛋白质纤维“chinon”，它是目前世界上唯一实现了工业化生产酪素蛋白纤维。它具有天然丝般的光泽和柔软手感，有较好的吸湿性和导湿性能，极好的保温性，穿着舒适，但纤维本身呈淡黄色，耐热性差，在干热120℃以上易泛黄，因此至今仍无法大量推广使用。此外，日本约从二次大战期间到战后一段时间，还曾进行过利用鱼的蛋白质制造再生纤维的研究。
我国在20世纪50年代、70年代曾分别对再生蛋白质纤维进行过初步的探索，但未获成功。90年代，四川省曾对蚕蛹再生蛋白纤维进行了研制，虽然纤维实现了小批量生产，但蛋白质含量较低，且在织造和印染加工中存在很多问题，严重影响了该类产品的开发和技术推广。东华大学、金山石化曾对酪素/丙烯酯接枝共聚物的纺丝进行过研究，但亦停留于理论探讨，未见其产品；复旦大学和东华大学曾对再生丝素溶液的纺丝进行过研究，亦未能实现工业化生产。
20世纪90年代初，河南华康生物化学工程联合集团公司开始对大豆蛋白质纤维进行深入系统的研究开发，经过十多年的研究，于2000年3月试纺成功，在国际上首次进行了工业化试验。目前第一条工业化试验生产线年生产能力为1500吨，所生产的纤维单纤细度为1.1和1.5旦，切断成短纤维长度为38mm、51mm、76mm。这种纤维与国内外开发的再生蛋白质纤维相比，具有较高的强力和其他优良性能。
羽绒纤维(含鸭绒、鹅绒和鸡毛等)与羊毛、蚕丝等天然蛋白质纤维一样主要是由多种氨基酸缩合而成的大分子组成。它是构成纤维的主体，也是决定纤维化学性质的基本物质。因而羊毛常称之为角朊，蚕丝称之为丝朊，羽绒又称之为羽朊。由于这些蛋白质大分子链间存在着二硫键、盐式键、氢键等，使大分子具有特殊的网状结构，它们的化学性质一般较为稳定。羽绒纤维与羊毛纤维表面结构所不同的显著一点是它没有鳞片层，且纤维短，每根羽丝长度一般为1～3cm，以绒朵形式存在即每根主纤维中长出许多细小的羽丝，而每一根细小羽丝又成为另一单元的主纤维，如此反复组成飘逸而独特的羽绒纤维，在每一朵绒朵里，包含着几十根内部结构基本相同的纤维，因此每根纤维之间都会产生一定的斥力并使其距离保持最大，这就使羽绒产生了蓬松性。
羽绒纤维的最外层为难溶于水的甾醇与三磷酸酯构成的双分子层细胞膜，这层双分子薄膜占整根羽绒纤维重量的10％左右，并且内部缝隙和空洞较多，造成羽绒的比重特别轻，其临界表面张力是所有蛋白质纤维中最小的，故而羽绒纤维的防水性能特好，常温下干净羽绒不能被纯水所浸润。另外，由于羽绒纤维没有磷片而造成羽绒纤维表面光滑，其摩擦系数比羊毛、蚕丝要小，且纤维短，这些都给羽绒纤维纺纱带来了一定的难度，所以迄今为止没有羽绒直接被用于纺纱的报道。
羽绒分子结构中含有大量的碱性侧基和酸性侧基，因此具有既呈酸性又呈碱性的两性性质。在理化性能方面，羽绒纤维受热不能被熔融而分解。羽绒在115℃时发生脱水，150℃时开始分解，200～250℃时二硫键断裂，310℃开始炭化，720℃开始燃烧，其可燃性比纤维素纤维低。羽朊分子中的-CONH一键对日光作用比较敏感。在日光中紫外线的作用下显得很不稳定。整体而言，羽绒对日光的稳定性较好，接近于羊毛。羽绒的耐酸能力较强。
羽绒纤维虽然与典型的羊毛、蚕丝等纤维的结构和性能十分相似，且又有其特殊的保暖性、防水性、抗皱性以及柔、滑、轻等特点，但由于受经济、技术等方面的限止，羽绒往往只被用作服装及床上用品的填充物，迄今为止，尚未作为纺织材料应用于纺织工业。
随着我国饲养业的不断发展、废弃的家禽羽毛越来越多。据初步统计，我国的家禽羽毛每年产生20万吨以上，而收集利用的不到10万吨，并且没有被合理地加工利用。家禽羽毛作为丰富的蛋白资源被白白浪费，同时也造成环境污染。在羽绒纤维的再生利用方面，只有美国和日本开展了这方面的工作，特别是日本由于天然资源的缺乏，在优质天然自然方面的再生利用方面在许多方面走在世界的前列。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的是提供一种利用禽类羽毛制成的再生羽绒长丝纤维及其制造方法，以充分利用羽绒这种优良的天然蛋白质材料。其技术解决方案为一种再生羽绒长丝纤维，是一种蛋白质改性聚丙烯腈纤维，在于由禽类羽毛制成的超细化羽绒粉体(蛋白质)与聚丙烯腈接枝共聚合而成，纤维中羽绒粉体均匀分布在聚丙烯腈中，并与聚丙烯腈接枝交联，羽绒粉体含量为20％～40％，聚丙烯腈成分含量为60％～80％。
一种再生羽绒长丝纤维的生产方法，在于再生羽绒长丝纤维的生产工艺为a、羽绒超细粉体制备将选定的鸡、鸭等禽类羽毛材料经除杂、水洗、漂白、干燥后，用粉碎设备切断成3～5mm的颗粒，然后采用超细化粉体加工设备将粒径为3～5mm的颗粒加工制成平均粒径＜2μm的超细化粉体；b、羽绒超细粉体分散以浴比1∶5的比例配置0.5％的烧碱溶液，然后将羽绒超细粉体20～40份逐步，常温下超声波分散30分钟后即制成分散性能良好的乳液；c、纺丝液制备将制备好的羽绒超细粉体乳液加入聚合釜中，调pH值为1.9～2.2，加入氧化剂和还原剂，氧化剂∶还原剂＝1∶3～1∶15(用量以氧化剂计算为羽绒超细粉体与聚合单体物质总量的0.2％～0.68％)，然后边搅拌边加入60～80份丙稀腈类聚合物质，调pH值为1.9～2.2，温度为10～60℃，搅拌速度190rpm，聚合反应为0.5～2小时后中止反应，然后经真空蒸脱单体，水洗、混合、浆化、过滤，调温混合制成纺丝原液；d、制备好的纺丝原液采用传统的湿法纺丝或干法纺丝工艺制成再生羽绒长丝纤维。
由于采用了以上技术方案，本发明的再生羽绒长丝纤维，其物理、机械性能可满足常规服用纤维的加工性能，但又具有天然羽绒的优良性能，如保暖性、防水性、抗皱性好以及柔、滑、轻等特点，同时纤维的吸湿性能有显著的提高，抗静电性能、染色性能大大改善。本发明的再生羽绒长丝纤维，其原料是禽类的羽毛，如鸭绒(毛)、鸡毛、鹅(绒)毛等，其来源广，价格低；超细化羽绒粉体加工工艺路线简单，无污染；纺丝加工不改变传统聚丙烯腈纤维的加工工艺路线，易于工业化生产，经济效益显著。
具体实施例方式
本发明的再生羽绒长丝纤维，用禽类的羽毛如鸭绒、鹅绒和鸡毛等制取超细化羽绒粉体，超细化羽绒粉体与丙烯腈接枝共聚、湿法纺丝的方法制成。该纤维中羽绒粉体含量为20％～40％，聚丙烯腈成分含量为60％～80％。
再生羽绒长丝纤维的可按如下生产步骤加工制成
1、超细化羽绒粉体的制取以禽类羽毛如鸭绒、鹅绒和鸡毛等为原料。首先对羽绒进行人工挑选，除去其中的沙石、金属以及较大的植物性杂质；再用洗涤剂(纯碱等)溶液在80℃～90℃条件下，按羽绒与溶液重量比1∶20～1∶25混合，洗涤1～2小时；过滤出羽绒，水洗后甩干，得净化得羽绒。净化后得羽绒可利用毛纺行业已知得氧化还原漂白原理进行漂白处理；漂白后得羽绒用粉碎设备切断成3～5mm的颗粒，然后采用超细化粉体加工设备将粒径为3～5mm的颗粒加工制成平均粒径＜2μm的超细化粉体。
2、羽绒粉体分散以浴比1∶5的比例配置0.5％的烧碱溶液，然后将羽绒超细粉体20～40份逐步，常温下超声波分散30分钟后即制成分散性能良好的乳液。
3、聚丙烯腈纺丝液制取将制备好的羽绒超细粉体乳液加入聚合釜中，调pH值为1.9～2.2，加入氧化剂和还原剂，氧化剂∶还原剂＝1∶3～1∶15(用量以氧化剂计算为羽绒超细粉体与聚合单体物质总量的0.2％～0.68％)，然后边搅拌边加入60～80份丙稀腈类聚合物质，调pH值为1.9～2.2，温度为10～60℃，搅拌速度190rpm，聚合反应为0.5～2小时后中止反应，然后经真空蒸脱单体，水洗、混合、浆化、过滤，调温混合制成纺丝原液。
在纺丝液制取中使用的氧化剂可以是氯酸钠或过硫酸钾，还原剂可以是亚硫酸氢钠或亚硫酸钠。
在纺丝液制取中使用的聚合物质单体可以是单一的丙稀腈单体；也可以是丙稀腈作为第一单体，丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯作为第二单体；如果是两种单体，则第一单体和第二单体质量和为60～80份，第一单体用量∶第二单体用量＝85∶15～95∶5。
4、纺丝制备好的纺丝原液采用传统的湿法纺丝或干法纺丝工艺制成再生羽绒长丝纤维。
具体实施例通过下面实施例有助于进一步理解本发明。
实施例1以3.0千克鸡毛超细粉体制成的再生羽绒纤维鸡毛经除杂、清洗、漂白、粉碎制成3～5毫米的颗粒，然后用超细化粉体加工设备制成平均粒径小于2微米的超细化粉体。
将鸡毛超细化粉体3千克逐步加入以浴比1∶5的比例配置0.5％的烧碱溶液中，常温下超声波分散30分钟后即制成分散性能良好的乳液。
将制备好的鸡毛超细粉体乳液加入聚合釜中，加入53克的次氯酸钠和180克的亚硫酸钠，调pH值为2.0±0.2，然后边搅拌边加入6.4千克丙稀腈、0.6千克甲基丙烯酸甲酯，在温度为50℃，搅拌速度190rpm条件下聚合反应1小时后中止反应，然后经真空蒸脱单体，水洗、混合、浆化、过滤，调温混合制成纺丝原液。
纺丝原液再经熟成、脱泡、纺丝、凝固、脱盐、牵伸、水洗、干燥、打包制成再生羽绒长丝纤维，该纤维中鸡毛粉体含量25％左右，聚丙烯腈含量在75％左右。
实施例2以4.0千克的鸭绒和鸭毛超细粉体制成的再生羽绒纤维鸭绒(毛)经除杂、清洗、漂白、粉碎制成3～5毫米的颗粒，然后用超细化粉体加工设备制成平均粒径小于2微米的超细化粉体。
将鸭绒(毛)超细化粉体4.0千克逐步加入以浴比1∶5的比例配置0.5％的烧碱溶液中，常温下超声波分散30分钟后即制成分散性能良好的乳液。
将制备好的鸭绒(毛)超细粉体乳液加入聚合釜中，加入20克氯酸钠和300克的亚硫酸氢钠，调pH值为2.0±0.2，然后边搅拌边加入6.0千克丙稀腈、在温度为60℃，搅拌速度190rpm条件下聚合反应1.5小时后中止反应，然后经真空蒸脱单体，水洗、混合、浆化、过滤，调温混合制成纺丝原液。
纺丝原液再经熟成、脱泡、纺丝、凝固、脱盐、牵伸、水洗、干燥、打包制成再生羽绒长丝纤维，纤维中鸭绒(毛)粉体含量35％左右，聚丙烯腈含量在65％左右。
权利要求
1.一种再生羽绒长丝纤维，是一种蛋白质改性聚丙烯腈纤维，其特征在于由禽类羽毛制成的超细化羽绒粉体(蛋白质)与聚丙烯腈接枝共聚合而成，纤维中羽绒粉体均匀分布在聚丙烯腈中，并与聚丙烯腈接枝交联，羽绒粉体含量为20％～40％，聚丙烯腈成分含量为60％～80％。
2.一种再生羽绒长丝纤维的生产方法，其特征在于再生羽绒长丝纤维的生产工艺为a、羽绒超细粉体制备将选定的鸡、鸭等禽类羽毛材料经除杂、水洗、漂白、干燥后，用粉碎设备切断成3～5mm的颗粒，然后采用超细化粉体加工设备将粒径为3～5mm的颗粒加工制成平均粒径＜2μm的超细化粉体；b、羽绒超细粉体分散以浴比1∶5的比例配置0.5％的烧碱溶液，然后将羽绒超细粉体20～40份逐步，常温下超声波分散30分钟后即制成分散性能良好的乳液；c、纺丝液制备将制备好的羽绒超细粉体乳液加入聚合釜中，调pH值为1.9～2.2，加入氧化剂和还原剂，氧化剂∶还原剂＝1∶3～1∶15(用量以氧化剂计算为羽绒超细粉体与聚合单体物质总量的0.2％～0.68％)，然后边搅拌边加入60～80份丙稀腈类聚合物质，调pH值为1.9～2.2，温度为10～60℃，搅拌速度190rpm，聚合反应为0.5～2小时后中止反应，然后经真空蒸脱单体，水洗、混合、浆化、过滤，调温混合制成纺丝原液；d、制备好的纺丝原液采用传统的湿法纺丝或干法纺丝工艺制成再生羽绒长丝纤维。
3.如权利要求2所述的氧化剂可以是氯酸钠或过硫酸钾，还原剂可以是亚硫酸氢钠或亚硫酸钠。
4.如权利要求2所述的聚合物质单体可以是单一的丙稀腈单体，也可以是丙稀腈作为第一单体，丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯作为第二单体，如果是两种单体，则第一单体和第二单体质量和为60～80份，第一单体、第二单体用量比为85∶15～95∶5。
全文摘要
本发明涉及一种再生羽绒长丝纤维及其制造方法。纤维中以禽类羽毛制成的超细化粉体均匀分布在聚丙烯腈中，并以共价键与聚丙烯腈大分子相结合，其中羽绒组分含量为20－40％，聚丙烯腈组分含量为60－80％。本发明制造再生羽绒长丝纤维的步骤为以禽类羽毛为原料制取超细化粉体，与丙烯腈在氧化还原体系中经接枝共聚制成聚丙烯腈纺丝原液，再经传统的湿法或干法纺丝工艺路线加工成再生羽绒长丝纤维。本发明的再生羽绒长丝纤维具有天然羽绒的优良性能，如保暖性、防水性、抗皱性好以及柔、滑、轻等特点。加工原料来源广，价格低；羽绒粉体加工工艺路线简单，无污染；纺丝加工不改变传统聚丙烯腈纤维的加工工艺路线，易于工业化生产。
文档编号D01F6/62GK1632194SQ200410061089
公开日2005年6月29日 申请日期2004年11月11日 优先权日2004年11月11日
发明者徐卫林, 崔卫钢 申请人:武汉科技学院