一种蛋白莫代尔纤维及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 16:04:54
技术领域
本发明属于莫代尔纤维领域，具体涉及一种蛋白莫代尔纤维及其制备方法。
背景技术
莫代尔(Modal)纤维是一种再生纤维素纤维，它的化学组成是纤维素。国际标准ISO2076：1999(E)定义了莫代尔纤维，其是高湿模量，高抗断裂强度的由特定粘胶和再生浴组合物制成的再生纤维素纤维，其纤维拉伸凝结时能达到更高程度的分子取向。莫代尔纤维具有吸湿性好、性能稳定、穿着舒适等优点，是理想的贴身织物和保健服饰产品。将蛋白添加到莫代尔纤维中去，不仅可以使纤维更加柔软有光泽，吸湿透气性更好，同时还起到保健肌肤的功效，满足人们对纤维更多的需求。但是蛋白容易受到碱性环境的影响，强碱性环境会使蛋白质发生降解，当蛋白质遇强碱性环境时，首先会降解至多肽，接着降解为氨基酸，而莫代尔纤维的纺丝原液为碱性环境，因此混合后容易造成蛋白的分解流失，成品蛋白纤维中的蛋白含量往往很低。若成品蛋白纤维后期需要染色加工，染色过程也多为强碱性环境，会造成纤维中蛋白含量的进一步流失。并且，蛋白是不溶于水的，在水中多以乳滴的状态存在，而乳滴的粒径很大，在成品蛋白纤维中多以“杂质颗粒”的形势存在，因此容易对成品蛋白纤维的强度造成影响，成品蛋白纤维的强力普遍偏低。
专利号“CN201010184697.4”名称为“牛奶蛋白共混再生纤维素纤维及其制备工艺与应用”，将牛奶蛋白添加到粘胶纺丝原液中，但是碱性的环境，造成了蛋白含量的大量流失，资源浪费严重，粘胶纤维中蛋白含量较低，影响了其功能性的发挥。
专利号“CN201310528000.4”名称为“一种牛奶蛋白竹炭粘胶纤维及其制备方法”，利用竹炭的吸附性来吸附牛奶蛋白，但是并不能从根本上解决碱性环境对牛奶蛋白的影响，并且该方法对工艺的精度要求过高，稍有差别就会影响纤维的可纺性，操作较为复杂。
现有技术中还很少有将蛋白添加到莫代尔纤维中的手段，通常是将莫代尔纤维和蛋白纤维进行混纺，但是混纺后的面料容易面临染色不均、纤维间抱合力低等问题，只有将蛋白融合到莫代尔纤维中，才能使二者真正结合实现更好的功能性。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种蛋白莫代尔纤维及其制备方法，实现以下发明目的：
1.制备一种高蛋白含量的蛋白莫代尔纤维；
2.将蛋白添加到莫代尔纤维中去，并减少蛋白在纤维制备过程中的流失；
3.纤维成型后烘干并微波加热处理，使制备的蛋白莫代尔纤维在后续织造染整过程中蛋白不易流失。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种蛋白莫代尔纤维，其中蛋白的含量高达11.8-15.2％。
一种蛋白莫代尔纤维的制备方法，包括浸渍、老成、黄化、蛋白纺丝原液的制备、纺丝、后处理、烘干、二次烘干。
S1、浸渍
将浆粕原料浸于温度45-55℃，质量分数14-18％的氢氧化钠溶液中，浸渍50-60min，碱液溶解掉低聚合度的半纤维素，得到不溶解的部分，即为α-纤维素。
优选的，所述浆粕原料为竹浆粕、棉浆粕或者木浆粕的一种。
S2、老成
将α-纤维素进行压榨得到直径10-20μm的碱纤维素，粉碎后老成处理，老成温度为20-25℃，老成时间为2-3h。
S3、黄化
加入α-纤维素质量25-35％的CS
优选的，所述熟成，温度为10-15℃，时间为5-10h。
所述纺丝原液中甲纤的含量为8.5-10.5wt％，碱含量3.5-4wt％，粘度80-120mPa.s，熟成度为20-26ml(10％氯化铵)，酯化度60-70。
S4、蛋白纺丝原液的制备
将纺丝原液的温度控制在20-25℃，向纺丝原液中注射活性蛋白液混合3-5min，再加入助剂混合2-3min，混合均匀之后，得到蛋白纺丝原液。
优选的，所述活性蛋白液为乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠的混合水溶液；所述乳清蛋白肽的含量为活性蛋白液的20-25wt％，所述酪蛋白酸钠的含量为活性蛋白液的8-12wt％。
优选的，所述活性蛋白液的加入量为纺丝原液的2-5wt％。
优选的，所述助剂的加入量为纺丝原液的0.8-1.5wt％，包括脂肪酸磺烷基酯、磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠、甲基硅油；所述脂肪酸磺烷基酯、磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠、甲基硅油的比例为8-13:4-6:3-7:6-8。
由于活性蛋白液中乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都呈小分子状态，极易与纺丝原液混合并均匀地分布于纺丝原液中，并且乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都不易受碱性环境的影响。
S5、纺丝
在纺丝机中蛋白纺丝原液由喷头挤出与凝固浴反应，获得初生纤维丝束；其中凝固浴组份为硫酸65-80g/L、硫酸锌70-90g/L、硫酸钠150-180g/L，反应温度为40-50℃，纺丝速率为45-53m/min，浸浴时间为0.5-1s。
蛋白纺丝原液通过喷丝头进入凝固浴后，纤维素磺酸钠遇硫酸再生成型形成纤维素纤维，乳清蛋白肽遇酸变性生成蛋白，酪蛋白酸钠遇酸生成酪蛋白，并在助剂的作用下与纤维素纤维结合时蛋白分布更加均匀，不会以杂质的形式存在来影响纤维的强力。
S6、后处理
初生纤维丝束经-40～-25％喷头牵伸、20～35％的纺盘牵伸、35～65％塑化浴牵伸以及-1～3％的回缩牵伸这四级梯度牵伸、塑化定型后再进行切断和后处理，其中后处理工艺包括去酸洗、脱硫、水洗。
优选的，所述脱硫，采用亚硫酸钠作为脱硫剂，浓度为15-30g/L，温度为70-80℃；所述水洗的pH为7-9，温度为60-80℃。
S7、烘干
将后处理后的纤维丝束进行烘干。
优选的，所述烘干，首先经过130-140℃烘干1-2h，接着微波加热30-40min，微波功率为100-200W。
将纤维丝束烘干并微波加热后，蛋白在纤维中呈凝固状态，性能更加稳定，在后续织染过程中不易流失。
S8、二次烘干
将烘干后的纤维丝束进行上油，再次在90-100℃烘干2-3h，得到本发明制备的蛋白莫代尔纤维。
优选的，所述油浴，浓度为8-15g/L，温度为60-65℃。
由于采用了上述技术方案，本发明达到的技术效果是：
1、本发明制备的蛋白莫代尔纤维，机械性能良好，吸湿性佳，其中干断裂强度3.52-3.8cN/dtex，湿断裂强度2.11-2.3cN/dtex，回潮率14.1-16.2％。
2、本发明制备的蛋白莫代尔纤维，蛋白含量高达15.2％，制备过程中蛋白流失率低于0.5％。
3、本发明中不直接采用蛋白粉体，而是采用乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠，避免了蛋白在碱性环境中的降解流失，并且由于乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都呈小分子状态，极易与纺丝原液混合并均匀地分布于纺丝原液中。
4、蛋白纺丝原液通过喷丝头进入凝固浴后，纤维素磺酸钠遇硫酸再生成型形成纤维素纤维，乳清蛋白肽遇酸变性生成蛋白，酪蛋白酸钠遇酸生成酪蛋白，同时在助剂的作用下蛋白质在纤维中分布更加均匀，也不会以杂质的形式存在影响纤维的强力。
5、将纤维丝束烘干并微波加热后，蛋白在纤维中呈凝固状态，性能更加稳定，在后续织染过程中不易流失。
6、本发明制备的蛋白莫代尔纤维，蛋白含量稳定不易流失，染色后蛋白的流失率低于4％。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。
实施例1一种蛋白莫代尔纤维及其制备方法
S1、浸渍
将竹浆粕原料浸于温度50℃，质量分数16％的氢氧化钠溶液中，浸渍55min，碱液溶解掉低聚合度的半纤维素，得到不溶解的部分，即为α-纤维素。
S2、老成
将α-纤维素进行压榨得到直径16μm的碱纤维素，粉碎后老成处理，老成温度为22℃，老成时间为2.5h。
S3、黄化
加入α-纤维素质量30％的CS
所述熟成，温度为12℃，时间为8h。
所述纺丝原液中甲纤的含量为9.5wt％，碱含量4wt％，粘度100mPa.s，熟成度为23ml(10％氯化铵)，酯化度65。
S4、蛋白纺丝原液的制备
将纺丝原液的温度控制在22℃，向纺丝原液中注射活性蛋白液混合4min，再加入助剂混合3min，混合均匀之后，得到蛋白纺丝原液。
所述活性蛋白液为乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠的混合水溶液；所述乳清蛋白肽的含量为活性蛋白液的23wt％，所述酪蛋白酸钠的含量为活性蛋白液的10wt％。
所述活性蛋白液的加入量为纺丝原液的5wt％。
所述助剂的加入量为纺丝原液的1.2wt％，包括脂肪酸磺烷基酯、磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠、甲基硅油；所述脂肪酸磺烷基酯、磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠、甲基硅油的比例为10:5:5:7。
由于活性蛋白液中乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都呈小分子状态，极易与纺丝原液混合并均匀地分布于纺丝原液中，并且乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都不易受碱性环境的影响。
S5、纺丝
在纺丝机中蛋白纺丝原液由喷头挤出与凝固浴反应，获得初生纤维丝束；其中凝固浴组份为硫酸70g/L、硫酸锌80g/L、硫酸钠170g/L，反应温度为45℃，纺丝速率为50m/min，浸浴时间为0.8s。
蛋白纺丝原液通过喷丝头进入凝固浴后，纤维素磺酸钠遇硫酸再生成型形成纤维素纤维，乳清蛋白肽遇酸变性生成蛋白，酪蛋白酸钠遇酸生成酪蛋白，并在助剂的作用下与纤维素纤维结合时蛋白分布更加均匀，不会以杂质的形式存在来影响纤维的强力。
S6、后处理
初生纤维丝束经-30％喷头牵伸、30％的纺盘牵伸、50％塑化浴牵伸以及1％的回缩牵伸这四级梯度牵伸、塑化定型后再进行切断和后处理，其中后处理工艺包括去酸洗、脱硫、水洗。
所述脱硫，采用亚硫酸钠作为脱硫剂，浓度为20g/L，温度为75℃；所述水洗的pH为8，温度为70℃。
S7、烘干
将后处理后的纤维丝束进行烘干。
所述烘干，首先经过135℃烘干1.5h，接着微波加热35min，微波功率为150W。
将纤维丝束烘干并微波加热后，蛋白在纤维中呈凝固状态，性能更加稳定，在后续织染过程中不易流失。
S8、二次烘干
将烘干后的纤维丝束进行上油，再次在95℃烘干2.5h，得到本发明制备的蛋白莫代尔纤维。
所述油浴，浓度为12g/L，温度为63℃。
采用实施例1制备的蛋白莫代尔纤维干断裂强度3.8cN/dtex，湿断裂强度2.3cN/dtex，回潮率16.2％；蛋白含量为15.2％，制备过程中蛋白流失率为0.32％；；染色后蛋白不易流失，流失率为3％。
实施例2一种蛋白莫代尔纤维及其制备方法
S1、浸渍
将棉浆粕原料浸于温度45℃，质量分数14％的氢氧化钠溶液中，浸渍60min，碱液溶解掉低聚合度的半纤维素，得到不溶解的部分，即为α-纤维素。
S2、老成
将α-纤维素进行压榨得到直径10μm的碱纤维素，粉碎后老成处理，老成温度为20℃，老成时间为3h。
S3、黄化
加入α-纤维素质量25％的CS
所述熟成，温度为10℃，时间为10h。
所述纺丝原液中甲纤的含量为8.5wt％，碱含量4wt％，粘度80mPa.s，熟成度为20ml(10％氯化铵)，酯化度60。
S4、蛋白纺丝原液的制备
将纺丝原液的温度控制在20℃，向纺丝原液中注射活性蛋白液混合3min，再加入助剂混合3min，混合均匀之后，得到蛋白纺丝原液。
所述活性蛋白液为乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠的混合水溶液；所述乳清蛋白肽的含量为活性蛋白液的20wt％，所述酪蛋白酸钠的含量为活性蛋白液的12wt％。
所述活性蛋白液的加入量为纺丝原液的2wt％。
所述助剂的加入量为纺丝原液的0.8wt％，包括脂肪酸磺烷基酯、磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠、甲基硅油；所述脂肪酸磺烷基酯、磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠、甲基硅油的比例为8:4:3:8。
由于活性蛋白液中乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都呈小分子状态，极易与纺丝原液混合并均匀地分布于纺丝原液中，并且乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都不易受碱性环境的影响。
S5、纺丝
在纺丝机中蛋白纺丝原液由喷头挤出与凝固浴反应，获得初生纤维丝束；其中凝固浴组份为硫酸65g/L、硫酸锌70g/L、硫酸钠180g/L，反应温度为40℃，纺丝速率为45m/min，浸浴时间为1s。
蛋白纺丝原液通过喷丝头进入凝固浴后，纤维素磺酸钠遇硫酸再生成型形成纤维素纤维，乳清蛋白肽遇酸变性生成蛋白，酪蛋白酸钠遇酸生成酪蛋白，并在助剂的作用下与纤维素纤维结合时蛋白分布更加均匀，不会以杂质的形式存在来影响纤维的强力。
S6、后处理
初生纤维丝束经-40％喷头牵伸、35％的纺盘牵伸、65％塑化浴牵伸以及-1％的回缩牵伸这四级梯度牵伸、塑化定型后再进行切断和后处理，其中后处理工艺包括去酸洗、脱硫、水洗。
所述脱硫，采用亚硫酸钠作为脱硫剂，浓度为15g/L，温度为80℃；所述水洗的pH为7，温度为80℃。
S7、烘干
将后处理后的纤维丝束进行烘干。
所述烘干，首先经过130℃烘干2h，接着微波加热30min，微波功率为200W。
将纤维丝束烘干并微波加热后，蛋白在纤维中呈凝固状态，性能更加稳定，在后续织染过程中不易流失。
S8、二次烘干
将烘干后的纤维丝束进行上油，再次在90℃烘干3h，得到本发明制备的蛋白莫代尔纤维。
所述油浴，浓度为8g/L，温度为65℃。
采用实施例2制备的蛋白莫代尔纤维干断裂强度3.52cN/dtex，湿断裂强度2.11cN/dtex，回潮率14.1％；蛋白含量为11.8％，制备过程中蛋白流失率为0.4％；；染色后蛋白不易流失，流失率为3.8％。
实施例3一种蛋白莫代尔纤维及其制备方法
S1、浸渍
将木浆粕原料浸于温度55℃，质量分数18％的氢氧化钠溶液中，浸渍50min，碱液溶解掉低聚合度的半纤维素，得到不溶解的部分，即为α-纤维素。
S2、老成
将α-纤维素进行压榨得到直径20μm的碱纤维素，粉碎后老成处理，老成温度为25℃，老成时间为2h。
S3、黄化
加入α-纤维素质量35％的CS
所述熟成，温度为15℃，时间为5h。
所述纺丝原液中甲纤的含量为10.5wt％，碱含量3.5wt％，粘度120mPa.s，熟成度为26ml(10％氯化铵)，酯化度70。
S4、蛋白纺丝原液的制备
将纺丝原液的温度控制在25℃，向纺丝原液中注射活性蛋白液混合5min，再加入助剂混合2min，混合均匀之后，得到蛋白纺丝原液。
所述活性蛋白液为乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠的混合水溶液；所述乳清蛋白肽的含量为活性蛋白液的25wt％，所述酪蛋白酸钠的含量为活性蛋白液的8wt％。
所述活性蛋白液的加入量为纺丝原液的4wt％。
所述助剂的加入量为纺丝原液的1.5wt％，包括脂肪酸磺烷基酯、磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠、甲基硅油；所述脂肪酸磺烷基酯、磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠、甲基硅油的比例为13:6:7:6。
由于活性蛋白液中乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都呈小分子状态，极易与纺丝原液混合并均匀地分布于纺丝原液中，并且乳清蛋白肽和酪蛋白酸钠都不易受碱性环境的影响。
S5、纺丝
在纺丝机中蛋白纺丝原液由喷头挤出与凝固浴反应，获得初生纤维丝束；其中凝固浴组份为硫酸80g/L、硫酸锌90g/L、硫酸钠150g/L，反应温度为50℃，纺丝速率为53m/min，浸浴时间为0.5s。
蛋白纺丝原液通过喷丝头进入凝固浴后，纤维素磺酸钠遇硫酸再生成型形成纤维素纤维，乳清蛋白肽遇酸变性生成蛋白，酪蛋白酸钠遇酸生成酪蛋白，并在助剂的作用下与纤维素纤维结合时蛋白分布更加均匀，不会以杂质的形式存在来影响纤维的强力。
S6、后处理
初生纤维丝束经-25％喷头牵伸、20％的纺盘牵伸、35％塑化浴牵伸以及3％的回缩牵伸这四级梯度牵伸、塑化定型后再进行切断和后处理，其中后处理工艺包括去酸洗、脱硫、水洗。
所述脱硫，采用亚硫酸钠作为脱硫剂，浓度为30g/L，温度为70℃；所述水洗的pH为9，温度为60℃。
S7、烘干
将后处理后的纤维丝束进行烘干。
所述烘干，首先经过140℃烘干1h，接着微波加热40min，微波功率为100W。
将纤维丝束烘干并微波加热后，蛋白在纤维中呈凝固状态，性能更加稳定，在后续织染过程中不易流失。
S8、二次烘干
将烘干后的纤维丝束进行上油，再次在100℃烘干2h，得到本发明制备的蛋白莫代尔纤维。
所述油浴，浓度为15g/L，温度为60℃。
采用实施例2制备的蛋白莫代尔纤维干断裂强度3.69cN/dtex，湿断裂强度2.2cN/dtex，回潮率14.7％；蛋白含量为14.6％，制备过程中蛋白流失率为0.37％；；染色后蛋白不易流失，流失率为3.3％。
对比例1
选择具有代表性的实施例1，将S4中的助剂去掉，其余均与实施例1一致，作为对比例1。采用对比例1制备的纤维干断裂强度2.8cN/dtex，湿断裂强度1.42cN/dtex，回潮率12.6％，说明在助剂的作用下蛋白质在纤维中分布更加均匀，也不会以大颗粒杂质的形式存在影响纤维的强力。
对比例2
选择具有代表性的实施例1，将S7中的烘干去掉，其余均与实施例1一致，作为对比例2。采用对比例2制备的纤维染色后蛋白流失率为12.4％，染色后蛋白流失严重，说明将纤维丝束烘干并微波加热后，蛋白在纤维中呈凝固状态，性能更加稳定，在后续织染过程中不易流失。
除非特殊说明，本发明所述比例，均为质量比例，所述百分比，均为质量百分比；原料均为市购。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。