專利名稱：大豆蛋白質/聚氨酯/聚丙烯腈共混復合纖維及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高分子合成纖維技術領域，具體涉及在聚丙烯腈纖維紡絲原液中添加大豆蛋白質和聚氨酯以改善聚丙烯腈纖維的染色性、抗靜電性、回彈性，提高聚丙烯腈纖維的服用舒適性的一種制備方法。
背景技術：
以蛋白質為基體的再生蛋白質纖維作為真絲和羊毛的廉價代用品在十九世紀末就受到美國、歐洲和日本極大關注，但由于科技水平的限制，這一時期所研制出的蛋白質纖維因物理機械性能差、制備的技術難度大等原因而未能實現工業(yè)化生產。后來，由于石油化學工業(yè)的發(fā)展等原因，研究者將新纖維的研究方向轉向合成纖維和再生纖維素纖維的研制，合成纖維具有許多優(yōu)良性能，但也存在染色性、吸濕性、透氣性差，纖維易積聚靜電荷，織物易起毛起球等缺點?，F代人追求自然化、舒適化、個性化，天然纖維受到越來越多的青睞。但是棉、麻、羊毛、蠶絲等天然纖維受到種植、養(yǎng)殖面積的限制，無法大量發(fā)展。同時化學纖維降解速度緩慢，造成嚴重的環(huán)境污染，而石油在全球的儲存量有限，尋找石油的替代資源一直是人們關注的熱點。因此從80年代末開始，國內外對再生蛋白質纖維的研究工作又開始重視起來。
用再生蛋白質改性化學纖維性能，常采用的方法有①聚合改性將再生蛋白質與聚合物單體接枝共聚，使產物兼具天然高聚物和合成高聚物二者的優(yōu)異性能。60年代始，日本東洋紡公司研究了大豆、玉米蛋白質接枝丙烯腈，經濕法紡制纖維，相關專利見日本特許出版公告昭37-18387，昭38-9431，昭39-90，昭40-15821，昭40-15823，昭40-15979，昭43-9748，昭43-27407，昭44-23137，昭51-53098。但東洋紡公司研制成功了酪素接枝丙烯腈纖維，商品名為“Chinon”；②共混改性，共混改性這種方法投資少、見效快，是當前高分子材料科學與工程中最活躍的領域之一。植物蛋白質與聚乙烯醇或聚丙烯腈或粘膠共混纖維分別見CN 01104271.0 CN99116636.1 CN 02138823.7 CN 03115288.0等相關專利。
聚丙烯腈纖維由于其飽暖性好、抗菌、防霉、防蛀、抗光照老化，原料易得，并有非常優(yōu)越的耐輻射性和耐腐蝕性而被廣泛地應用于服飾、裝飾和工業(yè)領域，目前其產量在合成纖維中位于第四位。但由于聚丙烯腈纖維固有的疏水性和絕緣性，其手感、吸濕性、染色性較差，易產生靜電，限制了聚丙烯腈在很多領域的應用。
在常見的植物種子中，大豆含有的蛋白質量最多。大多數的大豆種子含有30-45％的蛋白質，由脫脂豆粕提取得到的大豆分離蛋白則含有90％以上的蛋白質。由于大豆蛋白質具有產量大、可再生性、可生物降解性以及與動物蛋白相比較為低廉的價格，同時豆類屬于固氮類植物，有利于土壤的保護。所以目前大豆蛋白質是再生蛋白質研究的熱點之一。
聚氨酯纖維是一種高彈性纖維，它的斷裂伸長率大于400％，形變300％時的彈性恢復率在95％以上，這是任何一種纖維所不可比擬的。聚氨酯大分子是一種線型嵌段共聚物，有軟鏈段和硬鏈段組成，其中硬鏈段之間通過較強的分子間作用力如氫鍵而聚集成微區(qū)。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種大豆蛋白質/聚氨酯/聚丙烯腈共混復合纖維，以克服單一材料所存在的缺陷；本發(fā)明目的是提供一種制備大豆蛋白質/聚氨酯/聚丙烯腈共混復合纖維的方法。
本發(fā)明利用大豆蛋白質改善聚丙烯腈纖維的吸濕性、染色性和抗靜電性；利用聚氨酯彈性纖維的高回彈性改善聚丙烯腈纖維的回彈性，以達到提高聚丙烯腈纖維服用舒適性的目的。
本發(fā)明所提供的大豆蛋白質/聚氨酯/聚丙烯腈共混復合纖維是由大豆蛋白質、聚氨酯和聚丙烯腈共混復合而成，其中大豆蛋白的重量份數為5-30份，聚丙烯腈的重量份數為90-60份，聚氨酯的重量份數為5-10份。
本發(fā)明的大豆蛋白質/聚氨酯/聚丙烯腈共混復合纖維的制備方法包括如下步驟將重量濃度為9～15％的大豆蛋白質二甲業(yè)砜溶液、重量濃度為15～20％的聚丙烯腈二甲亞砜溶液和重量濃度為20～35％的聚氨酯二甲亞砜溶液混合均勻，獲得紡絲漿液，其中，大豆蛋白質的重量份數為5-30份，聚丙烯腈的重量份數為90-60份，聚氨酯的重量份數為5-10份，紡絲漿液中的重量固含量為15-25％。
聚丙烯腈二甲亞砜溶液是直接合成的或是經過濃縮或是由纖維級聚丙烯腈溶解于二甲亞砜中得到的，溶液中聚丙烯腈的固含量為12-20％；聚氨酯二甲亞砜溶液是直接合成的或是經過濃縮或是由纖維級聚氨酯溶解于二甲亞砜中得到的，溶液中聚氨酯的固含量為15-35％；大豆蛋白質二甲亞砜溶液是采用如下的方法制備的大豆蛋白質二甲亞砜溶液中大豆蛋白質的固含量為9-15％。
將所述及的紡絲漿液經真空靜止脫泡，過濾，紡絲原液經噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為重量濃度為50-60％的二甲亞砜水溶液，浴溫20-30℃，紡絲速度5-10m/min，凝固浴可為一級或多級；紡出的纖維經預熱浴進行低倍拉伸，預熱浴溫度為30-60℃，二甲亞砜的重量含量為2.5-3％，拉伸倍數為1.5-2.5倍；出預熱浴后的絲束仍含有一定量的二甲亞砜，在40～60℃左右水洗，使水洗后纖維中的二甲亞砜含量小于0.1％；
水洗后的纖維在80-140℃下牽伸，拉伸倍數為5-10倍；然后在80-180℃下干燥致密化，在70-100℃的溫度下卷曲，最后在80-160℃下汽蒸定型。
本發(fā)明采用榨油之后的大豆豆粕中提取的大豆分離蛋白質和聚氨酯為原材料，利用蛋白質的酸性染料可染性，與人體的親和性，改善聚丙烯腈纖維的染色性、抗靜電性，利用聚氨酯纖維的高彈性提高大豆蛋白質與聚丙烯腈共混復合纖維的回彈性。這種纖維即保留了聚丙烯腈纖維原有的優(yōu)點，又克服了聚丙烯腈纖維帶靜電及人體親和性差的缺點，以達到提高聚丙烯腈纖維服用舒適性的目的。在纖維的制備方法方面，可基本利用聚丙烯腈纖維原有生產設備，不必進行大的改動，只需添加一些簡單的設備即可，同時對農作物的副產物進行了深加工和再利用，采用可再生的、可降解的植物蛋白質作為部分石油資源的替代品，有利于產生新的經濟效益。
具體實施例方式
通過以下實施例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內容。
實施例1將10公斤的大豆蛋白質加入90公斤二甲亞砜/尿素混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質溶液；混合溶劑中，助溶劑尿素的重量濃度為10％；將17公斤聚丙烯腈溶解于83公斤二甲亞砜中；合成聚氨酯的重量固含量為25％的樹脂液。
將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質的重量份數為15份，聚氨酯的重量份數為5份，聚丙烯腈的重量份數為80份。
三元聚合物在紡絲原液中的總固含量為18％。
將上述紡絲原液經真空靜止脫泡過濾后經噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為50％的二甲亞砜水溶液，浴溫25℃，紡絲速度8m/min。初生纖維在浴溫為60℃，溶劑含量為3％的預熱浴中進行1.5倍的拉伸。然后用50℃的脫鹽水對纖維進行水洗，在98℃的蒸汽浴中拉伸8倍。水洗后的纖維在100℃條件下進行干燥致密化，干燥后的纖維在90℃的溫度下進行卷曲，后在溫度為140℃的汽蒸定型鍋中進行汽蒸定型，得到大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維的線密度、斷裂強度和斷裂伸長率，見表1中樣品1。
實施例2將12公斤的大豆蛋白質加入88公斤二甲亞砜/尿素混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質溶液；混合溶劑中，助溶劑尿素的重量濃度為14％；20公斤聚丙烯腈溶解于80公斤二甲亞砜中；合成聚氨酯固含量為28％的樹脂液。將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質的重量份數為12份，聚氨酯的重量份數為8份，聚丙烯腈的重量份數為80份。
三元聚合物在紡絲原液中的的總固含量為20％。
將上述紡絲原液經真空靜止脫泡過濾后經噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為55％的二甲亞砜水溶液，浴溫30℃，紡絲速度10m/min。初生纖維在浴溫為60℃，溶劑含量為3％的預熱浴中進行1.4倍的拉伸。然后用50℃的脫鹽水對纖維進行水洗，在90℃的蒸汽浴中拉伸9倍。水洗后的纖維在120℃條件下進行干燥致密化，干燥后的纖維在85℃的溫度下進行卷曲，后在溫度為130℃的汽蒸定型鍋中進行汽蒸定型，得到大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維的線密度、斷裂強度和斷裂伸長率，見表1中樣品2。
實施例3將15公斤的大豆蛋白質加入85公斤二甲亞砜/尿素混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質溶液；混合溶劑中，助溶劑尿素的重量濃度為14％；20公斤聚丙烯腈溶解于80公斤二甲亞砜中；合成聚氨酯固含量為30％的樹脂液。
將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質的重量份數為15份，聚氨酯重量份數為10份，聚丙烯腈重量份數為75份。
三元聚合物在紡絲原液中的總固含量為20％。
將上述紡絲原液經真空靜止脫泡過濾后經噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為50％的二甲亞砜水溶液，浴溫30℃，紡絲速度10m/min。初生纖維在浴溫為55℃，溶劑含量為3％的預熱浴中進行1.5倍的拉伸。然后用50℃左右的脫鹽水對纖維進行水洗，在90℃的蒸汽浴中拉伸9倍。水洗后的纖維在110℃條件下進行干燥致密化，干燥后的纖維在95℃的溫度下進行卷曲，后在溫度為135℃的汽蒸定型鍋中進行汽蒸定型，得到大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維的線密度、斷裂強度和斷裂伸長率，見表1中樣品3。
實施例4將15公斤的大豆蛋白質加入加入85公斤二甲亞砜/鹽酸胍混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質溶液，混合溶劑中，助溶劑鹽酸胍的重量濃度為15％；20公斤聚丙烯腈溶解于80公斤二甲亞砜；合成聚氨酯固含量為30％的樹脂液。
將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質的重量份數為15份，聚氨酯的重量份數為10份，聚丙烯腈的重量份數為75份。三元聚合物在紡絲原液中的總固含量為20％。
將上述紡絲原液經真空靜止脫泡過濾后經噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為50％的二甲亞砜水溶液，浴溫30℃，紡絲速度10m/min。初生纖維在浴溫為55℃，溶劑含量為3％的預熱浴中進行1.5倍的拉伸。然后用50℃左右的脫鹽水對纖維進行水洗，在90℃的蒸汽浴中拉伸9倍。水洗后的纖維在110℃條件下進行干燥致密化，干燥后的纖維在95℃的溫度下進行卷曲，后在溫度為135℃的汽蒸定型鍋中進行汽蒸定型，得到大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維的線密度、斷裂強度和斷裂伸長率，見表1中樣品4。
實施例5將重量分數為15％(是否需要與上述的實施例相同敘述？15公斤的)的大豆分離蛋白質加入85公斤二甲亞砜/鹽酸胍混合溶劑中，攪拌并緩慢升溫使之充分溶解，得到透明的大豆蛋白質溶液，混合溶劑中，助溶劑鹽酸胍的重量濃度為15％；20公斤聚丙烯腈溶解于80公斤二甲亞砜；合成聚氨酯固含量為28％的樹脂液。
將上述三種溶液按比例混合制備紡絲原液，其中大豆蛋白質占總固含量的15份，聚氨酯占總固含量的10份，聚丙烯腈占總固含量的75份。三元聚合物在紡絲原液中的總固含量為18％。
將上述紡絲原液經真空靜止脫泡過濾后經噴絲頭而壓入凝固浴中，凝固浴為55％的二甲亞砜水溶液，浴溫35℃，紡絲速度10m/min。初生纖維在浴溫為55℃，溶劑含量為2.5％的預熱浴中進行1.6倍的拉伸。然后用50℃左右的脫鹽水對纖維進行水洗，在95℃的蒸汽浴中拉伸9倍。水洗后的纖維在120℃條件下進行干燥致密化，干燥后的纖維在90℃的溫度下進行卷曲，后在溫度為140℃的汽蒸定型鍋中進行汽蒸定型，得到大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維。參照GB/T14335-93和GB/T14337-93測試計算大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維的線密度、斷裂強度和斷裂伸長率，見表1中樣品5。
表1實施例中的纖維樣品的性能匯總表

權利要求
1.一種大豆蛋白質/聚氨酯/聚丙烯腈共混復合纖維，其特征在于，大豆蛋白的重量份數為5-30份，聚丙烯腈的重量份數為90-60份，聚氨酯的重量份數為5-10份。
2.根據權利要求1所述的大豆蛋白質/聚氨酯/聚丙烯腈共混復合纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將大豆蛋白質二甲亞砜溶液、聚丙烯腈二甲亞砜溶液和聚氨酯二甲亞砜溶液混合，獲得紡絲漿液；將所述及的紡絲漿液經真空靜止脫泡，過濾，紡絲原液經噴絲頭而壓入凝固浴中；紡出的纖維經預熱浴進行低倍拉伸；熱水洗滌；水洗后的纖維在熱水或蒸氣中牽伸；然后干燥致密化，卷曲，最后汽蒸定型。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，將重量濃度為9～15％的大豆蛋白質二甲亞砜溶液、重量濃度為15～20％的聚丙烯腈二甲亞砜溶液和重量濃度為20～35％的聚氨酯二甲亞砜溶液混合，獲得紡絲漿液。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，紡絲漿液中，大豆蛋白質的重量份數為5-30份，聚丙烯腈的重量份數為90-60份，聚氨酯的重量份數為5-10份，紡絲漿液中的重量固含量為15-25％。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，聚丙烯腈二甲亞砜溶液是直接合成的或是經過濃縮或是由纖維級聚丙烯腈溶解于二甲亞砜中得到的，溶液中聚丙烯腈的固含量為12-20％；聚氨酯二甲亞砜溶液是直接合成的或是經過濃縮或是由纖維級聚氨酯溶解于二甲亞砜中得到的，溶液中聚氨酯的固含量為15-35％；大豆蛋白質二甲亞砜溶液中大豆蛋白質的固含量為15-35％。
6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，凝固浴為重量濃度為50-60％的二甲亞砜水溶液，浴溫20-30℃，紡絲速度5-10m/min，凝固浴可為一級或多級。
7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，預熱浴溫度為30-60℃，拉伸倍數為1.5-2.5倍。
8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，出預熱浴后的絲束在40～60℃水洗。
9.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，水洗后的纖維在80-140℃下牽伸，拉伸倍數為5-10倍；然后在80-180℃下干燥致密化，在70-100℃的溫度下卷曲，最后在80-160℃下汽蒸定型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大豆蛋白質/聚氨酯/聚丙烯腈共混復合纖維及制備方法。該方法采用二甲亞砜作為溶劑，使三組分充分溶解，均勻共混，調配紡絲原液，采用濕法紡制纖維。利用大豆分離蛋白質和聚氨酯改善聚丙烯腈纖維的吸濕性、染色性、抗靜電性、回彈性，提高聚丙烯腈纖維的舒適性。使用該方法能夠在原有聚丙烯腈生產設備的情況下進行大豆蛋白質聚氨酯聚丙烯腈共混復合纖維的生產，有利于大豆蛋白質在材料領域的應用，有利于大豆衍生物作為石油資源的潛在替代品的研究。
文檔編號D01F8/16GK1670274SQ200510024370
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權日2005年3月14日
發(fā)明者顧利霞, 肖茹, 陳大俊, 朱慶芳 申請人:東華大學