角蛋白纤维的改性方法技术

公开了羊毛等角蛋白纤维改性的改进方法。在过渡金属盐的水溶液存在下对角蛋白纤维施加机械作用以弱化和破坏鳞片上的角质层下部分的结构以使过渡金属渗入角质层下部分达高浓度。角蛋白纤维浸泡于含有氧化剂如过硫化氢和单过硫酸的浴液中。氧化剂通过过渡金属的催化作用被分解。主要由于分解产生的氧气的压力，角质层被剥离而不损伤非角质蛋白，并提供不含滞留金属的改性纤维。不使用常规含氯化合物的氧化剂可得到高防缩效果。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对角蛋白纤维或动物纤维，典型的是羊毛的改性方法的改进。本专利技术的方法利用对环境产生较小影响的非氯基氧化剂可以鳞片(外表皮细胞)上去除角质层。缩绒，羊毛的一个缺陷，是由于构成角蛋白纤维固有的表皮细胞的角质化层和非角质化蛋白层吸水能力不同而溶胀程度不同导致变形所致。去除表层细胞的各种改性方法已进行过尝试，然而，常规方法易损伤纤维本身。作为羊毛的一种防收缩如高品质化技术，专利技术者确立了一种利用过渡金属的催化作用剥除羊毛鳞片的方法，并且已予公开(日本专利公开NO.62—19540)。方法包括将一种动物纤维浸泡于一过渡金属离子的水溶液中以使金属离子可被纤维表面开放的亲水性部分吸附，即表皮细胞和紧邻前者的亲水性蛋白部分的连接部分，用一高浓度的氧化剂水溶液处理纤维，利用金属离子—蛋白配合物催化产生催化氧化分解。这样从其内侧破坏并剥离表层细胞。专利技术者通过与一些合作专利技术者所做的研究进一步发现如此得到的亲水防缩羊毛可用作人的皮肤伤口包扎材料，而且也已公开了这种技术(日本专利公开NO.04—82561)。在上面的研究中专利技术者们发现改性的羊毛和未处理的羊毛显示了不同的抗菌活性。作为继续研究的结果，已发现通过进行包括去除构成羊毛纤维表层细胞最外层部分的角蛋白或外表层以裸露亲水的非角质化蛋白的内表层的内表层的处理将得到各种有用的性能，诸如抗菌活性，且这些性能是永久的事实。这一发现也已公开(日本专利说明书NO.05—283698)。在角蛋白质纤维的常规改性方法中氯化合物诸如次氯酸钠由于其甚至溶解角蛋白纤维的强烈氧化性作用而被用作氧化剂。使用这种氧化剂不可避免地导致氯化合物转化为废水，并且鉴于全球防止二恶烯的生成的目的制定的可吸收的有机卤化合物的排放限制，在将来将不允许使用氯化合物。因此必须利用市售的非氯基氧化剂，被认为是“对环境无害的”诸如过氧化氢或过氧化合物进行角蛋白纤维的改性。然而，这种氧化剂具有不太强的氧化能力，这种氧化能力居于适合于漂洗羊毛但不能充分去除羊毛上的鳞片的水平。实际上，利用非氯基氧化剂抗缩绒处理需长时间处理，产生严重的羊毛纤维的损伤，且防缩效果仍然不理想。这样机器可洗产品不能利用辅助树脂处理制取是该技术的实际状况，况且在防缩处理中用作蒙囿剂的表氯醇聚酰胺树脂含有氯，因此使用这种化合物是不合适的。如上所述，用作氧化反应催化剂的过渡金属在水溶液浴中以离子的形式使用。通常，角蛋白纤维被浸渍于能使金属离子化的酸性条件下的过渡金属盐水溶液中。亲水的非角质蛋白或内表层溶胀且过渡金属离子被溶胀的蛋白质吸附，这样催化剂分布于纤维中。按照这种技术，氧化分解发生在整个内表皮，而且尽管可达到鳞片去除，但羊毛纤维将被损伤。氧化分解定位于鳞片角蛋白层邻近的角蛋白层下部分，且非角蛋白部分，鉴于它连接纤维内部的事实，保持不变是必需的。专利技术者尝试了在分散催化剂时对角蛋白质纤维施加机械作用，且得到了较好的结果。在角蛋白纤维的表层细胞上角质部分相对比较刚硬而非角质蛋白部分相对比较柔软。这样，当对纤维施加强机械作用时，角质部分邻近的非角质蛋白部分发生相当大的变形以至非角质部分被弱化和破坏的程度。这导致这些部分吸附的金属离子浓度比在其它部分中高。因此，它可能集中氧化角质部分邻近的非角质蛋白部分而去除角蛋白层。然而，进一步研究显示，当它们被蛋白质吸附后过渡金属离子的催化效果不是那么强。特别是，含有许多阴离子基团的表层细胞非角质蛋白易于与过渡金属离子生成螯合的配合物而显示出减缓的催化效果。因此利用市售的氧化能力较弱的非氯基氧化剂去除角蛋白层是很困难的。进一步的困难在于纤维中滞留高浓度的过渡金属且去除纤维上的金属很困难这一事实。这些滞留的金属，不仅对后处理步骤诸如染色是不合适的，而且在纤维产品使用时是令人讨厌的。本专利技术的目的是提供一种使用非氯基氧化剂达到至少与氯基氧化剂同样的处理效果，可保持诸如非角质蛋白部分等功能性部分，且其中用作催化剂的过渡金属实际上不滞留在改性纤维产品中的上面所述。本专利技术改性角蛋白纤维的特征在于依次下列步骤a)过渡金属盐浸渗步骤，包括在通过降低水含量，改变pH值或添加不同于过渡金属的其它金属离子而易发生沉淀的过渡金属盐的水溶液的存在下对角蛋白纤维施加机械作用，由于皮层细胞的角质层和非角质蛋白层力学性能的不同，这样就导致了接合于角质层内侧的角质层下部分的结构被弱化和破坏，并且在角质层下部分中导入过渡金属盐溶液；b)催化剂形成步骤，包括降低过渡金属盐溶液的水含量，调节溶液的pH值，或添加不同种类金属盐以在角质层下部分中产生沉淀并分散氧化反应催化剂；及c)角蛋白层去除步骤，包括将一氧化剂与角蛋白纤维反应，在过渡金属的催化作用下，在角蛋白层下部分发生快速反应，这样角蛋白层可以角蛋白层下部分去除并可裸露非角质蛋白层。术语“角蛋白纤维”意指陆生哺乳动物的伴毛包括动物纤维诸如绵羊毛，美洲驼毛和羊驼毛，甚至人的头发。纤维的形式可以是任意的，包括任何形式诸如原纤维，纱，针织物，织物和无纺织物。过渡金属盐的“沉淀”用于包括金属盐自身的沉淀，以金属氢氧化物的形式沉淀，甚至包括以还原为金属态形式沉淀。作为过渡金属盐，可使用选自Cu，Fe，Ni，Co，Mn，Cr，和Zn的金属的水溶性盐。尽管这些盐的水溶液离解为弱酸性或弱碱性溶液，添加一酸或一碱以调节溶液的pH值至刚好发生沉淀之前的值使大大避免离子与非角质蛋白配位体的络合成为可能。使用铁作为过渡金属催化剂是受到限制的，因为如果Fe滞留在纤维中，对染色步骤来说是讨厌的。然而，按照本专利技术，没有Fe会滞留在改性纤维中，所以，使用Fe将不会带来麻烦。适当的过渡金属盐溶液的浓度为几十至一百几十ppm金属离子浓度。促进过渡金属盐沉淀的典型方法是改变pH值。降低体系中水含量和在体系中加入不同于过渡金属的其它金属离子也是有效的。这些方法可单独使用，或两种或多种联合使用。降低水的含量，除降低水溶液体系中水的绝对量外，还包括添加一高浓度强电解质中性盐以减少可结合到过渡金属盐上的自由水。添加不同离子的例子为如后面描述的实施例中显示的在Fe++中联合使用Cu++。因为电离趋势不同，Cu++从Fe++得到电子并以金属的形式沉淀出来。另一方面，Fe++本身被水中溶解的氧氧化成Fe+++并易于从水中以Fe(OH)3的形式沉淀出来。催化剂生成步骤最好在高浓度的强电解质中性盐溶液存在下进行以抑制非角质蛋白部分的溶胀。这有利于促进过渡金属盐的沉降。作为强电解质中性盐，那些金属盐具有比用作催化剂的过渡金属盐更高的电离趋势。常规的盐为钠或钾的矿物酸盐类，诸如NaCl和Na2SO4。因为添加强电解质中性盐的目的是夺取过渡金属离子的结合水，所以添加盐至饱和或接近饱和程度的高浓度是有效的。施加于角蛋白纤维的机械作用可以是各种形式，诸如弯曲和扭转。典型的机械作用为弯曲度20％或更高，优选为30％左右，并松驰，多次重复施加这种机械作用。过渡金属盐的水溶液可以是悬浮液或乳液形式，其中水溶液液滴分散于有机溶剂中。这些具体应用可降低浴比。分散或乳化可利用合适的表面活性剂很容易进行。氧化剂可以是选自于单过硫酸或它的盐，双过硫酸或它的盐，过硫酸氢盐，过甲酸，和过乙酸及它们的盐中的一种或多种化合物。这些化合物在pH值为7.5—10.5的碱性水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角蛋白纤维的改性方法）包括： ａ）过渡金属盐浸渗步骤，它包括在一可通过降低水含量，改变ｐＨ值和添加不同于过渡金属的另一金属离子中任一种方法能容易发生沉淀的过渡金属盐水溶液存在下对角蛋白纤维施加机械作用，这样由于皮层细胞角蛋白层和非角蛋白层力学性能的差异而致使削弱和破坏邻接于角蛋白层内侧的角蛋白层下部分结构，并在角蛋白层下部分引入过渡金属盐溶液； ｂ）催化剂形成步骤，它包括降低过渡金属盐溶液的水含量，改变溶液的ｐＨ值，或添加一种不同金属盐的离子以产生沉淀并分散氧化反应催化剂于角蛋白层下部分；及 ｃ）角蛋白层去除步骤，它包括将在过渡金属的催化作用下将一氧化剂与角蛋白纤维反应以导致在角蛋白层下部分快速反应，这样角蛋白层可从角蛋白层下部分上去除并裸露非角质蛋白层部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：北条博史，
申请(专利权)人：北条博史，
类型：发明
国别省市：JP[日本]