一种皮芯双层羽毛蛋白纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种皮芯双层羽毛蛋白纤维及其制备方法，与现有技术相比，本发明专利技术通过制备芯层纺丝液和皮层纺丝液，通过同轴针头纺丝，制备得到皮芯双层羽毛蛋白纤维；通过控制同轴内针和外针的纺丝液的质量浓度，控制纤维的皮芯层比例可调，并具有不同的聚集态结构，表现出不同的吸湿性能；而且，羽毛绒蛋白芯层纺丝液可掺杂纳米组分制备羽毛蛋白功能纤维，具有导电、自发热、保温等功能，同时满足皮芯层结构特点不同，皮层的吸湿性能不降低。向皮层纺丝液中添加纳米功能整理剂等，制备超强保温功能的羽毛蛋白纤维。经过本发明专利技术方法制备的皮芯双层羽毛蛋白纤维，能够利用废弃羽绒，具有经济价值和环保价值。

【技术实现步骤摘要】
一种皮芯双层羽毛蛋白纤维及其制备方法
本专利技术属于纺织领域，具体涉及一种皮芯双层羽毛蛋白纤维及其制备方法。
技术介绍
我国是羽毛、羽绒的生产和消费大国，羽毛绒资源丰富。羽毛、羽绒成分为角蛋白，属天然蛋白资源；若对羽毛、羽绒蛋白加以利用将获得显著的经济效益。同时，我国每年均有大量的羽毛、羽绒废弃，自然状态下，羽毛绒降解需要5-8年的时间，降解过程中羽毛、羽绒纤维糟化，易滋生细菌，给环境带来严重的生物污染等问题，因此羽毛蛋白的利用也具有环保效益。依据当前羽毛蛋白纤维开发与利用的专利技术及相关报道可知，羽毛蛋白纤维的力学性能较差，亦或蛋白功能性丧失，又或者是纤维的力学性能与功能性不可兼得的情况，现有技术影响了羽毛蛋白纤维的产业化，仍具有技术革新的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在提供一种皮芯双层羽毛蛋白纤维的制备方法，分别制备羽毛绒蛋白芯层纺丝液和皮层纺丝液，通过同轴针头纺丝，纤维的皮芯层比例可调，并具有不同的聚集态结构，表现出不同的吸湿性能；而且，羽毛绒蛋白芯层纺丝液可掺杂纳米组分制备羽毛蛋白功能纤维，具有导电、自发热、保温等功能，同时满足皮芯层结构特点不同，皮层的吸湿性能不降低。本专利技术的另一目的在于提供一种皮芯双层羽毛蛋白纤维，采用上述方法制备得到。本专利技术具体技术方案如下：本专利技术提供的一种皮芯双层羽毛蛋白纤维的制备方法，包括以下步骤：1)羽毛蛋白粉末的制备：废弃羽毛绒置于尿素/氢氧化钠体系中，搅拌溶解，得到羽毛绒蛋白溶液，经透析处理后，获得纯蛋白溶液，经浓缩、蒸发、干燥和研磨，获得羽毛蛋白粉末；2)芯层纺丝液的制备：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末、植酸和甲醇依次溶于六氟异丙醇溶剂中，搅拌至均匀溶解，配制成为16～20wt％的蛋白溶液，封闭待用；3)皮层纺丝液的制备：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末溶于六氟异丙醇溶剂，再加入N,N-二甲基甲酰胺，搅拌至完全溶解，配制成4～7.5wt％的蛋白溶液；封闭待用；4)干法纺丝：选择同轴针头进行纺丝，产品自然状态下通风干燥至恒重，即得皮芯双层羽毛蛋白纤维。步骤1)中，所述废弃羽毛绒使用前经过清洗，具体为：40℃下，将废弃羽毛绒置于浓度2g/L的羽绒专用洗涤剂中，洗涤40min，然后经清水漂洗干净，100℃下烘箱烘干，即可。所述羽绒专用洗涤剂由科凯精细化工(上海)有限公司提供。步骤1)中，所述尿素/氢氧化钠体系是指尿素和氢氧化钠的水溶液，其中尿素浓度7wt％、氢氧化钠浓度3wt％；步骤1)中，羽毛绒与尿素/氢氧化钠体系的质量比为1：30-50；步骤1)中，所述搅拌溶解是指在不另加热源的条件下在0-30℃温度下搅拌溶解6-12h。不仅具有节能优势，同时低温溶解有利于获得较高分子量的羽毛蛋白。步骤2)中，羽毛蛋白粉末、植酸和甲醇的质量比为100：2.5～4.5：4.5～8。进一步的，步骤2)中，将功能性的纳米粒子加入芯层纺丝液中，制备功能皮芯双层羽毛蛋白纤维。所述功能性的纳米粒子添加量小于步骤2)中所用的羽毛蛋白粉末质量的1/10。步骤2)中，所述功能性的纳米粒子选自石墨烯、纳米二氯氧化锆、碳纳米管或高分子整理剂多聚苯胺。进而制备得到导电、超强保温功能性羽毛蛋白纤维。步骤2)中芯层纺丝液中加入纳米二氯氧化锆的方法：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末、植酸和甲醇依次溶于六氟异丙醇溶剂中，搅拌至均匀溶解，配制成为16～20wt％的蛋白溶液，再加入纳米二氯氧化锆，使其在溶液中的质量百分比为1.25％，再加入海藻酸钠作为分散稳定剂，使其质量浓度为0.2％，，充分搅拌至分散均匀，待用；步骤3)中N,N-二甲基甲酰胺用量是六氟异丙醇溶剂体积的1/40-1/20；进一步的，步骤3)中，将荧光整理剂加入皮层纺丝液中，用量小于步骤3)中所用的羽毛蛋白粉末质量的1/20。其他组分和比例不变。步骤4)中所述同轴针头规格为15G-20G。步骤4)中所述纺丝在40-50℃温度下，通风且干燥的环境下进行；进一步的，步骤4)中同轴内针与外针的纺丝速度一致，纺丝速度控制在0.8-3mL/min；纺丝纤维用线圈直接收集。芯层纺丝液通过内针，皮层纺丝液通过外针。本专利技术提供的一种皮芯双层羽毛蛋白纤维，采用上述方法制备得到。本专利技术基于对芯层、皮层羽毛蛋白结构的调控，制备蛋白纤维的芯层结构致密，因交联剂和醇的作用，芯层蛋白分子具有较高的结晶度和取向，满足纤维的强度需要；相反，皮层蛋白浓度较稀，且在溶剂和N,N-二甲基甲酰胺的作用下，形成多空的形貌特征，皮层结构疏松，为无定形区分布，纤维的吸湿功能不受影响，为后期纤维的改造(染色、功能整理等)提供条件。本专利技术中获得羽毛绒蛋白溶液不直接作为纺丝液，而且经过常规透析处理后，获得纯蛋白溶液，经浓缩、蒸发、干燥和研磨，获得羽毛蛋白粉末，再利用获得粉末配置纺丝液，避免直接采用羽绒蛋白液体配制纺丝液造成的盐分过量，影响纺丝中溶剂的挥发，造成不能连续纺丝的后果。与现有技术相比，本专利技术通过制备芯层纺丝液和皮层纺丝液，通过同轴针头纺丝，制备得到皮芯双层羽毛蛋白纤维；通过控制同轴内针和外针的纺丝液中成分的质量分数(溶液粘度)，控制纤维的皮芯层比例可调，并具有不同的聚集态结构，表现出不同的吸湿性能；而且，羽毛绒蛋白芯层纺丝液可掺杂纳米组分制备羽毛蛋白功能纤维，具有导电、自发热、保温等功能，同时满足皮芯层结构特点不同，皮层的吸湿性能不降低。向皮层纺丝液中添加荧光整理剂等，制备荧光功能的羽毛蛋白纤维。经过本专利技术方法制备的皮芯双层羽毛蛋白纤维，能够利用废弃羽绒，具有经济价值和环保价值。附图说明图1为本专利技术制备皮芯双层羽毛蛋白纤维方法及其形貌示意图；图2为本专利技术制备羽毛溶解在尿素/氢氧化钠体系的进程光学显微照片，放大倍数为400倍；从左到右依次为溶解4、7、11h；图3为本专利技术皮芯双层羽毛蛋白纤维芯层、皮层的XRD谱图；图4为皮芯双层羽毛蛋白纤维的力学性能曲线，图中曲线1为芯层质量占比60％的纤维，曲线2为芯层质量占比42％的纤维。具体实施方式实施例1一种皮芯双层羽毛蛋白纤维的制备方法，包括以下步骤：1)羽毛蛋白粉的制备：废弃羽毛绒置于尿素/氢氧化钠体系中，尿素浓度7wt％、氢氧化钠浓度3wt％，羽毛绒与尿素/氢氧化钠体系的质量比为1：50，室温下搅拌溶解12h，得到羽毛绒蛋白溶液，经透析处理后，获得纯蛋白溶液，再经浓缩、蒸发、干燥和研磨工序获得羽毛蛋白粉末；图2为制备羽毛溶解在尿素/氢氧化钠体系的进程光学显微照片，放大倍数为400倍；从左到右依次为溶解4、7、11h；2)芯层纺丝液的制备：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末、植酸和甲醇依次溶于六氟异丙醇溶剂中，羽毛蛋白粉末、植酸和甲醇的质量比为100：3：5，搅拌至均匀溶解，配制成为16wt％的蛋白溶液，封闭待用；3)皮层纺丝液的制备：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末溶入六氟异丙醇溶剂，再加入N,N-二甲基甲酰胺，搅拌至完全溶解，配制成5wt％的蛋白溶液，N,N-二甲基甲酰胺用量是六氟异丙醇溶剂体积的1/20；封闭待用；4)干法纺丝：选择15G-20G同轴针头，同轴内针与外针的纺丝，外针规格就是15G，内针规格为20G，在40℃温度下，通风且干燥的环境下进行纺丝，内针与外针的纺丝速度一致，纺丝速度1.2mL/min，纺丝纤维用线圈直接收集，产品自然状态下通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种皮芯双层羽毛蛋白纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)羽毛蛋白粉末的制备：废弃羽毛绒置于尿素/氢氧化钠体系中，搅拌溶解，得到羽毛绒蛋白溶液，经透析处理后，获得纯蛋白溶液，经浓缩、蒸发、干燥和研磨，获得羽毛蛋白粉末；2)芯层纺丝液的制备：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末、植酸和甲醇依次溶于六氟异丙醇溶剂中，搅拌至均匀溶解，配制成为16～20wt％的蛋白溶液，封闭待用；3)皮层纺丝液的制备：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末溶于六氟异丙醇溶剂，再加入N,N‑二甲基甲酰胺，搅拌至完全溶解，配制成4～7.5wt％的蛋白溶液；封闭待用；4)干法纺丝：选择同轴针头进行纺丝，产品自然状态下通风干燥至恒重，即得皮芯双层羽毛蛋白纤维。

【技术特征摘要】
1.一种皮芯双层羽毛蛋白纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)羽毛蛋白粉末的制备：废弃羽毛绒置于尿素/氢氧化钠体系中，搅拌溶解，得到羽毛绒蛋白溶液，经透析处理后，获得纯蛋白溶液，经浓缩、蒸发、干燥和研磨，获得羽毛蛋白粉末；2)芯层纺丝液的制备：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末、植酸和甲醇依次溶于六氟异丙醇溶剂中，搅拌至均匀溶解，配制成为16～20wt％的蛋白溶液，封闭待用；3)皮层纺丝液的制备：将步骤1)制备的羽毛蛋白粉末溶于六氟异丙醇溶剂，再加入N,N-二甲基甲酰胺，搅拌至完全溶解，配制成4～7.5wt％的蛋白溶液；封闭待用；4)干法纺丝：选择同轴针头进行纺丝，产品自然状态下通风干燥至恒重，即得皮芯双层羽毛蛋白纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，羽毛绒与尿素/氢氧化钠体系的质量比为1：30-50。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述搅拌溶解是指在不另加热源的条件下在0-30℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗乾，孙瑞霞，吴开明，谢伟，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34