角蛋白纤维的连续生产制造技术

本公开涉及用于制备角蛋白纤维的方法，例如连续方法。在一些实施方案中，如本文所述的方法可包括将角蛋白溶液挤出到第一溶液中以形成第一纤维；拉伸所述第一纤维并使所述第一纤维氧化以形成经处理的纤维；拉伸所述经处理的纤维并使所述经处理的纤维氧化一次或多次；以及使所述经处理的纤维定型以形成所述角蛋白纤维。此类方法能够用于制备具有高拉伸比的角蛋白纤维。角蛋白纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】角蛋白纤维的连续生产
[0001]联邦政府资助的研究或开发
[0002]本专利技术根据美国农业部国家粮食和农业研究所(United States Department of Agriculture,National Institute of Food and Agriculture)授予的批准号2019
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67021
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29940在政府支持下进行。政府拥有本专利技术的某些权利。
[0003]相关申请的交叉引用
[0004]本申请要求2020年1月21日提交的美国临时申请序列号62/963,968的优先权，所述临时申请的内容以引用的方式整体并入本文。


[0005]本公开涉及用于制备角蛋白纤维的连续方法。例如，此类方法可用于制备具有高拉伸比的角蛋白纤维。

技术介绍

[0006]关于通过绿色合成技术制备高端材料的研究越来越受到重视[1
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3]。与此同时，通过绿色和可持续方法制备日常常用产品越来越受欢迎，如使用可再生单体来制备可持续聚酯[4，5]。但许多这些可持续聚合物几乎不可降解[6]。此类材料的长期累积必然会影响环境和人类健康。据报告，合成聚合物在变成纳米颗粒或微粒后在大气和海洋中循环[7]。例如，即使在北极，许多地区的降水也被发现含有聚合物颗粒[8]。最近人们发现，在北极，塑料颗粒随着雪从天而降。这些塑料颗粒不可避免地会进入人体并累积[9]。最近的研究表明，合成聚合物颗粒可对人类健康造成各种危害，如癌症、慢性疾病和对生殖系统的损害[10]。因此，利用废物来开发具有良好可降解性的优质产品在未来也应受到同等重视[11]，尤其是可能受环境污染困扰的在纺织领域。就纺织纤维而言，全球每年生产超过8000万吨合成纤维[12]。几乎所有的合成纤维都是基于石油的并且在环境中几乎不可降解[13]。因此，希望找到替代基于石油的纤维的替代品[14，15]。替代品应该是可持续的、对环境负责的和可负担得起的。
[0007]尽管关于角蛋白废物的利用的研究始于几十年前，但由于在角蛋白材料的再生中二级结构的提取和恢复期间对一级结构的损害，很少开发出具有高质量的再生产品。在再生角蛋白产品中，纤维具有高品质规格，包括耐反复洗涤和高韧性。

技术实现思路

[0008]本文提供了用于制备角蛋白纤维的方法。在一些实施方案中，所述方法包括将角蛋白溶液挤出到第一溶液中以形成第一纤维；拉伸所述第一纤维并使所述第一纤维氧化以形成经处理的纤维；拉伸所述经处理的纤维并使所述经处理的纤维氧化一次或多次；以及使所述经处理的纤维定型以形成所述角蛋白纤维。
[0009]在一些实施方案中，所述角蛋白纤维具有高于约500％的拉伸比。在一些实施方案中，所述角蛋白纤维具有约800％至约1000％的拉伸比。在一些实施方案中，所述角蛋白纤
维具有约1500％的拉伸比。
[0010]在一些实施方案中，所述角蛋白纤维的直径是约5微米至约30微米。在一些实施方案中，所述角蛋白纤维的直径是约15微米。
[0011]在一些实施方案中，所述角蛋白纤维包含至少约70％的角蛋白。在一些实施方案中，所述角蛋白纤维包含至少约85％的角蛋白。
[0012]在一些实施方案中，所述角蛋白纤维具有大于约0.8g/den的韧度。在一些实施方案中，所述角蛋白纤维具有约1g/den至约2g/den的韧度。
[0013]在一些实施方案中，所述角蛋白纤维具有大于约5％的应变。在一些实施方案中，所述角蛋白纤维具有约10％至约30％的应变。在一些实施方案中，所述角蛋白纤维具有约15％的应变。在一些实施方案中，所述角蛋白纤维在测量应变之前已进行了干燥。
[0014]在一些实施方案中，所述角蛋白纤维具有高于约15J/cm3的韧性。
[0015]在一些实施方案中，所述角蛋白溶液具有约2Pa
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至约6Pa
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的稠度系数(K)，其中所述角蛋白溶液处于25℃并且包含所述组合物的约18％w/w的角蛋白。在一些实施方案中，所述角蛋白溶液具有约4.2Pa
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的稠度系数(K)，其中所述角蛋白溶液处于25℃并且包含所述组合物的约18％w/w的角蛋白。在一些实施方案中，所述角蛋白溶液具有约0.9至约0.94的流动行为指数，其中所述角蛋白溶液处于25℃并且包含所述组合物的约18％w/w的角蛋白。在一些实施方案中，所述角蛋白溶液具有约0.91的流动行为指数，其中所述角蛋白溶液处于25℃并且包含所述组合物的约18％w/w的角蛋白。
[0016]在一些实施方案中，所述角蛋白溶液包含还原剂。在一些实施方案中，所述角蛋白溶液包含电解质。在一些实施方案中，所述电解质是硫酸盐、乙酸盐、氯化物、柠檬酸盐、碳酸盐、磷酸盐或它们的组合。在一些实施方案中，所述角蛋白溶液包含十二烷基硫酸钠(SDS)。在一些实施方案中，所述角蛋白溶液由角蛋白材料制备。
[0017]在一些实施方案中，所述方法还包括制备所述角蛋白溶液。在一些实施方案中，制备所述角蛋白溶液包括：从角蛋白材料中提取角蛋白以形成经提取的角蛋白；以及将所述经提取的角蛋白溶解在包含还原剂的水溶液中以形成所述角蛋白溶液。在一些实施方案中，所述水溶液还包含SDS。
[0018]在一些实施方案中，所述角蛋白材料包括以下中的一者或多者：动物毛发、角和羽毛。在一些实施方案中，所述毛发是羊毛、骆驼毛、羊驼毛、兔毛或它们的组合。在一些实施方案中，所述羽毛是鸭羽毛、鹅羽毛、鸡羽毛或它们的组合。
[0019]在一些实施方案中，与所述角蛋白材料中二硫交联的量相比，所述角蛋白纤维包含至少70％的二硫交联。在一些实施方案中，与所述角蛋白材料中的β
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折叠结晶度的量相比，所述角蛋白纤维包含至少85％的β
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折叠结晶度。
[0020]在一些实施方案中，所述还原剂包含硫醇基团。在一些实施方案中，所述还原剂包括巯基乙醇、半胱氨酸、二硫苏糖醇、1,2
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乙二硫醇、1,3
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苯二硫醇、双(2
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巯基乙基)醚、乙二醇双硫代乙醇酸酯或它们的组合。
[0021]在一些实施方案中，将角蛋白溶液挤出到第一溶液中的所述步骤包括使用喷丝头来挤出所述角蛋白溶液。在一些实施方案中，所述喷丝头包括孔，其中所述孔具有约50微米的直径。
[0022]在一些实施方案中，所述第一溶液包含硫酸钠、硫酸锌和乙酸盐缓冲剂。在一些实
施方案中，所述第一溶液的pH是约2。在一些实施方案中，所述第一溶液包含所述组合物的约15％w/w的量的硫酸钠、所述组合物的约5％w/w的量的硫酸锌以及pH为2的乙酸盐缓冲剂。
[0023]在一些实施方案中，所述氧化步骤包括使所述纤维暴露于包含氧化剂的氧化溶液，所述氧化剂选自由以下组成的组：过氧化物、卤素含氧酸或其盐、高价金属盐以及它们的组合。在一些实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备角蛋白纤维的方法，所述方法包括：(i)将角蛋白溶液挤出到第一溶液中以形成第一纤维；(ii)拉伸所述第一纤维并使所述第一纤维氧化以形成经处理的纤维；(iii)拉伸所述经处理的纤维并使所述经处理的纤维氧化一次或多次；以及(iv)使所述经处理的纤维定型以形成所述角蛋白纤维。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有至少约500％的拉伸比。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有约800％至约2000％的拉伸比。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有约1500％的拉伸比。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维的直径是约5微米至约30微米。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维的直径是约15微米。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维包含至少约70％的角蛋白。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维包含至少约85％的角蛋白。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有至少约0.8g/den的韧度。10.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有约1g/den至约2g/den的韧度。11.根据权利要求1
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10中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有至少约5％的应变。12.根据权利要求1
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10中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有约5％至约30％的应变。13.根据权利要求1
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10中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有约15％的应变。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述角蛋白纤维在测量所述应变之前已进行了干燥。15.根据权利要求1
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14中任一项所述的方法，其中所述角蛋白纤维具有高于约15J/cm3的韧性。16.根据权利要求1
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15中任一项所述的方法，其中所述角蛋白溶液具有约2Pa
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至约6Pa
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的稠度系数(K)，其中所述角蛋白溶液处于约25℃并且包含所述组合物的约18％w/w的角蛋白。17.根据权利要求1
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16中任一项所述的方法，其中所述角蛋白溶液具有约4.2Pa
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的稠度系数(K)，其中所述角蛋白溶液处于约25℃并且包含所述组合物的约18％w/w的角蛋白。18.根据权利要求1
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17中任一项所述的方法，其中所述角蛋白溶液具有约0.8至约0.95的流动行为指数，其中所述角蛋白溶液处于约25℃并且包含所述组合物的约18％w/w的角蛋白。
19.根据权利要求1
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18中任一项所述的方法，其中所述角蛋白溶液具有约0.91的流动行为指数，其中所述角蛋白溶液处于约25℃并且包含所述组合物的约18％w/w的角蛋白。20.根据权利要求1
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19中任一项所述的方法，其中所述角蛋白溶液包含还原剂。21.根据权利要求1
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20中任一项所述的方法，其中所述角蛋白溶液包含十二烷基硫酸钠(SDS)。22.根据权利要求1
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21中任一项所述的方法，其中所述角蛋白溶液由角蛋白材料制备。23.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括制备所述角蛋白溶液。24.根据权利要求23所述的方法，其中制备所述角蛋白溶液包括：i.从角蛋白材料中提取角蛋白以形成经提取的角蛋白；以及ii.将所述经提取的角蛋白溶解在包含还原剂的水溶液中以形成所述角蛋白溶液。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述水溶液还包含SDS。26.根据权利要求22、24和25中任一项所述的方法，其中所述角蛋白材料包括以下中的一者或多者：动物毛发、角和羽毛，包括但不限于羊毛、骆驼毛、羊驼毛和兔毛。27.根据权利要求26所述的方法，其中所述羽毛是鸭羽毛、鹅羽毛、鸡羽毛或它们的组合。28.根据权利要求26所述的方法，其中所述毛发是羊毛、骆驼毛、羊驼毛、兔毛或它们的组合。29.根据权利要求23
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28中任一项所述的方法，其中与所述角蛋白材料中二硫交联的量相比，所述角蛋白纤维包含至少70％的二硫交联。30.根据权利要求23
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29中任一项所述的方法，其中与所述角蛋白材料中的β
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折叠结晶度的量相比，所述角蛋白纤维包含至少85％的β
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折叠结晶度。31.根据权利要求18和24
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30中任一项所述的方法，其中所述还原剂包含硫醇基团。32.根据权利要求31所述的方法，其中所述还原剂包括巯基乙醇、半胱氨酸、二硫苏糖醇、1,2
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乙二硫醇、1,3
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苯二硫醇、双(2
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巯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨一奇，母炳男，F，
申请(专利权)人：纽泰克温图斯公司，
类型：发明
国别省市：