胶原蛋白复合纤维及其制作方法 【技术领域】
本发明属于纺织工业技术领域的新材料及其制作方法，特别涉及到一种胶原蛋白复合纤维及其制作方法。
背景技术
天然的蛋白质纤维，如真丝，是由蚕茧制造而成的，这种纤维吸湿性好、柔软有光泽、穿着舒适，但生产周期长、产量有限而且价格比较高。为此，国内外开发了一些合成蛋白质纤维，如日本的牛奶蛋白纤维“chinon”，是从牛奶中分离出酪素蛋白，再与丙烯腈共同混制而成，但奶酪素价格昂贵，因而生产成本比较高。国内华康生物工程有限公司生产的大豆蛋白纤维是将大豆蛋白与羟基和氰基高聚物共聚接枝，通过湿法纺丝生产而成的植物蛋白纤维。
动物皮的主要成份是胶原蛋白，目前绝大部分的动物皮都用于皮革生产，但皮革生产中只有20％～40％的原料皮转变为皮革，其余的都成为皮革工业废弃物，我国每年产生100多万吨廉价的皮革固体废弃物。皮革废弃物中的主要成份是胶原蛋白，与其它蛋白，如牛奶蛋白和大豆蛋白不同，它是由三根多肽链以α-螺旋紧密结合在一起的刚性链状结构，这种独特的大分子螺旋结构和聚集态结构使其具有很高的韧性、热稳定性和机械强度，另外，胶原蛋白具有很强的吸湿性能。
因此，充分利用皮革废弃物中提取的胶原蛋白，经纯化改性后与聚乙烯醇共混，制备具有一定浓度和黏度的纺丝液，再通过湿法纺丝和后处理，就可获得用作纺织材料的胶原蛋白复合纤维。由于该蛋白质纤维所用的胶原蛋白来自动物皮肤，与人体皮肤具有良好的亲合性能，这种亲合性能在化妆品上已得到了充分应用，再加上胶原蛋白独特的刚性链状结构和优异的吸湿性能，赋予了胶原蛋白复合纤维强度高、吸湿性好、穿着舒适和容易着色的优点。
【发明内容】
本发明的目地在于为纺织工业提供一种胶原蛋白复合纤维以及这种纤维的制作方法。
动物生皮和皮革固体废弃物的主要成份是胶原蛋白，未鞣制的皮革固体废弃物不含铬盐，其中胶原蛋白的成份与生皮比较类似，提取工艺也比较类似，鞣制后的皮革固体废弃物中的胶原蛋白已与铬盐发生了交联，提取胶原蛋白时必须先脱铬才能提取胶原蛋白。本发明利用这些提取的胶原蛋白，经过相应改性后与聚乙烯醇共混制取具有一定浓度和黏度的胶原蛋白复合纤维纺丝液，再经湿法纺丝和后处理，即可获得用于纺织工业的胶原蛋白复合纤维。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种胶原蛋白复合纤维，其特征是：胶原蛋白是从动物的生皮或皮革工业废弃物分离提取得到的蛋白质，经加入烯类单体改性剂接枝改性后，与聚乙烯醇混合搅拌均匀，制取具有一定浓度和黏度的纺丝液，再经过湿法纺丝、凝固、拉伸、缩醛化等处理后，即可获得用于纺织工业的胶原蛋白复合纤维，其中各成份的原料以重量百分数组成计为：
胶原蛋白含量 10～45％
烯类单体改性剂含量 5～20％
聚乙烯醇含量 50～85％
上述各百分数组成重量之和为100％。
所述烯类单体改性剂可以是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和丙烯腈中的一种或几种单体。
以上所述胶原蛋白复合纤维的制作方法，其特征是：所述制作方法是按照以下生产工艺分四个步骤操作如下：
(1).从生皮或皮革工业废弃物中分离提取得到的胶原蛋白溶液浓度比较低，需在真空条件下进行浓缩，并控制其浓度为15～20％。将浓缩后的胶原蛋白溶液转移到反应釜中，调整温度到60～75℃，逐步加入用10倍水溶解，为胶原蛋白量0.5～1.5％的过硫酸铵引发反应，并同时逐步加入相当于纤维总量5～20％的烯类单体改性剂，进行接技共聚改性，30分钟内加完过硫酸铵溶液和改性剂单体，并保温1.5～3小时，得到改性胶原蛋白溶液；
(2).将聚乙烯醇与水在90～100℃下搅拌4～6小时，使聚乙烯醇完全溶解并调整浓度到15～20％的水溶液；
(3).将上述改性胶原蛋白溶液和聚乙烯醇溶液按比例混合，并在70～90℃下搅拌混合1～2小时，制得均匀稳定的胶原蛋白纤维纺丝液；
(4).将上述纺丝原液在温度70～80℃，常压下静置6～8小时进行脱泡，经过滤后进行湿法纺丝，凝固、拉伸、缩醛化和烘干处理后，即可获得用于纺织工业的胶原蛋白复合纤维。
所述在湿法纺丝中的凝固浴的温度为40～50℃，其组成为：硫酸钠或硫酸铵400～430克/升，硫酸0.3～0.5克/升，甲醛1～3克/升，硫酸铝5～10克/升；醛化浴的温度为60～75℃，其组成为：甲醛40～90克/升，硫酸钠或硫酸铵200～250克/升，硫酸0.3～0.5克/升。
本发明的胶原蛋白复合纤维具有以下优点：
a.本发明应用了胶原蛋白与人体皮肤结构相似的优点，将胶原蛋白引入到纤维中，形成皮芯结构，胶原蛋白分布在皮层，利用胶原蛋白与皮肤的高度亲合性能，赋予纤维穿着舒适的优点。
b.本发明应用了胶原蛋白优越的吸湿性能和染色性能，得到的胶原蛋白复合纤维具有很好的吸湿性能和染色性能。
c.本发明使用烯类单体改性剂对胶原蛋白进行改性，避免了一般胶原蛋白与聚乙烯醇共混性能差的缺点。
d.本发明的胶原蛋白复合纤维使用价格低廉的皮革工业固体废弃物，不但可以大幅度降低纤维的成本，而且可以为我国每年产生的100多万吨皮革工业废弃物找到一种可行的再利用途径。
【附图说明】
说明书附图给出一种胶原蛋白复合纤维的制作方法工艺流程图。
具体实施方法
下面给出本发明制作方法的三个实施例，有关具体制作方法按照生产工艺流程图的顺序依次操作如下：
实施例1：
取脱毛浸灰后生皮，在去肉机上去尽肉里，切成2cm×2cm大小的皮块，置于转鼓中，用3倍35℃清水水洗15分钟，控去水后再洗一遍，倒去转鼓中的水后，再加入3倍35℃清水、用皮块重2％的硫酸铵和0.5％的平平加，转动40分钟，弃去转鼓中的水，用3倍35℃清水水洗两遍并控干，将洗干净的皮块转移到反应釜中，加入1.5倍水，逐渐升温到80℃，并保温6小时使生皮逐渐溶解，过滤，取滤液并浓缩到浓度为18％。
分析胶原蛋白溶液，转移到反应釜中，升温到60℃，用10倍水溶解为胶原蛋白量1.5％的过硫酸铵，逐步滴加到反应釜中，并同步滴入20％的丙稀酸单体，30分钟内加完后，并保温反应2小时，再用氨水调整pH值到7±。
将聚乙烯醇加入水中，在90℃下搅拌6小时，使聚乙烯醇溶解完全，并调整浓度到18％。
将上述两种溶液按比例混合，改性胶原蛋白溶液重量为40份，聚乙烯醇溶液重量为60份，在70℃下搅拌2小时，并在70℃下常压静置8小时进行脱泡。经脱泡后的纺织原液再经过滤进行湿法纺丝，凝固浴的温度为40℃，其组成为：硫酸钠400克/升，硫酸0.5克/升，甲醛3克/升，硫酸铝10克/升。丝束经牵伸后进入醛化浴进行缩醛化，醛化浴的温度为75℃，其组成为：甲醛90克/升，硫酸钠250克/升，硫酸0.5克/升。缩醛化后丝束经水洗、上油、烘干即为胶原蛋白复合纤维。
实施例2：
取制革厂灰皮削匀后废弃的皮屑，置于转鼓中，用3倍35℃清水水洗15分钟，控去水后再洗一遍，倒去转鼓中的水后，再加入3倍35℃清水、用皮块重2％的硫酸铵和0.5％的平平加，转动40分钟，弃去转鼓中的水，用3倍35℃的清水水洗两遍并控干，将洗干净的皮块转移到反应釜中，加入3倍水，逐渐升温到80℃，并保温4小时使皮屑逐渐溶解，过滤，取滤液并浓缩到浓度为20％。
分析胶原蛋白溶液，转移到反应釜中，升温到68℃，用10倍水溶解为胶原蛋白量0.5％的硫酸铵，逐步滴加到反应釜中，并同步滴入5％的丙稀腈单体，30分钟内加完后，并保温反应1.5小时。
将聚乙烯醇加入水中，在95℃以搅拌5小时，使聚乙烯醇溶解完全，并调整浓度到20％；将上述两种溶液按比例混合，改性胶原蛋白溶液重量为20份，聚乙烯醇溶液重量为80份，在80℃下搅拌1.5小时，并在75℃下常压静置7小时进行脱泡。经脱泡后的纺织原液再经过滤进行湿法纺丝，凝固浴的温度为45℃，其组成为：硫酸钠420克/升，硫酸0.4克/升，甲醛2克/升，硫酸铝7克/升。丝束经牵伸后进入醛化浴进行缩醛化，醛化浴的温度为68℃，其组成为：甲醛60克/升，硫酸钠230克/升，硫酸0.4克/升。缩醛化后丝束经水洗、上油、烘干即为胶原蛋白复合纤维。
实例3：
取制革厂蓝湿革削匀后废弃的革屑，置于转鼓中，用3倍35℃清水水洗15分钟，控去水后再洗一遍，将水洗干净的革屑转移到反应釜中，加入8倍水和革屑重5％的氢氧化钙，逐渐升温到90℃，并保温4小时使革屑逐渐溶解，过滤，用稀释后的硫酸溶液中和pH值到7±，再过滤除去硫酸钙沉淀，并将滤液浓缩到浓度为15％。
分析所得胶原蛋白溶液，转移到反应釜中，升温到75℃，用10倍水溶解为胶原蛋白量1％的硫酸铵，逐步滴加到反应釜中，并同步滴入8％的丙稀酰胺和5％的甲基丙稀酸单体，30分钟内加完后，并保温反应3小时。
将聚乙烯醇加入水中，在100℃下搅拌4小时，使聚乙烯醇溶解完全，并调整浓度到15％；将上述两种溶液按比例混合，改性胶原蛋白溶液重量为45份，聚乙烯醇重量为55份，在90℃下搅拌1小时，并在80℃下常压静置6小时进行脱泡。经脱泡后的纺织原液再经过滤进行湿法纺丝，凝固浴的温度为43℃，其组成为：硫酸钠430克/升，硫酸0.3克/升，甲醛1克/升，硫酸铝5克/升。丝束经牵伸后进入醛化浴进行缩醛化，醛化浴的温度为60℃，其组成为：甲醛40克/升，硫酸铵200克/升，硫酸0.3克/升。缩醛化后的丝束经水洗、上油、烘干即为胶原蛋白复合纤维。
以上所述的胶原蛋白是从动物生皮或皮革工业废弃物中分离提取到的蛋白质，烯类单体改性剂和聚乙烯醇为常用的化工产品。