一种蛋清纤维的制备方法

摘要

本发明涉及一种蛋清纤维的制备方法，属于纺织技术领域。本发明以蛋清为原料，通过干‑湿法纺丝的方法，先制备出以聚砜为皮层、蛋清为芯层的前驱体，再通过去除前驱体的皮层聚砜获得纯蛋清纤维。其保持了蛋清的主要成分且纺丝过程没有破坏蛋清蛋白质的结构。本发明的原材料来源广泛；制备工艺简单，环境友好。本发明制备的纯蛋清纤维无毒、无害；对水体中重金属离子的吸附性能好，可用于污水处理等领域。

权利要求

1.一种蛋清纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：a.聚砜溶液的制备

将聚砜与N,N-二甲基甲酰胺按照1：9～2：8的质量比混合，以400～800转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液；

b.前驱体的制备

将从鸡蛋中分离的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以15～40mL/h、蛋清以10～35mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过干纺，再经凝固浴固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体；

其中，干纺距离为10～25mm；

所述的凝固浴为去离子水或乙醇或去离子水与乙醇的混合；

c.蛋清纤维的制备

将经b步骤制备的前驱体取出，置于90～100℃水中加热2～3h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡4～5天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，去除前驱体中的皮层聚砜，取出用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

2.如权利要求1所述的一种蛋清纤维的制备方法，其特征在于：混合凝固浴中去离子水与乙醇的体积比为1:9～9:1。

说明书

一种蛋清纤维的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种蛋清纤维的制备方法，属纺织技术领域。

背景技术

[0002] 人造纤维也称再生纤维，通常是用含天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白纤维等原料经化学加工后制成的纺织纤维，主要用于纺织的人造纤维主要有黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维。蛋白质纤维是人造纤维的一个类别，由于其手感柔软、穿着舒适等特点主要用于衣物制作。目前工业生产蛋白质纤维的主要原料是乳酪素、花生蛋白及大豆蛋白等。

[0003] 我国鸡蛋资源丰富且价格便宜、蛋白质含量高，食品加工中蛋清的需求远远不如蛋黄，导致蛋清经常会被当作废弃物。而蛋清中的主要成分是水和蛋白质，具有良好的生物相容性，且蛋白质上的氨基和羟基可与重金属离子生成稳定的螯合物而沉淀，主要应用于食品、医药等领域。以蛋清为原料制备的蛋白质纤维可用于水体中重金属离子的吸附。

[0004] 中国专利公开号是CN104353426A，公开日期为2015年2月18日，发明名称为：一种蛋白质纤维吸附铬离子的方法，该文献公开了一种用于吸附铬离子的羊毛的处理方法，经过高锰酸钾的饱和食盐溶液预处理后可用于水体中六价铬离子的吸附。但对于三价铬离子需通过添加吸附促进剂的方法来吸附，且三价铬离子的浓度不同，促进剂的最佳用量需通过试验来确定。

[0005] Gundloori等于2011年在Polymer Journal第43卷第7期的Development of non-woven nanofibers of egg albumen-poly(vinyl alcohol)blends:influence of solution properties on morphology of nanofibers中公开了一种蛋清-聚乙烯醇混合纤维的制备方法，通过静电纺丝来制备蛋清的混合纤维。但由于蛋清在干燥状态下韧性低易呈粉末状难以纺制，目前尚未有文献提出制备纯蛋清纤维。

发明内容

[0006] 针对纯蛋清纤维制备难的问题，本发明的目的在于提供一种制备纯蛋清纤维的方法，为了实现上述目的，本发明的具体技术解决方案为：

[0007] 本发明提供了一种纯蛋清纤维的制备方法，具体操作为：

[0008] a.聚砜溶液的制备

[0009] 将聚砜与N,N-二甲基甲酰胺按照1：9～2：8的质量比混合，以400～800转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0010] b.前驱体的制备

[0011] 将从鸡蛋中分离的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以15～40mL/h、蛋清以10～35mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过干纺，再经凝固浴固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0012] 其中，所述的蛋清为新鲜鸡蛋中分离所得。

[0013] 其中，干纺距离为10～25mm。

[0014] 所述的凝固浴为去离子水或乙醇或去离子水与乙醇的混合，其中去离子水与乙醇的混合液体积比为1:9～9:1。

[0015] c.蛋清纤维的制备

[0016] 将经b步骤制备的前驱体取出，置于90～100℃水中加热2～3h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡4～5天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，去除前驱体中的皮层聚砜，取出用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

[0017] 由于采用了以上技术方案，本发明提出的一种蛋清纤维的制备方法，主要是利用聚砜具有热稳定性能好、化学稳定性好、机械强度高、具有较强的疏水性等优点。聚砜易溶于N,N-二甲基甲酰胺，聚砜溶液与蛋清中水接触时能快速成膜，不会破环蛋清结构且聚砜易去除。本发明是利用上述聚砜的特点，通过干-湿法纺丝的方法，先制备出以聚砜为皮层、蛋清为芯层的前驱体，再通过去除皮层聚砜获得纯蛋清纤维。纺制蛋清纤维的原理是利用聚砜为蛋白质材料提供一个狭小的微环境，调控蛋白质材料在微环境中的生长方式，获得具有一定强度的蛋白质前驱体，最终纺制得到蛋清纤维。

[0018] 本发明中所选择的聚砜与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1：9～2：8，原因是聚砜与N,N-二甲基甲酰胺的质量比高于以上值会导致粘度太大，N,N-二甲基甲酰胺含量少影响与蛋清中水的交换速度，成膜速度慢；聚砜与N,N-二甲基甲酰胺的质量比低于以上值会导致粘度低，无法包裹蛋清溶液，不能为蛋清纤维的成型提供微环境。本发明所选择的纺丝速度是聚砜溶液为15～40mL/h，蛋清为10～35mL/h，原因是聚砜溶液挤出速度慢难以包裹住芯层蛋清；挤出速度快会导致皮层较厚，降低了与水的交换速度及后期溶解效率。同理，蛋清挤出速度过慢会导致芯层填充速度慢，不连续；挤出速度过快会导致蛋清含量大，容易从聚砜的外壁溢出，无法形成纤维。

[0019] 从电子扫描显微镜分析可以看出制备得到的蛋清纤维界面为非圆形，其微观结构表明纤维在成型过程中收缩，最终导致蛋清纤维表面出现沟槽。从傅立叶红外分析可以看出蛋清纤维在3290、3072、2692、2869、1658、1536cm-1处有纯的蛋清的吸收峰，说明蛋清纤维保持了蛋清的主要成分，纺丝过程没有破坏蛋清的基本结构，具有良好的生物相容性。从热失重分析可以看出蛋清纤维的热稳定性比纯蛋清的稳定性更好。

[0020] 本发明的制备工艺简单，蛋清纤维具有良好的生物相容性且无毒无害，制备过程没有污染物的排放且蛋清纤维使用后能自行降解，环境友好，符合当今社会对环境保护的要求及绿色行业的理念。此外，由于蛋清含水分多不采用静电纺丝而是采用干-湿法纺丝技术，很大程度上减少了能耗，凝固浴为去离子水或无水乙醇或去离子水与无水乙醇的混合溶液，无毒、无害，可回收循环利用。本发明方法可用于吸附水体中如铜离子等重金属离子。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

[0022] 一种蛋清纤维的制备方法，制备步骤如下：

[0023] a.聚砜溶液的制备

[0024] 将聚砜与N,N-二甲基甲酰胺按照1：9～2：8的质量比混合，以400～800转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0025] b.前驱体的制备

[0026] 将从鸡蛋中分离的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以15～40mL/h、蛋清以10～35mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过干纺，再经凝固浴固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0027] 其中，干纺距离为10～25mm。

[0028] 所述的凝固浴为去离子水或乙醇或去离子水与乙醇的混合，其中去离子水与乙醇混合液的体积比为1:9～9:1。

[0029] c.蛋清纤维的制备

[0030] 将经b步骤制备的前驱体取出，置于90～100℃水中加热2～3h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡4～5天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，取出用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

[0031] 具体实施例

[0032] 实施例一

[0033] a.聚砜溶液的制备

[0034] 将10g聚砜置于90gN,N-二甲基甲酰胺中，以800转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0035] b.前驱体的制备

[0036] 将由鸡蛋中分离出的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以15mL/h、从鸡蛋中分离的蛋清以10mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过10mm干纺，再经水浴固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0037] c.蛋清纤维的制备

[0038] 将经b步骤得到的前驱体置于90℃水浴中加热3h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡4天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，取出后用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

[0039] 实施例二

[0040] a.聚砜溶液的制备

[0041] 将20g聚砜置于80gN,N-二甲基甲酰胺中,以400转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0042] b.前驱体的制备

[0043] 将由鸡蛋中分离出的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以40mL/h、从鸡蛋中分离的蛋清以35mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过25mm干纺，再经水浴固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0044] c.蛋清纤维的制备

[0045] 将经b步骤得到的前驱体置于100℃水浴中加热2h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡4天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，取出后用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

[0046] 实施例三

[0047] a.聚砜溶液的制备

[0048] 将15g聚砜置于85gN,N-二甲基甲酰胺中，以600转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0049] b.前驱体的制备

[0050] 将由鸡蛋中分离出的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以30mL/h、从鸡蛋中分离的蛋清以25mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过15mm干纺，再经无水乙醇固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0051] c.蛋清纤维的制备

[0052] 将经b步骤得到的前驱体置于95℃水浴中加热2.5h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡4.5天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，取出后用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

[0053] 实施例四

[0054] a.聚砜溶液的制备

[0055] 将12g聚砜置于88gN,N-二甲基甲酰胺中，以700转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0056] b.前驱体的制备

[0057] 将由鸡蛋中分离出的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以20mL/h、从鸡蛋中分离的蛋清以15mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过15mm干纺，再经无水乙醇固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0058] c.蛋清纤维的制备

[0059] 将经b步骤得到的前驱体置于90℃水浴中加热3h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡4天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，取出后用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

[0060] 实施例五

[0061] a.聚砜溶液的制备

[0062] 将18g聚砜置于82gN,N-二甲基甲酰胺中，以450转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0063] b.前驱体的制备

[0064] 将由鸡蛋中分离出的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以35mL/h、从鸡蛋中分离的蛋清以30mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过20mm干纺，再经去离子水和无水乙醇的混合凝固浴(去离子水与无水乙醇体积比为1:9)固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0065] c.蛋清纤维的制备

[0066] 将经b步骤得到的前驱体置于100℃水浴中加热3h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡5天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，取出后用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

[0067] 实施例六

[0068] a.聚砜溶液的制备

[0069] 将16g聚砜置于84gN,N-二甲基甲酰胺中，以500转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0070] b.前驱体的制备

[0071] 将由鸡蛋中分离出的从鸡蛋中分离的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以25mL/h、从鸡蛋中分离的蛋清以20mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过20mm干纺，再经去离子水和无水乙醇的混合凝固浴(去离子水与无水乙醇的体积比为9:1)固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0072] c.蛋清纤维的制备

[0073] 将经b步骤得到的前驱体置于95℃水浴中加热3h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡5天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，取出后用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。

[0074] 实施例七

[0075] a.聚砜溶液的制备

[0076] 将14g聚砜置于86gN,N-二甲基甲酰胺中，以650转/min的速度搅拌至完全溶解，将上述溶液放置在真空度为-0.1～0MPa的环境中4～5h去除气泡，得到聚砜溶液。

[0077] b.前驱体的制备

[0078] 将由鸡蛋中分离出的蛋清和经a步骤得到的聚砜溶液分别加入带有同轴双喷口的湿法纺丝机中，聚砜溶液以25mL/h、从鸡蛋中分离的蛋清以20mL/h的速度经计量泵挤出，汇合后经过20mm干纺，再经去离子水和无水乙醇的混合凝固浴(去离子水与无水乙醇的体积比为5:5)固化形成以蛋清为芯层、以聚砜为皮层的前驱体。

[0079] c.蛋清纤维的制备

[0080] 将经b步骤得到的前驱体置于90℃水浴中加热3h，取出冷却后放入N,N-二甲基甲酰胺中浸泡5天，每12h更换一次新鲜的N,N-二甲基甲酰胺，取出后用无水乙醇冲洗2～3遍，每次3～5min，自然环境下晾干得到纯的蛋清纤维。