防静电羊毛角蛋白纤维无纺布及其制备方法
技术领域
本发明属于无纺布技术领域，具体涉及防静电羊毛角蛋白纤维无纺布及其制备方法。
背景技术
无纺布是由定向的或随机的纤维而构成，其广泛应用于医疗卫生、服装辅料、家庭装修等行业，其具有很多优点，如：防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、容易分解、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉、可循环再用等特点。无纺布制备的方法较多，如：针刺加固工艺、水刺加固工艺、热粘合工艺、化学粘合工艺、纺丝成网工艺和熔喷工艺等。
我国每年有大量的羊毛废料，如：纺织下脚料、废旧羊毛服装等，这些羊毛废料具有潜在的应用前景，有待进一步开发。奚柏君等将羊毛等成功地制备了高制成率、适合纺丝的蛋白溶液，将蛋白溶液加入纤维素纺丝液中，又将银系纳米抗菌粉体均匀分散在蛋白纺丝液中，采用粘胶纺丝工艺制备出抗菌功能性蛋白纤维(《上海纺织科技》，2002，6:13-14)。废旧羊毛除了可以作为纤维纺丝材料之外，它还可以作为制备羊毛粉末、角蛋白织物整理液等。鉴于羊毛角蛋白用于纤维材料领域具有很好的优势，其在无纺布领域具有广阔的发展前景。
目前，很多纤维都被制备为无纺布，如：聚丙烯纤维、棉纤维、麻纤维等。中国发明专利申请号201811078532.1公布了一种管式膜用聚酰胺无纺布的制备方法，该无纺布以聚酰亚胺和涤纶纤维组成。文献调研发现，很多纤维都成功被应用于制备为无纺布，但用废旧羊毛为原料制备为无纺布的研究鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供防静电羊毛角蛋白纤维无纺布，以解决现有技术中存在的不足，该无纺布具有羊毛的舒适感，此外，该无纺布表现了优异的防静电性能，实现了废旧羊毛的高效利用。
本发明的目的在于提供防静电羊毛角蛋白纤维无纺布，该无纺布可由下述制备方法制得：先将废旧羊毛清洗，然后将废旧羊毛溶解并提取其中的羊毛角蛋白，将羊毛角蛋白溶液进行冷冻干燥，研磨成粉；将粉体羊毛角蛋白溶于有机溶剂制得纺丝液；将纺丝液进行纺丝、拉伸、成网工艺流程制得纤维网；采用水刺方法对纤维网进行加固，制得防静电羊毛角蛋白纤维无纺布。
本发明的另一个目的在于提供上述所述防静电羊毛角蛋白纤维无纺布的制备方法，其具体方法如下：
(1)废旧羊毛的清洗：选择工厂废弃的废旧羊毛，用衣用清洗剂进行清洗，然后用大量水进行清洗，干燥。
(2)废旧羊毛的溶解：称取一定质量的废旧羊毛，加入溶有NaHSO3/LiBr/十二烷基硫酸钠的混合水溶液进行溶解，调节pH值为8～10，温度设置为60～80℃，在氮气条件下反应4～6h，得到羊毛角蛋白溶液，用透析袋流动水透析24～48h，再用去离子水透析12～24h，制得提纯的羊毛角蛋白溶液。
优选地，所述透析袋的截留分子质量为10000～16000；混合水溶液中NaHSO3(g)、LiBr(g)和十二烷基硫酸钠(g)的质量分数分别为：2～4％、4～6％和3～5％；废旧羊毛与混合水溶液的质量体积比为：1∶100～200。
(3)粉体羊毛角蛋白的制备：将步骤(2)制备的羊毛角蛋白溶液进行冷冻干燥，将干燥后的羊毛角蛋白进行研磨，过筛，筛网的大小为50～150目，制得粉体羊毛角蛋白。
优选地，所述冷冻干燥的温度为：－50～－60℃，干燥时间为：12～24h。
(4)纺丝液的制备：将粉体羊毛角蛋白溶于溶剂N，N-二甲基甲酰胺，加入纺丝助剂聚乙二醇和抗静电剂，制得纺丝液。
优选地，所述粉体羊毛角蛋白(g)与N，N-二甲基甲酰胺(mL)的质量体积比为：1∶10～20；聚乙二醇的分子量为400，聚乙二醇(g)与N，N-二甲基甲酰胺(mL)的质量体积比为：1∶80～120；抗静电剂(g)与N，N-二甲基甲酰胺(mL)的质量体积比为：1∶160～240。
(5)纤维的纺丝：将步骤(4)处理后的纺丝液加入纺丝机中进行干法纺丝；挤出时纺丝液原液温度为130～150℃，喷丝孔径为0.1～0.2mm，喷丝孔附近的热风温度为220～250℃，甬道下部的热风温度为320～350℃，甬道高度为5～8cm，甬道直径为15～20cm。
优选地，所述纺丝速度为100～150m/min。
(6)拉伸：采用机械拉伸系统拉伸，纤维的平均细度为5～20μm。
优选地，所述拉伸温度为165～240℃。
(7)成网：将拉伸后的纤维通过分丝器，进入抽风装置，通过压网辊和成网帘，制得纤维网。
优选地，所述成网速度为：30～50m/min。
(8)加固：采用水刺方法对纤维网进行加固，制得防静电羊毛角蛋白纤维无纺布。
优选地，所述水刺方法采用平网水刺加固方法。
本发明具有如下显著特点：
(1)本发明制备得到了防静电羊毛角蛋白纤维无纺布，该无纺布具有羊毛的舒适度感。
(2)本发明制备得到了防静电羊毛角蛋白纤维无纺布，该无纺布的表面电阻率分别为：1.23×106Ω、1.28×106Ω、1.34×106Ω，其值远小于市场采购的棉质无纺布的表面电阻率；该无纺布的摩擦起电电压也远远低于市场采购的棉质无纺布的摩擦起电电压；该无纺布符合《GB/T%2024249—2009防静电洁净织物》的一级标准，其在防静电性能是完全合格的。
(3)本发明制备的防静电羊毛角蛋白纤维无纺布是以工厂废弃的废旧羊毛为原料，废旧羊毛的高效应用得到明显提升。
(4)本发明中防静电羊毛角蛋白纤维无纺布的制备工艺简单，原料来源广泛；该无纺布具有较好的市场前景。
具体实施方式
以下所述实施例详细说明了本发明。
实施例1
在本实施例中，防静电羊毛角蛋白纤维无纺布采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
(1)废旧羊毛的清洗：选择工厂废弃的废旧羊毛，用衣用清洗剂进行清洗，然后用大量水进行清洗，干燥。
(2)废旧羊毛的溶解：称取10g废旧羊毛，加入1500mL溶有NaHSO3/LiBr/十二烷基硫酸钠的混合水溶液进行溶解，混合水溶液中NaHSO3、LiBr和十二烷基硫酸钠的质量分数分别为：3％、5％和4％；调节pH值为9，温度设置为70℃，在氮气条件下反应5h，得到羊毛角蛋白溶液，用截留分子质量为12000的透析袋流动水透析36h，再用去离子水透析18h，制得提纯的羊毛角蛋白溶液。
(3)粉体羊毛角蛋白的制备：将步骤(2)制备的羊毛角蛋白溶液进行冷冻干燥，冷冻干燥的温度为：－55℃，干燥时间为：18h；将干燥后的羊毛角蛋白进行研磨，过筛，筛网的大小为100目，制得粉体羊毛角蛋白。
(4)纺丝液的制备：将10g粉体羊毛角蛋白溶于溶剂150mLN，，N-二甲基甲酰胺，加入1.5g分子量为400的纺丝助剂聚乙二醇和0.75g纺织抗静电剂(型号：JL-5N，山东聚力防静电科技有限公司生产)，制得纺丝液。
(5)纤维的纺丝：将步骤(4)处理后的纺丝液加入纺丝机中进行干法纺丝；挤出时纺丝液原液温度为140℃，喷丝孔径为0.15mm，喷丝孔附近的热风温度为235℃，甬道下部的热风温度为335℃，甬道高度为7cm，甬道直径为16cm；所述纺丝速度为125m/min。
(6)拉伸：采用机械拉伸系统拉伸，纤维的平均细度为10μm；所述拉伸温度为200℃。
(7)成网：将拉伸后的纤维通过分丝器，进入抽风装置，通过压网辊和成网帘，制得纤维网；成网速度为：40m/min。
(8)加固：采用水刺方法对纤维网进行加固，水刺方法采用平网水刺加固方法，制得防静电羊毛角蛋白纤维无纺布a。
实施例2
在本实施例中，防静电羊毛角蛋白纤维无纺布采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
(1)废旧羊毛的清洗：选择工厂废弃的废旧羊毛，用衣用清洗剂进行清洗，然后用大量水进行清洗，干燥。
(2)废旧羊毛的溶解：称取10g废旧羊毛，加入1500mL溶有NaHSO3/LiBr/十二烷基硫酸钠的混合水溶液进行溶解，混合水溶液中NaHSO3、LiBr和十二烷基硫酸钠的质量分数分别为：2％、4％和3％；调节pH值为8，温度设置为70℃，在氮气条件下反应5h，得到羊毛角蛋白溶液，用截留分子质量为10000的透析袋流动水透析24h，再用去离子水透析12h，制得提纯的羊毛角蛋白溶液。
(3)粉体羊毛角蛋白的制备：将步骤(2)制备的羊毛角蛋白溶液进行冷冻干燥，冷冻干燥的温度为：－50℃，干燥时间为：12h；将干燥后的羊毛角蛋白进行研磨，过筛，筛网的大小为50目，制得粉体羊毛角蛋白。
(4)纺丝液的制备：将10g粉体羊毛角蛋白溶于溶剂100mLN，，N-二甲基甲酰胺，加入1.25g分子量为400的纺丝助剂聚乙二醇和0.6g纺织抗静电剂(型号：JL-5N，山东聚力防静电科技有限公司生产)，制得纺丝液。
(5)纤维的纺丝：将步骤(4)处理后的纺丝液加入纺丝机中进行干法纺丝；挤出时纺丝液原液温度为130℃，喷丝孔径为0.1mm，喷丝孔附近的热风温度为220℃，甬道下部的热风温度为320℃，甬道高度为5cm，甬道直径为15cm；所述纺丝速度为100m/min。
(6)拉伸：采用机械拉伸系统拉伸，纤维的平均细度为5μm；所述拉伸温度为165℃。
(7)成网：将拉伸后的纤维通过分丝器，进入抽风装置，通过压网辊和成网帘，制得纤维网；成网速度为：30m/min。
(8)加固：采用水刺方法对纤维网进行加固，水刺方法采用平网水刺加固方法，制得防静电羊毛角蛋白纤维无纺布b。
实施例3
在本实施例中，防静电羊毛角蛋白纤维无纺布采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
(1)废旧羊毛的清洗：选择工厂废弃的废旧羊毛，用衣用清洗剂进行清洗，然后用大量水进行清洗，干燥。
(2)废旧羊毛的溶解：称取10g废旧羊毛，加入2000mL溶有NaHSO3/LiBr/十二烷基硫酸钠的混合水溶液进行溶解，混合水溶液中NaHSO3、LiBr和十二烷基硫酸钠的质量分数分别为：4％、6％和5％；调节pH值为10，温度设置为70℃，在氮气条件下反应5h，得到羊毛角蛋白溶液，用截留分子质量为16000的透析袋流动水透析36h，再用去离子水透析24h，制得提纯的羊毛角蛋白溶液。
(3)粉体羊毛角蛋白的制备：将步骤(2)制备的羊毛角蛋白溶液进行冷冻干燥，冷冻干燥的温度为：－60℃，干燥时间为：24h；将干燥后的羊毛角蛋白进行研磨，过筛，筛网的大小为150目，制得粉体羊毛角蛋白。
(4)纺丝液的制备：将10g粉体羊毛角蛋白溶于溶剂200mLN，，N-二甲基甲酰胺，加入1.67g分子量为400的纺丝助剂聚乙二醇和0.8g纺织抗静电剂(型号：JL-5N，山东聚力防静电科技有限公司生产)，制得纺丝液。
(5)纤维的纺丝：将步骤(4)处理后的纺丝液加入纺丝机中进行干法纺丝；挤出时纺丝液原液温度为150℃，喷丝孔径为0.2mm，喷丝孔附近的热风温度为250℃，甬道下部的热风温度为350℃，甬道高度为8cm，甬道直径为20cm；所述纺丝速度为150m/min。
(6)拉伸：采用机械拉伸系统拉伸，纤维的平均细度为20μm；所述拉伸温度为240℃。
(7)成网：将拉伸后的纤维通过分丝器，进入抽风装置，通过压网辊和成网帘，制得纤维网；成网速度为：50m/min。
(8)加固：采用水刺方法对纤维网进行加固，水刺方法采用平网水刺加固方法，制得防静电羊毛角蛋白纤维无纺布c。
性能评价实施例：
将本发明中上述具体实施例1～3制备得到的防静电羊毛角蛋白纤维无纺布a、b、c和市场采购的棉质无纺布进行测试其防静电性能，测试方法参考《GB/T%2024249—2009防静电洁净织物》的具体测试方法，计算其表面电阻率和摩擦起电电压，测试试样不少于5个，取测试平均值。测试结果如表1所示。
表1本发明制备的防静电羊毛角蛋白纤维无纺布a、b、c和市场采购的棉质无纺布的性能评价
由表1可知，本发明制备的防静电羊毛角蛋白纤维无纺布a、b、c的表面电阻率分别为：1.23×106Ω、1.28×106Ω、1.34×106Ω，其值远小于市场采购的棉质无纺布的表面电阻率；本发明制备的防静电羊毛角蛋白纤维无纺布a、b、c的摩擦起电电压也远远低于市场采购的棉质无纺布的摩擦起电电压；本发明制备的羊毛角蛋白纤维无纺布符合《GB/T24249—2009防静电洁净织物》的一级标准，其在防静电性能是完全合格的。
