[发明专利]一种大豆蛋白与PVA共混纤维及其制备方法与应用

说明书

技术领域

    本发明涉及一种大豆蛋白纤维，具体涉及一种聚乙烯醇（PVA）纳米颗粒改性的大豆蛋白共混纤维。

背景技术

    上世纪80年代，由于石油资源的匮乏并且渐成紧缺之势，可再生资源生产的环境友好材料成为日常所需，工业需求也越来越大。另一方面，可再生资源以及油料加工中产生的诸如大豆蛋白的农副产品为这一需求提供了丰富的蛋白质。综合利用现代化学技术，重组遗传学以及当代对高分子，粘合剂和石油衍生物的认识，当今的研究者正在开发塑料，粘合剂，载体，涂料，药物，薄膜等其他大豆蛋白产品。

    二十世纪中叶，日本首先对大豆纤维进行研究。1940年， Toshiji Kajita和良平井上制得大豆蛋白纤维，颜色呈天然白色至淡棕褐色，卷曲，具有很好的弹性，有着暖和柔软的手感。与羊毛比，它们的拉伸强度较低（尤其是在潮湿的状态），吸湿性不高。润湿状态下的大豆蛋白纤维的抗拉强度低限制了它们的商业应用，因此在二十世纪中旬第二次世界大战结束时大豆蛋白纤维就停止生产了。

二十一世纪早期对大豆纤维研究有很大进展。黄等人通过湿法纺丝的方法在实验意义上利用大豆蛋白制得了纺织纤维：使大豆蛋白碱溶液在酸性凝固浴中凝固。将这种湿法纺丝法制取纤维处理后，在11％相对湿度的拉伸强度为0.77 cN /dtex，0.75 cN / dtex（65％RH），在潮湿状态只有0.08cN / dtex，强度在大多数情况下低于羊毛。由此与干法纺丝制备的纤维对比，发现干法纺丝才是合适的方法，因为蛋白质纤维在水和甘油中都具有良好的溶解性。而大豆蛋白的降解和蛋白质纺丝溶液中存在的微凝胶被认为是纤维拉伸性差的原因。随后，他们减少大豆蛋白纤维的水分吸收，试图增加其拉伸性能。他们把极性相对较低的醇溶蛋白（添加量分别为20%，30%和40％）添加到纺丝原液中，用干法纺丝制取纤维。最佳的大豆蛋白醇溶蛋白纤维混纺溶液中含有80％大豆蛋白和20％甘油，但韧性只有0.20 cN / dtex。

另一个可能改善抗拉强度，减少在沸水中收缩的方法是使用水溶性聚合物，如聚乙烯醇（PVA）添加至纺丝原液中。研究中人们发现大豆蛋白和聚乙烯醇由于在水中各组分的膨胀差异太大，双组份纤维没有成功。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的溶解缺陷，提供一种拉伸强度高的大豆蛋白和聚乙烯醇双组份纤维。

为了达到上述目的，本发明提供了一种大豆蛋白与聚乙烯醇共混纤维，包括大豆蛋白纤维和PVA纳米颗粒； PVA纳米颗粒占共混纤维的重量百分比为1%～99%，优选重量百分比为60%～70%； PVA纳米颗粒粒径为20～200 nm，且均匀分散在大豆蛋白纤维中。

本发明还提供了上述维的制备方法，包括以下步骤：

（1）大豆蛋白溶液配制：取大豆蛋白粉末，以有机酸为溶剂，制备澄清的大豆蛋白溶液；大豆蛋白溶液的浓度为1%～15%；有机酸优选为：甲酸、乙酸、乙二酸、丙酸、丙二酸、丁酸等；

（2）纺丝原液配制：取PVA，以酸为溶剂，制备质量百分浓度为1%～30%（优选5%～20%）的PVA溶液；向PVA溶液中加入步骤（1）中制备的大豆蛋白溶液，搅拌均匀，得到共混溶液；将共混溶液浓缩即得纺丝原液；纺丝原液中大豆蛋白和PVA的总质量百分浓度为10%～30%，且大豆蛋白和PVA的质量比为1:99～99:1，优选3:7～4:6；酸选自盐酸、硫酸、磷酸、丙烯酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸、二氯乙酸、丙酸、丙二酸或丁酸；

（3）共混纤维制备：将步骤（3）制得的纺丝原液进行湿法纺丝即得共混纤维。

大豆蛋白粉末通过以下步骤制备：取饼粕粉加入碱溶液，控制溶液pH值为8～14（优选9～12），充分溶解后，过滤；取滤液加入酸溶液，调节pH值为2～6（优选4.4～4.8），析出沉淀，过滤，干燥即得所述大豆蛋白粉末。碱溶液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；酸溶液选自盐酸、硫酸、磷酸、丙烯酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸、二氯乙酸、丙酸、丙二酸或丁酸。

其中，步骤（1）中大豆蛋白溶液的制备过程为取大豆蛋白粉末加入有机酸溶剂中，在40～70℃下搅拌12～48h，离心，取上清液即得所述澄清的大豆蛋白溶液；步骤（2）中PVA加入酸中制备PVA溶液时，搅拌2～10h，即得PVA溶液。

步骤（2）PVA溶解于酸中的温度为20～80℃； PVA溶液加入大豆蛋白溶液的搅拌温度为25～80℃，搅拌时间为5～50 min；搅拌速度均为300～1000 rpm；共混溶液的浓缩温度为30～90℃。