本發明涉及功能性纖維制備領域，具體涉及一種膠原蛋白纖維素纖維及其制備方法。
背景技術：
面膜是護膚最重要的工具，現如今，隨著保養、護膚的意識進入平民化，使得面膜市場愈發火爆，傳統無紡布面膜更是占據市場絕大部分的份額，絕大多數的面膜以其添加的營養成分來達到保濕、美白、抗衰老的作用，而對于作為面膜載體的面膜基材少有研究。
膠原蛋白由動物皮提取，含有大量極性基團，是保濕因子，且有阻止皮膚中的酪氨酸轉化為黑色素的作用，故膠原蛋白有純天然保濕、美白、防皺、祛斑等作用，廣泛應用于美容用品中。
隨著功能性纖維技術的發展，膠原蛋白纖維的概念被提出，越來越多的膠原蛋白纖維技術陸續問世，如：專利申請號為201510431030.2的專利申請提供了一種膠原蛋白纖維的制程及制得的膠原蛋白纖維，膠原蛋白纖維的制程，包含步驟A：準備一個包含有纖維原料的纖維原料溶液，步驟B：準備一個包含有膠原蛋白的膠原蛋白溶液；其特征在于：在該步驟B中，以100重量份的該纖維原料為基準，該膠原蛋白為5～10重量份，該膠原蛋白纖維的制程還包含一個在該步驟B后的步驟C，在該步驟C中，混合該纖維原料溶液及該膠原蛋白溶液成為一種紡絲液，并以濕式紡絲法將該紡絲液制成膠原蛋白纖維，不難得出，膠原蛋白纖維的制程只是將膠原蛋白附著于纖維素而形成膠原蛋白纖維，纖維與膠原蛋白之間無化學連接，在使用過程中，膠原蛋白容易掉落，抗氧化、抗菌穩定性不高，產品保質期短；而且由于膠原蛋白是屬于高分子材料的一種，并由于高分子材料的分子量并無一定，且分子量影響材料的物理及機械性質甚大，故該膠原蛋白的分子量應予限定。當該膠原蛋白的平均分子量太大，則膠原蛋白不易與纖維原料均勻混合，會使制得的膠原蛋白纖維成品的品質不佳，若該膠原蛋白的平均分子量太小，則代表膠原蛋白幾乎被裂解成胺基酸，會失去膠原蛋白本身所具有的機能性。此外，如果膠原蛋白的分子量分布過廣，也會因為分子間的差異性過大，使得成品的區域間的差異性大，并因此造成該成品在受力時容易因應力不均而損壞，因而此種方法制得的膠原蛋白纖維品質不能得到保證，斷絲率高，不符合經濟效率。
又比如：專利申請號為201310588899.9的專利申請提供了一種制備膠原蛋白纖維的方法及制得的產品和產品的應用，本法以動物皮革為原料，直接提取天然的膠原蛋白纖維，在當今社會，動物皮革儼然不能滿足人們對膠原蛋白纖維對需求，且其成本遠大于人造纖維、棉纖維等。
技術實現要素：
本發明目的是提供一種膠原蛋白纖維素纖維及其制備方法，以解決現有技術膠原蛋白纖維斷絲率高、不夠經濟實惠的問題。
為解決上述問題，本發明提供的技術方案為：
一種膠原蛋白纖維素纖維，其特征在于，由以下重量份的組分組成：
膠原蛋白5-15％；
纖維素85-95％；
其中，膠原蛋白通過環氧氯丙烷接枝在纖維素上。
一種膠原蛋白纖維素纖維的制備方法，包括如下步驟：
(1)制備膠原蛋白預處理液：配制質量分數為10-20％、pH值為9-10的膠原蛋白堿性水溶液，將膠原蛋白水溶液加熱至55-65℃，在攪拌條件下滴加環氧氯丙烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持反應2-3小時后即得到膠原蛋白預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：將步驟(1)制得的膠原蛋白預處理液按照膠原蛋白占粘膠中甲纖質量比的10-20％的比例加入粘膠中，充分混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應6-10小時得到膠原蛋白接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的膠原蛋白接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到膠原蛋白纖維素纖維。
進一步地，步驟(1)中，環氧氯丙烷的用量為膠原蛋白質量比的30-40％，滴加環氧氯丙烷的時間為20-30min。
本發明與現有技術相比具有如下優點：
(1)本發明制得的膠原蛋白纖維素纖維通過高分子技術將膠原蛋白嫁接到纖維素纖維上，由于膠原蛋白與棉纖維以共價鍵連接，不影響棉纖維原有的力學性能，故而能在保持纖維素纖維優良紡織性能的基礎上賦予其高吸水、高保濕、防皺防衰老、美容護膚等保健功能,且原料為廉價易得的植物粘膠纖維，解決了現有技術膠原蛋白纖維斷絲率高、不夠經濟實惠的問題，是一種集纖維素纖維和膠原蛋白的優點于一身的新型纖維素纖維；
(2)本發明制得的膠原蛋白纖維素纖維的吸水率為10-15倍，比普通纖維高30-40％；
(3)本發明制得的膠原蛋白纖維素纖維在常溫下保濕時間比普通纖維長40-50％，能夠長時間給予肌膚保濕、補水；
(4)本發明制得的膠原蛋白纖維素纖維是水溶性物質，用它制成的纖維面膜能讓面部吸收部分膠原蛋白，使肌膚保持彈性、美白、減少皺紋；
(5)本發明制得的膠原蛋白纖維素纖維經權威機構SGS檢測，證明該纖維具有保持皮膚彈性、美白、防皺的功能，是專為面膜基材市場研究開發的具有多種保健功能的新型材料，其高吸水、高保濕性能優異、柔軟性能良好，是生產膜布的最佳材料；
(6)膠原蛋白接枝與前端紡絲工藝有機結合，即在紡絲前的制膠過程中即進行接枝，在普通纖維生產的基礎上改變不大即可獲得品質優良的膠原蛋白纖維素纖維，工藝流程簡單，方法簡便、易于規模化生產；
(7)僅在紡絲后進行洗滌、烘干操作，能耗以及水耗與普通纖維生產相當；
(8)僅在步驟(3)中產生污水、廢料，故而污水處理以及廢料回收集中、方便；
(9)粘膠與膠原蛋白預處理液相互混溶，纖維素與接枝膠原蛋白之間的接觸面積達到最大，接枝率高達5％以上。
具體實施方式
實施例1
進行如下步驟的操作：
(1)制備膠原蛋白預處理液：向搪玻璃反應釜泵入50L水，開啟攪拌，并加入10Kg的膠原蛋白，再加入稀氫氧化鈉溶液將體系的pH值調節至9-10充分溶解膠原蛋白并過濾得到堿性水溶液，然后將膠原蛋白水溶液加熱至55-65℃，維持體系溫度55-65℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加3.5L環氧氯丙烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應2小時后得到膠原蛋白預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：在粘膠進入熟成中間桶之前，用注射系統將步驟(1)配制的膠原蛋白預處理液按照膠原蛋白預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過靜態混合器混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應6小時得到膠原蛋白接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的膠原蛋白接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到膠原蛋白纖維素纖維。
本實施例采用的預處理方法是為了讓膠原蛋白與棉纖維以共價鍵連接，保持了棉纖維原有的主要力學性能；而在粘膠接枝處理過程中，由于粘膠與膠原蛋白預處理液均為液相，兩者能夠相互混溶，進而使得纖維素與接枝膠原蛋白之間的接觸面積大大增加，接枝率為7.75％，生產的纖維纖度為1.33dtex。
本實施例在紡絲前的制膠過程中即進行接枝，在普通纖維生產的基礎上改變不大即可獲得品質優良的膠原蛋白纖維素纖維，工藝流程簡單，方法簡便、易于規模化生產。
實施例2
進行如下步驟的操作：
(1)制備膠原蛋白預處理液：向搪玻璃反應釜泵入50L水，開啟攪拌，并加入10Kg的膠原蛋白，再加入稀氫氧化鈉溶液將體系的pH值調節至9-10充分溶解膠原蛋白并過濾得到堿性水溶液，然后將膠原蛋白水溶液加熱至55-65℃，維持體系溫度55-65℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加3.5L環氧氯丙烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應3小時后得到膠原蛋白預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：在粘膠進入熟成中間桶之前，用注射系統將步驟(1)配制的膠原蛋白預處理液按照膠原蛋白預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過靜態混合器混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應6小時得到膠原蛋白接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的膠原蛋白接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到膠原蛋白纖維素纖維，接枝率為7.81％，生產的纖維纖度為1.67dtex。
實施例3
進行如下步驟的操作：
(1)制備膠原蛋白預處理液：向搪玻璃反應釜泵入50L水，開啟攪拌，并加入10Kg的膠原蛋白，再加入稀氫氧化鈉溶液將體系的pH值調節至9-10充分溶解膠原蛋白并過濾得到堿性水溶液，然后將膠原蛋白水溶液加熱至55-65℃，維持體系溫度55-65℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加3.5L環氧氯丙烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應3小時后得到膠原蛋白預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：在粘膠進入熟成中間桶之前，用注射系統將步驟(1)配制的膠原蛋白預處理液按照膠原蛋白預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過靜態混合器混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應10小時得到膠原蛋白接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的膠原蛋白接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到膠原蛋白纖維素纖維，接枝率為7.85％，生產的纖維纖度為1.67dtex。
實施例4
進行如下步驟的操作：
(1)制備膠原蛋白預處理液：向搪玻璃反應釜泵入50L水，開啟攪拌，并加入10Kg的膠原蛋白，再加入稀氫氧化鈉溶液將體系的pH值調節至9-10充分溶解膠原蛋白并過濾得到堿性水溶液，然后將膠原蛋白水溶液加熱至55-65℃，維持體系溫度55-65℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加3.5L環氧氯丙烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應3小時后得到膠原蛋白預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：在粘膠進入熟成中間桶之前，用注射系統將步驟(1)配制的膠原蛋白預處理液按照膠原蛋白預處理液與粘膠體積比1:12的比例加入粘膠中，經過靜態混合器混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應10小時得到膠原蛋白接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的膠原蛋白接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到膠原蛋白纖維素纖維，接枝率為7.83％，生產的纖維纖度為1.33dtex。
實施例5
進行如下步驟的操作：
(1)制備膠原蛋白預處理液：向搪玻璃反應釜泵入50L水，開啟攪拌，并加入10Kg的膠原蛋白，再加入稀氫氧化鈉溶液將體系的pH值調節至9-10充分溶解膠原蛋白并過濾得到堿性水溶液，然后將膠原蛋白水溶液加熱至55-65℃，維持體系溫度55-65℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加3.5L環氧氯丙烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應2小時后得到膠原蛋白預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：在粘膠進入熟成中間桶之前，用注射系統將步驟(1)配制的膠原蛋白預處理液按照膠原蛋白預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過靜態混合器混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應10小時得到膠原蛋白接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的膠原蛋白接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到膠原蛋白纖維素纖維，接枝率為7.82％，生產的纖維纖度為1.67dtex。
實施例6
與現有技術的對比測試：
(1)同時架起2個1L的反應瓶，安裝上攪拌裝置，并分別標記為A、B、號，兩個瓶中均裝入300ml的水，開啟攪拌，分別加入40g的膠原蛋白，再加入稀氫氧化鈉溶液將體系的pH值調節至9-10充分溶解膠原蛋白并過濾得到堿性水溶液，A號瓶維持體系溫度55-65℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加120mL環氧氯丙烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應6小時后直接降到室溫備用；B號瓶的膠原蛋白堿性水溶液直接留用；
(2)粘膠熟成(接枝)處理，將進入熟成中間桶之前的同一批粘膠分為2組，分別用注射系統將步驟(1)配制的A、B號膠原蛋白預處理液按照膠原蛋白預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過相同大小的靜態混合器混合后進入相同大小的熟成中間桶中，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應6小時得到A、B號膠原蛋白熟成(接枝)粘膠；
(3)將步驟(2)得到的A、B號膠原蛋白接枝粘膠分別直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到A、B號膠原蛋白纖維素纖維，對兩組纖維素纖維進行相應的參數測試，多次測試取均值后具體參數對比情況如表1：
表1膠原蛋白纖維素纖維的產品技術參數
如表1，A號膠原蛋白纖維素纖維與B號膠原蛋白纖維素纖維剛產出的膠原蛋白含量相當，但A號膠原蛋白纖維素纖維表現出了良好的耐水洗特性，B號樣品多次洗滌后幾乎全部洗掉，證明本發明產品的性質穩定；除此之外還具有優異的力學性能，甚至與棉纖維原有的力學性能相當，且棉纖維廉價易得，徹底解決了現有技術膠原蛋白纖維斷絲率高、不夠經濟實惠的問題。
以上所述實施例僅表達了本申請的具體實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本申請保護范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請技術方案構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本申請的保護范圍。