一种卷式膜过滤法制备高强度卡拉胶纤维的方法

摘要

本发明公开一种卷式膜过滤法制备高强度卡拉胶纤维的方法，包括以下操作步骤：(1)将麒麟菜经碱处理、清洗、蒸煮后加入珍珠岩或硅藻土过助滤剂，然后经板框压滤机去除纤维类杂质后，得到卡拉胶原液；(2)利用孔径2‑20nm的卷式膜过滤设备对卡拉胶原液进行连续过滤浓缩，得到浓缩滤液；(3)使用板式换热器将浓缩滤液降温后使用乙醇或异丙醇沉淀胶液，得到絮状物；(4)将絮状物脱水、撕碎，闪蒸干燥、杀菌、粉碎、过筛后得到卡拉胶半成品；(5)将卡拉胶半成品加入至溶解液中溶解后，制得卡拉胶纺丝原液，将卡拉胶纺丝原液采用纺丝机纺丝处理后，得到细度为40μm的卡拉胶纤维。本发明方法制备卡拉胶，产率高并且制得的卡拉胶品质优异。

说明书

技术领域

本发明涉及卡拉胶制备技术领域，尤其是涉及一种卷式膜过滤法制备高强度卡拉胶纤维的方法。

背景技术

卡拉胶(又称角叉菜胶、鹿角菜胶)是自红藻(Rhodophyta)中提取的一种亲水胶体，是一类线性、含有硫酸酯基团的高分子多糖。理想的卡拉胶具有重复的α-(1→4)-D-半乳吡喃糖-β-(1→3)-D-半乳吡喃糖(或3,6-内醚-D-半乳吡喃糖)二糖单元骨架结构。

按照卡拉胶重复单元中所含硫酸酯基的数量和位置不同，可对卡拉胶进行分类，商业上使用最多的是kappa、iota和lamda三种类型，特别是kappa型已被广泛使用。Kappa卡拉胶只在D-半乳糖的C(4)含有一个硫酸酯基团，iota卡拉胶和kappa卡拉胶类似，其特殊之处在于iota卡拉胶在D-半乳糖的C(4)和3,6-脱水半乳糖的C(2)各含有一个硫酸基团。

Kappa卡拉胶凝胶强度大且凝胶脆，凝胶析水现象明显，而iota卡拉胶形成的凝胶弹性、韧性好，无析水现象。Iota卡拉胶原料E.spinosum价格约为kappa卡拉胶原料E.Cottonii的1/2，成本优势明显。

目前iota卡拉胶的生产工艺为：称料→水洗→碱处理→水洗→蒸煮→过滤→冷却→醇沉→挤压→烘干→粉碎。生产工艺中沉淀胶体醇类的大量消耗是导致生产成本较高的主要原因。

中国专利CN102174118A公开了一种制备iota卡拉胶的方法，该方法采用常规技术得到卡拉胶液，后经液体粉碎机或胶体磨进行发泡，同时用喷雾发生装置加入KCl、CaCl2，十二烷基三甲基溴化铵进行两步盐析，后经分离、脱水、醇洗制得。该工艺较繁琐，不便于工业化生产，且引入了化学成分十二烷基三甲基溴化铵，不利于产品安全。

中国专利CN1721448A公开了一种提取iota卡拉胶的方法，该方法使用无机酸浸泡、水洗、蒸煮、凝胶、脱水、干燥、粉碎制得。该方法因滤液浓度低，沉淀过程消耗大量CaCl2，需要新增均质机投入，且最终成品pH达不到国标要求。且无机酸的使用一定程度会造成卡拉胶中糖苷键的断裂，影响最终产品的功能性质。

发明内容

本发明旨在在现有技术的基础上降低沉淀时醇类的用量，降低生产成本，提高产能，同时提高卡拉胶纤维的强度。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种卷式膜过滤法制备高强度卡拉胶纤维的方法，包括以下操作步骤：

(1)将麒麟菜经碱处理、清洗、蒸煮后加入珍珠岩或硅藻土过助滤剂，然后经板框压滤机去除纤维类杂质后，得到卡拉胶原液，其中板框压滤机的过滤压力0.8-1.0mPa；

(2)利用孔径2-20nm的卷式膜过滤设备对卡拉胶原液进行连续过滤浓缩，得到浓缩滤液；

(3)使用板式换热器将浓缩滤液降温至40-60℃，后使用浓缩液体积的1-2倍乙醇或异丙醇沉淀胶液，得到絮状物；

(4)将絮状物脱水、撕碎，闪蒸干燥、杀菌、粉碎、过筛后得到卡拉胶半成品；

(5)将卡拉胶半成品加入至溶解液中溶解后，制得卡拉胶纺丝原液，将卡拉胶纺丝原液采用纺丝机纺丝处理后，得到细度为40μm的卡拉胶纤维，其中溶解液由以下重量份的组分制成：氢氧化钠10-16份、1,2-环己二胺四乙酸1-4份、三乙醇胺3-9份、水150-200份。

具体地，上述步骤(1)中，碱处理时温度60-80℃，碱液中碱的质量分数为7-10％。

具体地，上述步骤(1)中，碱是KOH、NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃中的一种或两种以上的混合物；。

具体地，上述步骤(2)中，卷式膜过滤设备为聚酰胺材质。

具体地，上述步骤(4)中，絮状物脱水的操作为：将絮状物打入隔膜压滤机，逐级增压至2.5mPa后脱水处理20-30min。

具体地，上述步骤(5)中，卡拉胶半成品与溶解的质量体积比为1kg:2-3L。

由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：

(1)在使用板框过滤后将卡拉胶原液使用聚酰胺纳滤膜过滤浓缩，滤液浓度提高2倍以上，使得后续乙醇/异丙醇的用量大大降低；

(2)用纳滤膜过滤浓缩后，卡拉胶滤液总量的减少使得后续冷凝器、隔膜压滤机等设备的需求减少，降低了设备投入成本；

(3)经纳滤浓缩后的卡拉胶滤液去除了部分色素、小分子杂质，对卡拉胶进行了进一步纯化，最终产品的质量得以提高；

(4)卡拉胶半成品采用本发明提供的溶解液溶解处理后进行纺丝，得到的卡拉胶纤维具有优异的强度，品质优异。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。

实施例1

一种卷式膜过滤法制备高强度卡拉胶纤维的方法，包括以下操作步骤：

(1)将麒麟菜经碱处理、清洗、蒸煮后加入珍珠岩过助滤剂，然后经板框压滤机去除纤维类杂质后，得到卡拉胶原液，其中板框压滤机的过滤压力0.8mPa，碱处理时温度60℃，碱液中碱的质量分数为7％，碱是KOH；

(2)利用孔径20nm的聚酰胺材质卷式膜过滤设备对卡拉胶原液进行连续过滤浓缩，得到浓缩滤液；

(3)使用板式换热器将浓缩滤液降温至40℃，后使用浓缩液体积的1倍乙醇沉淀胶液，得到絮状物；

(4)将絮状物脱水、撕碎，闪蒸干燥、杀菌、粉碎、过筛后得到卡拉胶半成品，其中絮状物脱水的操作为：将絮状物打入隔膜压滤机，逐级增压至2.5mPa后脱水处理20min；

(5)将卡拉胶半成品加入至溶解液中溶解后，其中卡拉胶半成品与溶解的质量体积比为1kg:2L，制得卡拉胶纺丝原液，将卡拉胶纺丝原液采用纺丝机纺丝处理后，得到细度为40μm的卡拉胶纤维，其中溶解液由以下重量份的组分制成：氢氧化钠10份、1,2-环己二胺四乙酸1份、三乙醇胺3份、水150份。

实施例2

一种卷式膜过滤法制备高强度卡拉胶纤维的方法，包括以下操作步骤：

(1)将麒麟菜经碱处理、清洗、蒸煮后加入珍珠岩或硅藻土过助滤剂，然后经板框压滤机去除纤维类杂质后，得到卡拉胶原液，其中板框压滤机的过滤压力0.8-1.0mPa，碱处理时温度60-80℃，碱液中碱的质量分数为7-10％，碱是NaOH和Na₂CO₃等质量组成的混合物；

(2)利用孔径10nm的聚酰胺材质卷式膜过滤设备对卡拉胶原液进行连续过滤浓缩，得到浓缩滤液；

(3)使用板式换热器将浓缩滤液降温至50℃，后使用浓缩液体积的2倍异丙醇沉淀胶液，得到絮状物；

(4)将絮状物脱水、撕碎，闪蒸干燥、杀菌、粉碎、过筛后得到卡拉胶半成品，其中絮状物脱水的操作为：将絮状物打入隔膜压滤机，逐级增压至2.5mPa后脱水处理25min；

(5)将卡拉胶半成品加入至溶解液中溶解后，其中卡拉胶半成品与溶解的质量体积比为1kg:2.5L，制得卡拉胶纺丝原液，将卡拉胶纺丝原液采用纺丝机纺丝处理后，得到细度为40μm的卡拉胶纤维，其中溶解液由以下重量份的组分制成：氢氧化钠14份、1,2-环己二胺四乙酸3份、三乙醇胺6份、水180份。

实施例3

一种卷式膜过滤法制备高强度卡拉胶纤维的方法，包括以下操作步骤：

(1)将麒麟菜经碱处理、清洗、蒸煮后加入珍珠岩或硅藻土过助滤剂，然后经板框压滤机去除纤维类杂质后，得到卡拉胶原液，其中板框压滤机的过滤压力1.0mPa，碱处理时温度80℃，碱液中碱的质量分数为10％，碱是Na₂CO₃和NaHCO₃等质量组成的混合物；

(2)利用孔径2nm的聚酰胺材质卷式膜过滤设备对卡拉胶原液进行连续过滤浓缩，得到浓缩滤液；

(3)使用板式换热器将浓缩滤液降温至60℃，后使用浓缩液体积的2倍异丙醇沉淀胶液，得到絮状物；

(4)将絮状物脱水、撕碎，闪蒸干燥、杀菌、粉碎、过筛后得到卡拉胶半成品，其中絮状物脱水的操作为：将絮状物打入隔膜压滤机，逐级增压至2.5mPa后脱水处理30min；

(5)将卡拉胶半成品加入至溶解液中溶解后，其中卡拉胶半成品与溶解的质量体积比为1kg:3L，制得卡拉胶纺丝原液，将卡拉胶纺丝原液采用纺丝机纺丝处理后，得到细度为40μm的卡拉胶纤维，其中溶解液由以下重量份的组分制成：氢氧化钠16份、1,2-环己二胺四乙酸4份、三乙醇胺9份、水200份。

对比例1

步骤(2)中卡拉胶原液不采用卷式膜过滤设备处理，其余操作步骤与实施例1完全相同。

对比例2

步骤(5)溶解液中不添加1,2-环己二胺四乙酸和三乙醇胺，其余操作步骤与实施例2完全相同。

分别用各实施例和对比例的方法进行制备卡拉胶纤维的试验，除了上述的方法不同外，其余的制备方法完全相同，然后测试各组制备卡拉胶纤维的效果，如表1所示：

表1制备卡拉胶纤维制备效果评价

由表1可知，采用本发明方法制备卡拉胶，卡拉胶的产率高，品质优异。其中，由实施例1和对比例1的数据可知，卷式膜过滤设备既能提升卡拉胶的产率，又能提升卡拉胶的品质；由实施例2和对比例2的数据可知，溶解液中的1,2-环己二胺四乙酸和三乙醇胺可有效的提升制得的卡拉胶纤维的强度，提升了卡拉胶纤维的品质。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。