新型环保服装材料之牛奶纤维

研究生专业课程考试答题册 得分：阅卷人签字：学 号 姓 名 韩欢欢 考试课程 新型服装材料 考试日期 2010年12月1号 西安工程大学研究生部新型环保服装材料-牛奶纤维1. 前言随着社会的发展，服装业已经进入了一个以材质取胜的时代，未来服装业的竞争主要是纺织加工技术和新材料的竞争。而现代社会的高度发达，使人们对健康的重视程度日益提高，“绿色”环保服装的推广和应用已经是势在必行。随着时代的进步，我们对于服装的要求已经不仅是舒适，更多的是流行。色彩可以流行，款式可以流行在诸多流行因素中，环保也已经占据了一定比例。换句话说，面料功能的变化除了舒适之外，市场对于面料的环保功能要求也越来越高。1.1 新型环保服装材料的发展概况1.1.1 新型环保服装材料的含义新型服装材料，是指以与人类亲善为目的、视环境友好为目标的服装材料。所谓与人类亲善是指新型服装材料服务于人类的属性，即具有对人的身心的愉悦作用，不仅有利于人的肌体，而且愉悦人的精神，不仅满足人们的日常生活的要求，而且为人类的特殊需求提供帮助。所谓环境友好就是指环境保护，即其的生态属性。而所谓环保是指产品在生产过程中对环境无污染、无破坏。服装材料环保则包括在制作过程中对环境无污染，选用原料对消费者无危害，材料可以循环使用、能再生，织物废弃后可降解等。1.1.2 新型环保服装材料种类近年来开发的新型环保性原料有很多不同的种类，它可以按照天然材料和化学纤维材料分为两大类。其中纤维素材料、蛋白质材料和天然染料属于天然材料的范畴；而人造纤维材料和合成纤维材料属于化学纤维材料。除了以上的分类方法，还可以将其分为天然纤维类、再生纤维类和绿色加工材料。如图所示： 本文主要介绍的是牛奶纤维，进入21世纪以来，人们崇尚返璞归真、回归自然，更加注重服饰的舒适性、保健性、高档化和时尚化。因此，牛奶蛋白质纤维作为“绿色”、“保健”型纺织品的代表，已成为国际、国内市场消费的潮流，也满足了消费者对服饰绿色环保、健康、时尚的追求。牛奶蛋白质纤维因其具有以上众多的优点，各国的业内人士都在积极进行这方面的产品开发工作，并且开发的领域呈现多元化，发展十分迅速。牛奶蛋白纤维是以牛乳作为基本原料，经过脱水、脱油、脱脂、分离、提纯，使之成为一种具有线型大分子结构的乳酪蛋白；再与聚丙烯腈采用高科技手段进行共混、交联、接枝，制备成纺丝原液；最后通过湿法纺丝成纤、固化、牵伸、干燥、卷曲、定形、短纤维切断(长丝卷绕)而成的。它是一种有别于天然纤维、再生纤维和合成纤维的新型动物蛋白纤维，又叫它牛奶丝、牛奶纤维。牛奶纤维可与天然的棉、麻及再生纤维素的天丝、莫代尔、天竹纤维，天然蛋白质的羊绒、羊毛、绢丝等多种纺织纤维以任何比例混纺。适合开发高档贴身的针织内衣、衬衫、休闲服装、家用服饰及床上用品。2. 牛奶蛋白纤维的组成与特性目前，牛奶蛋白纤维的生产工艺主要分为两大系列：一是将制成牛奶奶酪蛋白的线形大分子接枝共聚在“合成羊毛之称”的聚丙烯腈大分子上；二是接枝在“合成棉花之称”的聚乙烯醇大分子上。也就是以合成大分子为载体，共聚共混之后再制成纺织用的牛奶蛋白纤维。由于牛奶纤维生产技术的不同，所以纤维性能也存在较大的差异。主要反映在牛奶纤维及织物的染色性能、物理机械性能、耐热性能等诸多方面。2.1 牛奶蛋白纤维的组成牛奶纤维是天然奶酪蛋白与合成高分子的共聚产物。它既不同于天然的羊毛、羊绒、兔毛及蚕丝蛋白纤维，也不同于腈纶、维纶、涤纶合成纤维。它主要含有70%左右的合成高分子，30%的奶酪蛋白类氨基酸大分子，共聚后表现出的性能发生了质的变化。理论上牛奶蛋白纤维适合于阳离子染料、弱酸性染料、活性染料、载体分散染料染色。实践证明，它更适合于活性染料染色。该纤维采用多组分的湿法纺丝工艺，纤维内部结构复杂。在纺丝加工中，由于奶酪蛋白聚乳糖高温分解极易产生黄变，加上蛋白质不耐碱、不耐高温、纤维收缩率大等因素，给染色加工带来很多新的技术问题。2.2 牛奶纤维的特性2.2.1 牛奶纤维的特性及其混纺面料的漂白难度大聚乙烯醇类牛奶蛋白纤维在纺丝过程中受到高温、醛化、卷曲、定形的影响，奶酪蛋白聚乳糖分解使纤维黄变。在纤维或纺织品的染前漂白时，若保护蛋白质不被破坏就很难达到象棉纤维的漂白白度。聚丙烯腈类牛奶蛋白纤维虽呈奶白色，但由于聚丙烯类纤维的不耐热和不耐碱性，以及蛋白质部分的热分解性等，也很难做到象棉纤维的漂白白度，且影响其染色的鲜艳度。2.2.2 染色同色性差牛奶蛋白纤维是由多组成分组成的，虽然共聚后改变了其中合成大分子的性能，可采用活性染料染色，但是在染中、深色时，还是会出现色差、色不匀、色不平、多色及“闪色”现象，要达到颜色一致还有待深入研究。2.2.3 耐热性差通过差示扫描热分析，牛奶纤维在低于水的沸点达到92.7时，有一个分解峰值，它的耐热水性低于90,48开始慢慢失重，当达到149时失重4%，440时失重30%，蛋白质基本被全部破坏。牛奶蛋白纤维类似于棉、麻，属于无熔点纤维，燃烧不会产生熔滴烫伤。2.2.4 收缩率大采用湿法纺丝的牛奶蛋白质纤维，横截面呈现不规则的圆形或锯齿形，布满了大大小小的空穴，纵向有许多不规则的沟槽。蛋白质覆盖在载体的表面，纤维能够吸湿透气的同时，提供了染料轻易染色的染座。但是太多不规则的微孔和沟槽，导致纤维溶胀后收缩率大。2.2.5 匀染性差由于湿法纺丝的牛奶纤维微孔多，对染料的吸附性强。蛋白质大分子覆盖在纤维表面，合成大分子排列于纤维内部，导致吸附速度过快而染料分子难以渗透、移染到纤维内部。非常轻易产生色花、色泳移、色不匀等现象。2.2.6 染色后不易回修活性染料的剥色，多数采用升温法使部分染料水解而变浅。高碱度还原法是破坏已上染的染料而变浅。高浓度氧化法是使上染的染料被氧化而去除残留的染料。无论哪种回修方法，对牛奶蛋白纤维强度、柔软度等都是不利的。3. 牛奶纤维及其混纺的染整加工3.1 关于前处理漂白目前纺织品常用的漂白技术分为：氧化漂白法双氧水、次氯酸钠、亚氯酸钠漂白；还原漂白法保险粉、漂毛粉、二氧化硫脲漂白。经过实际的证明和试验，得出如下结论：聚乙烯醇载体的牛奶蛋白纤维接近于彩棉的浅黄色和深褐色。在染中、深色时需要双氧水漂白，染浅色时需要采用双氧水复漂或先氧化漂白再还原漂白的方法。对于增白的产品目前只能做到奶白色，达不到纯棉产品的漂白白度。特别注重的是牛奶蛋白纤维含有氨基酸，不能采用氯漂或亚漂。聚丙烯腈载体的牛奶蛋白纤维虽然呈现奶白色，但是由于载体的生产批次不同，牛奶奶酪蛋白的产地不同，每批牛奶蛋白纤维的颜色也不同双氧水对聚丙烯腈载体部分的漂白效果不明显与它的不耐热性有关。当牛奶蛋白纤维以高比例与纤维素纤维混纺的产品进行漂白时，过高的漂白温度会引起牛奶纤维的泛黄。3.2 关于染料的选用和染色工艺根据牛奶蛋白纤维的性能和特点，通过实践证明有以下几个建议和结论：纯的牛奶蛋白纤维或与天然纤维素、再生纤维素类纤维混纺的产品，采用活性染料染色，工艺技术稳定可靠，色牢度高，染料的利用率高。但是对于一些的敏感色及中、深色存在一定程度上的“色不平或闪色”现象，聚丙烯腈载体的牛奶纤维更为严重。假如与天然蛋白质类的羊毛、绢丝、兔毛纤维混纺，适合采用一浴两步法，先用阳离子染料染色，补加酸之后再用弱酸性染料染色。色牢度基本上能够达到同类天然蛋白质纤维的要求。对于聚乙烯醇载体的牛奶蛋白纤维，可进行载体分散染料染色，但染料上色率低，颜色不鲜艳。明显不如采用活性染料染色的效果好。3.2.1 染料选择对于多种纤维的混纺产品，在采用活性染料一浴法染色时，由于不同纤维对染料的吸色率不同，加上牛奶蛋白纤维自身又属于多组分纤维，很轻易产生色花、色不匀、闪色、多色现象。所以，在选择染料组合时，应特别注重染料的配伍性、同色性、染料的上染速率曲线等，应尽量减轻或避免不同色性、“闪色”现象的产生。3.2.2 升温速度的控制由于牛奶纤维中大部分蛋白质存在于纤维的表面，相对于纤维内部的载体合成部分，上色快、吸附快、移染慢，轻易产生色花。因此，特别注重严格控制染料的上染速率，使快速上染的染料能够慢慢地转移到纤维内部，达到充分移染、吸收、固色的目的。3.2.3 染色后处理工艺该工艺根据所染颜色的深浅决定是否需要皂洗。以上所举的例子为浅色，所以不需要皂洗，仅采用热水洗冷水洗酸中和柔软整理。4. 牛奶纤维定性检测的方法2002年7月上海市出入境检验检疫局将该方法升级为行业标准：SHCIQH 0003-2001牛奶纤维纺织品定性检验方法，该标准称为国内检测机构对牛奶蛋白纤维唯一定性检验方法。据悉，该行业标准已通过国家评审，不久又将升级为国家行业标准。上海出入境检验检疫局对牛奶纤维的检测做了以下几种试验： (1) 燃烧法靠近火焰：熔融并卷曲；接触火焰：卷曲，融化，燃烧；离开火焰：燃烧，有时自灭；燃烧时气味：毛发燃味；残留物特征：黑色状，基本松脆，但有极细微量硬块。从以上的燃烧特征看，极似真丝等蛋白质纤维。(2) 红外光谱分析从红外光谱分析可以知道牛奶纤维中含有N-H,-CH3,-CN,C=O等基团，牛奶纤维是从牛奶中提取的氨基酸与丙烯腈接枝而成，但其红外图谱既不同于丝、毛等天然蛋白质纤维，也不同于腈纶。 (3)熔点法300以下无熔点，同麻、棉等无熔点纤维。 (4)切片投影法用哈氏切片器作该纤维的纵向和横截面切片，置于500倍投影仪中观察结果：纵向有隐条纹，边缘光滑；横截面呈圆形，似合成纤维。 (5)溶解法 如图表1牛奶蛋白在不同溶剂不同条件下的溶解性能:根据以上试验情况，他们提出了两种对牛奶蛋白纤维的定性分析方法：一是切片投影法与燃烧法相结合，该方法的特点是快速、简便，能鉴别目前横截面呈圆形的牛奶纤维，若横截面为非圆形时，则宜用方法二，燃烧法与化学试剂溶解法相结合，在100下，用2.5NaOH溶解30min，纤维溶胀成冻胶状（区别于羊毛和真丝），燃烧时有蛋白质臭味（区别于化纤、棉、麻等非蛋白质纤维）。 5总 结牛奶纤维柔软性、亲肤性等同或优于羊绒；透气、导湿性好、爽身；保暖性接近羊绒，保暖性好；牛奶绒的耐磨性、抗起球性、着色性、强力均优于羊绒；由于牛奶蛋白中含有氨基酸，皮肤不会排斥这种面料，相当与人的一层皮肤一样，而对皮肤有养护作用。在绿色环保特性方面:不使用甲醛偶氮类助剂或原料，纤维甲醛含量为零；富含对人体有益的十八种氨基酸，能促进人体细胞新陈代谢，防止皮肤衰老、瘙痒,营养肌肤；具有天然保湿因子，因此能保持皮肤水份含量，使皮肤柔润光滑，减少皱纹，具有广谱抑菌功能，持久性强，天然抗菌功能达99%以上，抗菌率达80%以上。 在纤维舒适性方面：具有羊绒般的手感，其单丝纤度细，比重轻，断裂伸长率、卷曲弹性、卷曲回复率最接近羊绒和羊，纤维膨松细软，触感如羊绒般柔软、舒适、滑糯；纤维白晰，具有丝般的天然光泽，外观优雅，抗日晒牢度、抗汗渍牢度达43级。 吸湿导湿性方面牛奶蛋白纤维断面为不规则圆型，断面中布满空隙，纵向有许多沟槽，蛋白质分子分布在纤维的表面，含有天然蛋白保湿因子和大量亲水基团，可迅速吸收人体汗液，通过沟槽快速导入空气中散发，使人的肌肤始终保持干爽状态，抗起毛、起球性达到34级。 吸热放热方面纤维立体多隙的微孔结构和纵向表面的沟槽结构决定了纤维有冬暖夏凉特性：夏季制成轻薄织物，能快速吸收皮肤散发的湿汽汗液，并快速扩散到空气中，保持皮肤干爽透气；冬制成厚实织物，微孔吸收入体散发的热量，有效阻隔空气流通，防止冷空气入侵，轻盈保暖。 其他特性：常温常压下染色，颜色鲜艳、柔和有光泽，上染率高，色牢度在4级，染色后仍保持该产品原有性能，具有极好的服用安全性；具有天然抑菌功能，比羊毛、羊绒防霉防蛀，强度高，耐穿耐洗，易贮藏；水洗后易干，洗涤后仍可保持产品永久性能等。 家纺应用：生产牛奶纤维的重要原料是牛奶蛋白质，故其含有十七种富有营养的氨基酸，同时还具有天然持久的抑菌功能，对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、真菌、霉菌的广谱抑菌率达到80%以上的家纺产品，由于