（纺织化学与染整工程专业论文）蚕蛹蛋白粘胶纤维理化性能研究.pdf

盎蛹益臼粘胶纤维的理化性能研究 蚕蛹蛋白粘胶纤维理化性能研究 摘要 蚕蛹蛋白粘胶纤维是我国近年来开发的一种多组分再生纤维，它 是以蚕蛹蛋白和天然木浆为原料，经湿法纺丝而成的新型纤维，该纤 维由7 0 的粘胶和3 0 的蚕蛹蛋白共混而成，其原料蚕蛹具有较强 的可再生性，不会对地球资源造成威胁，符合绿色纺织品发展的要求。 更为可贵的是其原料原本在剥茧抽丝后是废弃的，这一特点在当今保 护资源，实现可持续发展是非常宝贵的。蚕蛹蛋白粘胶纤维本身呈现 浅黄色，纤维中的蛋白质成分，富含1 8 种氨基酸，有护肤保健作用。 蚕蛹蛋白粘胶纤维集蚕丝和粘胶纤维的优点于一身，其吸湿性和染色 性都比蚕丝强。 本文主要是对蚕蛹蛋白粘胶纤维的基本的理化性能和蚕蛹蛋白 粘胶纤维的结构进行研究。首先研究了蚕蛹蛋白纤维的常规的物理机 械性能以及热变化对其基本物理机械性能( 断裂强力) 的影响，发现 蚕蛹蛋白粘胶纤维的断裂机理和粘胶纤维的断裂机理很相似，纤维大 分子链之间的相对滑移是纤维断裂的主要原因。同粘胶纤维相比， 蚕蛹蛋白粘胶纤维中引入的蛋白质成分并没有改变粘胶组分的基本 结构，蛋白质成分只是分布在纤维的无定型区。 盈蛹生白粘股纤维的理化性能研究 研究发现蚕蛹蛋白粘胶纤维的聚合度和粘胶纤维聚合度相近；在 经过化学试剂氧化剂( 双氧水) 和还原剂( 保险粉) 在不同条件处理 后，氧化剂还原剂都能使蚕蛹蛋白粘胶纤维发生不同程度的损伤。 通过对蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维在经过各种条件处理前后 的吸湿溶胀性变化情况来研究处理前后纤维的微结构的变化，通过实 验将两种纤维微结构的情况进行对比，发现蚕蛹蛋白粘胶纤维的微结 构和粘胶纤维微结构在经过相同条件处理后，其结构变化情况都和粘 胶纤维类似，蚕蛹蛋白粘胶纤维的无定型区大小比粘胶纤维稍大一 些，但二者相差不大 为了确定蛋白质在蚕蛹蛋白粘胶纤维中的分布情况，利用扫描电 镜( s e m ) 观察了蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维经过碱溶液刻蚀前后 的横截面和纵截面形态，通过研究发现，蛋白质成分是以颗粒的形式 分布在蚕蛹蛋白粘胶纤维的无定型区，而不是分布在蚕蛹蛋白粘胶纤 维的表面。 由于纤维中存在蚕蛹蛋白，且蚕蛹蛋白的分布有其自身的特点， 该结构特点影响了的纤维染色性能。通过对酸性染料( 弱酸性红玉) 和活性染料( 活性染料d r i m a r e n en a v yx g n 和活性染料d r i m a r e n e y e l l o wc l 一2 r ) 的上染行为研究，发现弱酸性红玉对蚕蛹蛋白粘胶 纤维的上染行为和弱酸性红玉对蚕丝的上染行为相似，由此可以推断 弱酸性红玉是在蚕蛹蛋白粘胶纤维的蛋白质部分上染；活性染料 d r i m a r e n en a v yx g n 和活性染料d r i m a r e n ey e l l o wc l 一2 r 的对蚕 蛹蛋白粘胶纤维上染行为和这两种活性染料对粘胶纤维的上染行为 蚕蛹蛋白粘胶纤维的理化性能研究 相似，由此可以推断活性染料在纤维的纤维素部分上染；实验表明 弱酸性红玉在蚕蛹蛋白粘胶纤维的上染百分率低于蚕丝上的上染百 分率和蚕蛹蛋白粘胶纤维上的低蛋白质含量密切相关；由于，蚕蛹蛋 白粘胶纤维是以纤维素为主要成分的再生纤维，所以活性染料在该纤 维和粘胶纤维上的上染百分率相近。 关键词：蚕蛹蛋白粘胶纤维，粘胶纤维，蚕丝，断裂强力，聚合度， 微结构，扫描电镜( s e m ) ，染色性能 东华大学论文盈蛹监白粘胶纤维的理化性能研究 c h e m i c a la n dp h y s i c a lp r o p e r t i e so f p u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e r a b s t r a c t p u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e ri s ak i n do fr e g e n e r a t e df i b e rt h a ti s c o m p o s e do ft w oi n g r e d i e n t sa n di tw a sd e v e l o p e di nc h i n aa tr e c e n t l y y e a r s t h em a t e r i a l so fp u p ap r o t e i n - v i s c o s ef i b e ri sp u p ap r o t e i na n d n a t u r f lw o o d e nt h a ta r eb o t hc a r lb eg r o w n a g a i n ，t h a tm e a n sf o rt h er u l e s o fg r e e ne n v i r o n m e n t p u p ap r o t e i n - v i s c o s ef i b e ri so n eo fn e wf i b e rt h a t i sp r o d u c e dw i t ht h em e t h o do fw e t , a n dt h i sf i b e ri sc o m p o s e do f3 0 p u p ap r o t e i na n d7 0 v i s c o s e p u p ap r o t e i nw a so r i g i n a l l yo u to fd a t e a f t e rp e e l i n gc o c o o n sa n dt a k i n go u ts i l k , a n dt h i sp o i n ti si m p o r t a n tt o c o m et r u et h eo b j e c t i v eo fc o n t i n u i n gd e v e l o p m e n t t h ec o l o ro fp u p a p r o t e i n - v i s c o s ef i b e ri sg o l d e n - y e l l o w , a n dt h e r ea r e 18k i n d so fa m i n o a c i d ，w h i c hc a np r o t e c ts k i n p u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e rh a st h es t r o n g p o i n t so fs i l ka n dv i s c o s e ，i t sh y g r o s c o p i cp r o p e r t i e sa n dd y e i n gp r o p e r t i e s a r eb o t hb e t t e rt h a nt h e s ep r o p e r t i e so fs i l kf i b e r t h i sp a p e rs t u d i e so np h y s i c a lp r o p e r t i e sa n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa n d s t r u c t u r ep r o p e r t i e so fp u p ap r o t e i n - v i s c o s ef i b e rm o s t l y f i r s t l yw es t u d y 东华大学论文垒蛹蛋白粘胶纤维的理化性能研究 t h er o u t i n ep h y s i c a lf l e x i b l e p r o p e r t i e s ( b r e a k a g es t r e n g t h ) o fp u p a p r o t e i n v i s c o s ef i b e ra n dt h ei n f l u e n c eo fh e a ta n dd r yt ot h e s ep r o p e r t i e s f i n d st h a tt h e r e l a t i v e l ys l i p p a g eb e t w e e nb i gm o l e c u l e so f t h ef i b e ri st h e m o s ti m p o r t a n tc a u s eo fp u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e rb r e a k a g em e c h a n i s m ， w h i c hi ss i m i l a rt ot h a to fv i s c o s e t h ei n g r e d i e n to fp r o t e i ni sd i s t r i b u t e d i nt h eu n c r y s t a l l i n er e g i o no f p u p a p r o t e i n v i s c o s ef i b e r s e c o n d l y ，r e s e a r c h e st h ed e g r e eo fp o l y m e r i z a t i o n ( d p ) o fp u p a p r o t e i n v i s c o s ef i b e ra n dt h ei n f l u e n c eo fo x i d a n t ( h y d r o g e np e r o x i d e ) a n dr e d u c i n ga g e n t ( r o n g a l i t e ) t od po ft h i sf i b e r f i n d st h a tt h ev a l u eo f t h i sf i b e r sd pi si nt h er e g i o no f t h ev a l u eo f v i s c o s e sd p t h r o u g ht h er e s e a r c ht op u p ap r o t e i n - v i s c o s ef i b e r ss w e l l i n ga n d m o i s t u r ea b s o r p t i o np r o p e r t i e sb e f o r ea n da f t e rd i f f e r e n tp r o c e s s ，s t u d i e s t h em i c r os t r u c t u r eo fp u p ap r o t e i n - v i s c o s e f i b e r f m d st h a t t h e u n c r y s t a l l i n er e g i o no fp u p ap r o t e i n - v i s c o s ef i b e ri sal i t t l eb i g g e rt h a n t h a to fv i s c o s e ，a n dt h a tp u p ap r o t e i ni sd i s t r i b u t e di nt h eu n c r y s t a l l i n e r e g i o no f p u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e ra st h ef o r mo f g r a i n t oc o n f o r mt h a tw ew a t c ht h ec r o s ss e c t i o na n dv e r t i c a ls e c t i o no f p u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e rb e f o r ea n da f t e rp r o c e e d i n gw i t ht h el i q u o ro f s o d i u mh y d r o x i d ew i t hs c a ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) ，a n df i n d st h a ti t i st r u et h a tp u p ap r o t e i ni sd i s t r i b u t e di nt h eu n c r y s m l l i n er e g i o no fp u p a p r o t e i n v i s c o s ef i b e ra st h ef o r mo fg r a i n ，a n dt h a ti ti sn o tt r u et h a tp u p a p r o t e i ni sd i s t r i b u t ei nt h es u r f a c eo ft h ef i b e r t h i sd i s t r i b u t i o no fp u p a 东牛大学论文蚕蛹蛋 j 粘胶纤维的理化性能研究 p r o t e i ni np u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e rh a st h ei n f l u e n c et om a n yp r o p e r t i e s o fp u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e r m a n yp r o p e r t i e so fp u p ap r o t e i n - v i s c o s e f i b e ra r es i m i l a rt ot h ep r o p e r t i e so f v i s c o s eb e c a u s eo f t h i sd i s t r i b u t i o n a tl a s t , s t u d i e st h ed y e i n gb e h a v i o ro f t h ea c i dd y e s ( 1 e s sa c i dr u b i o u s ) a n dr e a c t i v ed y efd r i m a r e n en a v yx g na n dd r i m a r e n ey e l l o wc l 一2 r 1t op u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e ra n dv i s c o s e w ef i n d st h a tt h ed y e i n g b e h a v i o ro fa c i dd y et op u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e ri ss i m i l a rt ot h e b e h a v i o ro f t h ed y et os i l la n dt h a tt h ed y e i n gb e h a v i o ro f r e a c t i v ed y et o p u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e ri ss i m i l a rt ot h eb e h a v i o r o ft h ed y e t ov i s c o s e ， w h i c hb e h a v i o ri sb e c a u s eo f t h es t r u c t u r eo f p u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e r t i a nl u p i n g ( d y e i n ga n df i n i s h i n ge n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db ym i nj i e k e y w o r d s - p u p ap r o t e i n v i s c o s ef i b e r , v i s c o s e ，b r e a k a g es t r e n g t h , d e g r e eo fp o l y m e r i z a t i o n ( d p ) ，m i c r os t r u c t u r e ，s c a ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) ，d y e i n gp r o p e r t i e s 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：、刃兽牟 日期：) 务1 月5 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被青阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适删本版权阢 本学位论文属于 不保密彤 学位论文作者签名、习鼋争 日期：年f 月罗日 指导教师签名：【 日期：d6m 1 月归 东华人学论文蚕蛹篮 j 轴胶纤维理化性能研究 第一章蚕蛹蛋白纤维的简介及研究内容 第一节本课题研究的意义 随着国际环保思潮的兴起，社会需求向环保、节能、健康、安全方面发展的 趋势越来越强，“绿色产品”、“绿色消费”、“绿色营销”等观念己深入全球消费 市场与消费者的心中。许多生物分解型纤维也成为未来纤维的主流，环保纺织品 也必然成为发展的趋势。 环保纺织品是指产品从原料的选择到生产、销售、使用和废弃处理整个过程 中，对环境或人的伤害影响最小的纺织产品，即能够具有“可回收、低污染、省 资源”等特点的纺织产品，皆可称之为环保纺织品或“绿色纺织品”。 蚕蛹蛋白纤维是我国近年来开发的一种多组分再生纤维，它是以蚕蛹蛋白和 天然木浆为原料，经湿法纺丝而成的新型纤维，该纤维由7 0 的粘胶和3 0 的 蚕蛹蛋白混纺而成。蚕蛹蛋白纤维属于再生蛋白质纤维，其原料蚕蛹具有较强 的可再生性，不会对地球资源造成威胁，符合绿色纺织品的要求。更为可贵的是 其原料原本在剥茧抽丝后是废弃的，这一特点在当今保护资源，实现可持续发展 是非常宝贵的。 蚕蛹是巢丝厂主要的副产品，生产l 砘蚕丝可以得到1 吨左右的干蛹“1 。蚕 蛹含有丰富的蛋白质、脂肪、和碳水化合物，未脱脂的干蛹中含有耦蛋白约4 5 - - 5 0 ，粗脂肪约2 5 ，具有极高的营养价值和利用价值。据分析，蚕蛹蛋白由 2 0 神氨基酸构成，其中异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸和蛋氨酸等是人体必须的八种 氨基酸。但是由于蚕蛹有异常的臭味，目前绝大部分仅是晒干后作为饲料。上世 纪7 0 年代前后，国内外十分重视对新蛋白源食品的开发与实用化，南朝鲜以蚕 蛹为原料生产了1 7 种食品，在市场上颇受人们的欢迎；日本用制得的无腥味的 蛹蛋白粉作为营养添加剂，制作面条、面包、饼干及滋补饮料，为蚕蛹蛋白的利 用开拓了新局面。近年来，国内以脱脂蛹为原料，制取了医药及保健用的复合氨 基酸，已有工业化的批量生产；以蚕蛹蛋白为原料试制成功了无腥味的食用蛹蛋 东华大学论文蚕蛹蛋白粘胶纤维理化性能研究 白粉。只要经过脱臭，蚕蛹蛋白完全可以成为具有独特风味和口感的受人喜爱的 食用蛋白食品。蚕蛹蛋白一经深度加工，其经济价值即可以几倍甚至几十倍的递 增。由蚕蛹提取蚕蛹蛋白原料来源丰富，国内有为数众多的巢丝厂拥有蚕蛹蛋白 资源，如何由廉价的原料转变为精加工的产品，有待于人们举持不懈的努力。 天然蛋白质纤维如羊毛、蚕丝，因其结构上含有较多的极性基团，故纤维具 有较高的吸湿性及肌肤的相亲性，穿着舒适为人们所喜爱。如何生产出人造蛋白 质纤维以满足人们对优质纤维的要求，长期以来一直是人们探求和努力的目标。 四川宜宾化学纤维厂与有关大学、院所通力合作，成功的丌发了蚕蛹蛋白粘胶长 丝，其规格为1 2 0 d 2 5 f ，具有皮芯复合纤维的特点( 芯层为粘胶纤维，表层为蚕 蛹蛋白) ，干断裂强度、湿断裂强度、干断裂伸长率、纤度偏差、单丝根数偏差 率等主要指标均能达到织造工艺的技术要求。经上海东华大学和四川省纤维局测 试，该产品织物的透气性、径向强力和色牢度分别比同类组织结构的真丝织物高， 其悬垂性、耐磨性、弯曲刚度等性能与同类真丝产品不相上下。茧子巢丝剩下的 蚕蛹含有蛹蛋白，通过高分子改性技术、生物工程技术及化纤纺丝技术与人造纤 维粘胶混和纺丝复合成为皮芯复合纤维，外表呈淡黄色，有真丝般柔和的光泽和 滑爽的手感。目前蚕蛹蛋白产品主要是长丝、色丝和股线，是一种高仿真丝的长 丝纤维。这种双组分人造丝即有粘胶人造丝的强吸湿、放湿能力，表层又覆盖了 一层对人体肌肤具有亲和性而有益的氨基酸蛋白质，具有良好的护肤保健功能。 这种仿真丝纤维不同于仅在外表形态上的仿丝合成纤维，它是真丝的一种替代 品，其价格处于真丝与人造丝之间，现价格约为6 万元吨，生丝的价格为1 2 万 元吨，人造丝为3 5 万元吨”。将蛹蛋白粘胶长丝切片置于显微镜下观察，其 横截面呈长椭圆形，纵向均匀，外包覆蚕蛹接枝蛋白( p a n 接枝) 。该长丝干强较 低，但断裂伸长较大，纱线的抗弯刚度在较小作用力下会较大，特别适宜在舍针 圆纬机上编织“”。由于它是化学纤维，其纺纱条件均匀性优于天然纤维，这提高 了其针织织造性能。采用蚕蛹蛋白粘胶长丝在高机号纬编圆机上如3 2 g 、2 8 g 和 2 4 g 编织罗纹织物、平针、毛圈、双罗纹、单面添精梳棉纱织物均能得到满意效 果。因此，蛹蛋白粘胶长丝是蛋白质纤维家族中的一个新成员，也是其中的一个 亮点。 现有的文献主要对该纤维的漂白性能、染色性能进行研究，而对其基本的物 2 东华大学论文查蛹蛋臼粘股纤维理化性能研究 理机械性能研究较少，该纤维的基本性能及蚕蛹蛋白在该纤维上的分布形式及对 其材料性能的影响还没有明确的结论。 第二节蛋白质纤维的发展历史 随着人们生活水平和科学技术水平，尤其是生物技术水平的不断提高，功能性 和环保性的纺织材料越来越受到消费者的青睐。而素材的开发是纺织新产品开发 中最重要，也是最基本的技术手段。天然蛋白质纤维如羊毛、蚕丝，因其结构上 含有较多的极性基团，故纤维具有较高的吸湿性及肌肤的相亲性，穿着舒适为人 们所喜爱。如何生产出人造蛋白质纤维以满足人们对优质纤维的要求，长期以来 一直是人们探求和努力的目标。早在十九世纪，粘胶纤维在商业上的成功发展， 激励着其他各种纤维的发展，其中包括人们对蛋白纤维的努力。再生蛋白纤维属 于环保纤维。这类纤维的研究历史较早，大约在十九世纪末和二十世纪初就丌始 研究，国外早期的再生蛋白质纤维研制情况如下“”1 1 6 | 1 8 9 4 年，在明胶溶液中加入甲醛进行纺丝，制得明胶纤维； 1 9 0 4 年，t o d t e n h a u p t 用从牛乳中提炼的络素进行纺丝，制得酪素纤维： 1 9 3 5 年，f e r r e t t i 进一步对酪素纤维的制备进行了研究； 1 9 3 8 年，英国i c i 公司制各了花生蛋白纤维，商品名为a r d i l ，该纤维吸水 率为1 4 左右，断裂强度为0 8 9 d 1 9 3 9 年，c o r np r o d u c tr e f i n i n g 公司从玉米中体提炼的蛋白质用醇或碱溶 液纺丝制得玉米蛋白纤维，商品名为v i c a r aa r d i l nf i b e r ，该纤维比重为1 2 5 ， 吸水率为1 0 左右，断裂强度为1 2 1 5 9 d 2 0 世纪4 0 年代初，美国、英国研制了酪素纤维，商品名为a r a l i c ( 美) ， f i b r a l a n e ( 英) ，密度为1 9 9 c m l ，比重为1 9 ，吸水率为1 4 ，断裂强度为0 8 - - 1 o g d ，延伸度为1 5 ，耐水性不好。 1 9 4 5 年，美国杜邦、日本研究了大豆蛋白纤维“”。”，美国商品名为s o y l o n ， 吸水率为1 l 。日本商品名为s i l k o o l 。 1 9 4 8 年，美国v a r g i n i ac a r o lc h e n i c a l 公司开发了玉米蛋白纤维一一 “v i c a r a ”。 1 9 6 9 年，同本东洋纺公司敦贺工场开始研制和试生产牛奶蛋白纤维，取名为 东华大学论文蚕蛹盈 j 枯胶纤维理化性能研究 “c h i n o n ”( 取之于法国的一城市名) ，它是由牛奶蛋白和丙烯腈接枝共聚反应而 制得。 由于受早期科技水平的限制，上述研制的再生蛋白质纤维因强度低、纤维粗、 物理机械性能差、制备的技术难度大等种种原因而未能实现工业化生产。后来， 由于石油化学工业的发展等原因，研究者将新纤维的研究方向转向于合成纤维和 再生纤维的研制，大约在2 0 世纪4 0 年代到5 0 年代间相继成功研制出粘胶、锦 纶、涤纶、晴纶、氨纶等化学纤维，并实现了工业化生产。随后5 0 年代成为化 学纤维大量发展的时代，许多服装、服饰用布、工业布替代了部分天然纤维。虽 然合成纤维有许多优良性能，但也存在吸湿性和透气性差、穿着不舒服等缺点。 由于现代人对服装的追求趋向于自然化、舒适化、休闲化、多样化，天然纤维受 到了人们的越来越多的青睐。但是，天然纤维棉、麻、羊毛、蚕丝等受到种植、 养殖面积的限制，无法大量发展。因此，从2 0 世纪9 0 年代开始，国内外对再生 蛋白质纤维的研制工作又开始重视起来。 最近日本开发了以新西兰牛奶为原料的再生蛋白纤维“c h i n o n ”。这是世界 上唯一工业化生产的酪素蛋白纤维，具有天然丝般的光泽和柔软手感，有较好的 吸湿、导湿性能，极好的保暖性，而且穿着舒适。但是美中不足的是纤维本身呈 淡黄色，耐热性差，在干态1 2 0 c 以上容易泛黄。该纤维可做针织套衫、t 恤、 衬衫、日本和服等。 1 9 9 4 年以后，美国d u p o n t “h ”1 等公司对玉米蛋白纤维的制造过程和纤维性 能进行了研究。将玉米蛋白质溶解于溶剂中可进行干法纺丝；将玉米蛋白质溶解 于碱液( p h l l 3 一1 2 7 ) 中并加入甲醛或多元羧酸类交联剂，可进行湿法纺丝。 含交联剂的玉米蛋白纤维具有耐酸、耐碱、耐溶剂性和防老化性能，且不蛀不霉， 它具有棉的舒适性、羊毛的保暖性和蚕丝的手感等特性。 据国外资料报道，可将大豆蛋白与聚乙烯醇( p v a ) 共混纺丝、用戊二醛交 联剂制成大豆蛋白生物可降解性高聚物，用于塑料、粘合剂、薄膜、包装材料、 增强材料等应用领域。到目前为止，国外尚无用于纺织品的大豆蛋白纤维产品。 我国在上个世纪末也开始研制再生蛋白质纤维，相继有大豆蛋白纤维和蚕蛹 蛋白纤维开发并投入市场。大豆蛋白纤维是我国河南濮阳华康生物化学工程联合 集团公司李官奇先生研究八年，投资7 0 0 0 多万元，终于在2 0 0 3 年3 月试纺成功， 4 东华大学论文叠蛹蛋白轴胶纤维理化件能研究 在国际上首次成功的进行了工业化生产，目前第一条生产线能力达1 5 0 0 吨左右， 2 0 0 1 年下半年第二条生产线投入运行，年生产能力达到3 0 0 0 t 左右。 大豆蛋白质属于植物蛋白纤维类，是采用化学、生物化学的方法从榨掉油脂 的大豆豆渣中提取球状蛋白质，通过添加功能性助剂，改变蛋白质的空间结构， 经湿法纺丝而成，生产过程对环境、空气、人体、土壤、水质等无污染，纤维本 身主要由大豆蛋白质组成，是种易降解的纤维。主要成分是大豆蛋白质( 2 3 2 5 ) 和高分子聚乙烯醇( 4 5 7 7 ) 。该纤维单丝线密度低，密度小，延伸 度较高，耐酸耐碱性较好，手感柔软，具有羊绒般的手感、蚕丝般的柔和光泽、 棉纤维的吸湿及穿着舒适性、羊毛的僳暖性“。在纺丝过程中加入杀菌消炎类药 物或紫外线吸收剂等，可获得功能性、保健性大豆蛋白纤维。本色大豆蛋白纤维 在染色时( 包括其制成的纱线、织物染色时) ，其纤维上的色素会影响染料与纤 维分子的结合，从而影响产品的色彩和光泽，所以需要在染色前进行漂白处理。 大豆蛋白纤维在漂白前不需要进行精炼，可直接进行漂白“1 1 ”。大豆蛋白纤 维条和纱线则要先经过精炼，去除纺纱前加入的防滑油剂、抗静电剂以及生产中 携带的灰尘和吸附物以后，再进行漂白。而大豆蛋白纤维织物则还要去除织造前 施加的浆料或石蜡等，以及织造过程中产生的油渍等污染物，因此也必须先进行 精炼，然后漂白处理。大豆蛋白纤维是由大豆分离蛋白与聚乙烯醇高分子共聚混 纺而成。通常使用的染料是棉用活性染料、酸性染料和中性染料。大豆蛋白纤维 的柔软性滑爽性很好，但经过染整加工中高温张力的处理，其硬挺度和粗糙度会 增加，手感变差。因此要求面料在染整加工的最后工序进行柔软处理。而且大豆 蛋白纤维耐热性差，易收缩，易起毛，有一定的静电等，所以其织物无论是纯纺 还是混纺交织，均应注意控制好温度。大豆蛋白纤维虽然有很多优点，但是由于 其中的原料聚乙烯醇受石油工业发展的限制，其发展前途也必然会受到石油工业 发展的限制。 用蚕蛹蛋白制造再生纤维的方法在国内有两种方法，其一，上海丝绸集团利 用共聚反应来对纤维进行蛋白质改性的方法。丙烯腈一蚕蛹蛋白接枝“1 ，纤维引 入蚕蛹蛋白后，蛋白质中的某些活性基团能与丙烯腈进行接枝共聚，得到的共聚 纤维具有较好的吸湿性、抗静电性和穿着舒适性，同时又具有丙烯腈的优良特性， 成为值得推广的新纤维材料：其二，四川三线经济技术发展联合总公司和四川宜 东华大学论文蚕蛹篮e j 粘胶纤维理化性能研究 宾化学纤维厂( 四川宜宾丝丽雅集团有限公司) 在上个世纪末研制出新型再生蛋 白质纤维一蚕蛹蛋白纤维，并由四川宜宾化纤厂在近年试纺成功，其年产2 0 0 0 吨“蛹蛋白粘胶长丝纤维”被国家科委批准列入9 9 国家高新科技产业示范工程 项目”卜 1 0 1 。目前该产品已批量生产供应市场。其中蚕蛹蛋白的生产过程为：( 1 ) 蚕蛹粉碎用溶剂浸出蛹油；( 2 ) 脱脂的蚕蛹粉用酸溶解，过虑除渣：( 3 ) 调节p h 值，蛋白质沉淀，洗涤，分离：( 4 ) 蚕蛹蛋白脱色，脱臭：( 5 ) 干燥、粉碎。 蚕蛹蛋白粘胶纤维的吸湿率与真丝和人造丝相当，是涤纶、锦纶等合成纤维 的几倍。测试表明，蛹蛋白是主要是由1 8 种不同氨基酸组成的蛋白化合物，氨 基酸含量达6 5 0 ，其中8 种为人体所必须，1 种是婴儿营养所必须，另外它还含 有维生素& 脱氧核苷酸等特殊成分，与人体皮肤相适应。粘胶纤维是一种再生纤 维素纤维，它的吸渝性能好，染色性能与棉纤维相仿，染整方便，价格便宜。这 两种纤维通过复合纺丝使纤维即具有桑蚕丝的外观和手感，在价格上又比桑蚕丝 低的多，其价格仅为蚕丝价格的3 0 左右。用这种纺织材料制成的服装，即有高 贵、舒适、健康、安全的感觉，又能有效的促进新陈代谢，防止皮肤衰老，并具 止痒，抗阳光辐射的功效。它在吸湿性、透气性、悬垂性、抗折皱性和回弹性等 方面均优于蚕丝，符合消费者回归自然、崇尚天然的环保意识，是一种新型的制 作高档内衣及春夏服装最理想的纺织材料。 第三节蚕蛹蛋白粘胶纤维的特点 3 1 蚕蛹蛋白牯胶纤维的基本形态 蚕蛹蛋白粘胶纤维本身呈现浅黄色，纤维中含有的蛋白质富含1 8 种氨基酸。 这种蛋白纤维是由两种成分组成纤维素和蛋白质，具有两种聚合物的特性， 属于复合纤维中的一种。图1 3 1 为3 3 3 t e x 5 0 f ( 3 0 n w 5 0 f ) 蚕蛹蛋白丝经考 玛斯亮蓝i 卜吧5 0 染色后，在光学显微境下纤维切片的照片。从照片上可看到纤 维素呈白色略显浅蓝，在纤维切面的中间，蛋白质呈蓝色，在纤维切面的外围， 整个切面形成皮芯层结构。 6 东华人学论文蚕蛹篮白粘胶纤维理化件能研究 图1 3 1 蚕蛹蛋白粘胶纤维丝的切片照片 3 2 蚕蛹蛋白粘胶纤维豹基本物理性质 蚕蛹蛋白纤维经测试表明，蚕蛹蛋白主要是由1 8 种不同的氨基酸组成的蛋 白质化合物，氨基酸含量达到6 5 ，其中8 种为人体所必需，1 种是婴儿营养所 必需，另外它还含有维生素b 2 ，脱氧核苷酸等特殊成分，与人体皮肤相适应。1 8 种氨基酸如下表： 表1 3 - 1 蚕蛹蛋白中1 8 种氨基酸“1 氨基酸名称百分含量( ) 氨基酸名称百分含晕( ) 谷氨酸 1 0 2 苏氨酸 3 7 9 天冬l j 氨酸 9 4 3 异亮氨酸 3 7 8 亮氨酸 6 0 4甘氨酸 3 7 0 赖氨酸 5 8 3 丝氨酸 3 6 9 酪氨酸 5 0 6 虽氨酸 3 3 1 精氨酸 4 6 6脯氨酸 3 0 4 缬氨酸 4 3 8 色氨酸 1 _ 5 0 苯氨酸 4 1 4 组氨酸 1 5 0 丙氨酸 4 0 4胱氮酸 l 。0 1 从表1 3 一l 可知，蚕蛹蛋白丝是由1 8 种氨基酸组成的高蛋白纤维。这些氨 基酸大多是生物营养剂，与人体皮肤的成份极为相似，其中丝氨酸、苏氨酸、亮 氨酸等具有促进细胞新陈代谢，加速伤口愈合，防止皮肤衰老的功能；丙氨酸可 防止阳光辐射及血蛋白球下降，对于防止皮肤瘙痒等皮肤病均有明显的作用；还 对肩周炎、风湿性关节炎、胃炎和干性皮肤的滋润等均有保健作用。 东华大学论文蚕蛹蛋白耙胶纤维理化悍能研究 蚕蛹蛋白复合长纤维集真丝和粘胶的优点于一身，其吸湿性和染色性都比 真丝好，色牢度也比真丝好，具有吸湿性好，悬垂性好等特点。该纤维蛋白质和 粘胶的含量大约各为3 0 和7 0 ，其等电点为弱酸性( 蛹蛋白的等电点为4 6 - 4 8 ) ， 有护肤保健作用。此外，该纤维手感润滑，光泽奇佳。但纤维本身带有金黄色， 色泽较深，给纤维的漂白染色带来一定困难，使纤维的推广具有一定的难度。 蚕蛹蛋白粘胶长丝除了干湿断裂强度比桑蚕丝稍差外，它的干断裂伸长率、 回弹率、吸湿率均比桑蚕丝要好，且蚕蛹蛋白粘胶长丝存放五年以上没有虫蛀发 霉，克服了桑蚕丝不耐虫蛀的缺点”1 。 3 3 蚕蛹蛋白粘胶纤维的织造及应用 3 3 1 蚕蛹蛋白粘胶纤维的织造性能及服用性能 蚕蛹蛋白粘胶纤维针织物具有良好的透气透湿性、弹性及悬垂性，柔软，穿 表1 3 - - 2 四种蚕蛹蛋白丝针织物的性能测试结果“ 编号 l234 强力c n纵向 1 8 62 2 42 4 5 1 9 4 服 横向 1 3 71 3 01 3 11 2 用 伸长率 7 1 45 6 1 7 0 25 5 9 纵向 性 横向 7 6 78 8 41 7 41 1 8 能 克重( g - 的 1 7 52 2 7 1 9 21 8 4 厚度m0 8 30 7 60 9 1 0 5 8 纵向 1 0 08 86 69 6 密度( 线嘲数* 5 c m1 ) 横向 5 99 18 3 7 9 纵向撕裂强力g f 2 6 3 02 8 2 02 8 5 02 5 8 0 服 耐磨姓r 2 73 46 3 4 9 用 悬垂系数 1 42 42 52 1 性 抗起毛起球级 34 24 能 透气性孔径m2 0 1 61 61 6 透气量( l * m s ) 4 9 2 82 6 0 71 7 3 92 1 8 9 着舒适合体。东华大学用蛹蛋白丝制作了四种针织物：1 号为蛋白丝双罗纹空气 8 东毕大学论文蚕蛹监白粘胶纤维理化性能研究 层织物，2 号为蛋白丝双罗纹织物，3 号为蛋白丝+ 涤纶毛圈织物，4 号为蛋白丝 盖棉添纱织物。上述四种织物均经过柔软和定型后整理，进行了如下一些项目的 测试，结果如表1 3 2 所示： 从表1 3 2 可以看出，纯蚕蛹蛋白丝针织物的服用性能好，具有良好的延伸 性、悬垂性和透气性，以及抗起毛起球性。蚕蛹蛋白丝与涤纶、棉交织可以提高 织物的强力，改善织物的耐磨性和耐撕破性，达到原料性能上的互补。蚕蛹蛋白 丝这些特点使它非常适合作内衣面料和春夏服装面料。同时，它的可交织性不仅 为自己开辟出更广泛的应用领域，也为涤纶、棉等其它原料提供了一种新的交织 原料，开发出新的产品。而且它本身具有的类似真丝的保健功能和相对于真丝占 绝对优势的价格比，有广阔的市场。 3 3 2 蚕蛹蛋白粘胶纤维纱线及其织物的染整 3 3 2 1 蚕蛹蛋白粘胶纤维的前处理 蚕蛹蛋白粘胶纤维适宜在弱碱性( p h = 9 左右) 、低温条件下去除丝条或织物 上的杂质，不适使用漂白性太强的漂白剂进行漂白。 3 3 2 2 蚕蛹蛋白粘胶纤维的染色 蚕蛹蛋白丝是由蚕蛹蛋白和纤维素纤维构成，二者都是亲水性物质，其氨基 和羧基可分别以n h i 和c o o 一离子形式与阴离子或阳离子染料结合，还能同活性 染料形成共价键结合，蚕蛹蛋白纤维不耐碱，染色宜在酸性或近中性染液中进行。 常用的染料有酸性、酸性媒染、直接性和活性染料等，其中活性染料能和纤维中 的一n h ：、一s h 、o h 等基团形成共价键结合，染色产品有优良的水洗牢度，色 泽鲜艳。 第四节本课题的研究内容 对于蚕蛹蛋白这新型纤维，因纤维带有金黄的颜色，色泽较深鱼，给纤维 漂白和染色加工带来定的困难，使纤维的推广具有一定的难度。现有的文献主 要对该纤维的漂白性能、染色性能进行研究，而对其基本性能的系统研究较少， 同时该纤维的基本性能，及蚕蛹蛋白质在纤维上的分1 1 】形式及其对材料性能的影 响还没有明确的结论。 9 东华大学论文盘蛹盈亡j 粘股纤维理化件能研究 本课题的研究内容和使用的方法以及所要达到的目标 l 测定粘胶纤维、蚕蛹蛋白纤维的断裂强力等基本的物理机械性能，将蚕蛹 蛋白纤维的基本性能与粘胶纤维的进行比较。 2 研究干热对蚕蛹蛋白粘胶纤维物理机械性能的影响，并与干热粘胶纤维的 物理机械性能的影响作对比。 3 通过测定蚕蛹蛋白粘胶纤维的粘均分子量研究氧化剂和还原剂对蚕蛹蛋 白粘胶纤维的破坏程度。 4 研究蚕蛹蛋白粘胶纤维经过不同条件处理后吸湿溶胀性的变化，分析纤维 的微结构。 5 研究蚕蛹蛋白纤维中蛋白质的分却情况 6 通过研究蚕蛹蛋白粘胶纤维纤维对染料的上染情况，与相关纤维对染料的 上染情况进行对比，分析纤维的结构。 l o 东华大学论史蚕蛹蛋白轴胶纤维理化性能研究 第二章试验部分 第一节试验仪器、材料和药品 本试验主要用到的试验仪器、试验材料、和试验药品分别见表2 1 1 ，2 1 2 和2 1 - - 3 。 表2 ，l 一1 试验仪器 仪器名 备注 h 5 s k 纱线强力测试仪 1 0 1 a i e 电热鼓风干燥箱 d k z - 4 5 0 b 型电热震荡恒温梢 5 0 1 型超级恒温槽 r y - 2 5 0 常温染样机 j a 2 0 0 3 型电子天平 h o u n s f i e l d s d l c o 上海实验仪器厂有限公司 上海森信实验仪器有限公司 上海市实验仪器厂 上海精密科学仪器有限公司 上海龙灵电子科技有限公司 j s m - - 5 6 0 0 l v 扫描电子显微镜 j e o l 日本电子株式会社 分辨率：高真空3 , 5 n m ，低真空4 5 n m 放大倍率：1 8 3 0 万倍 主要用途：各种材料的表面形貌，观察、分 析和摄影 东华大学论文叠蛹蛋白粘且j c 纤维理化性能研究 东华大学论文 盈蛹蛋白粘胶纤维理化件能研究 第二节蚕蛹蛋白粘胶纤维的基本物理机械性能研 2 1 影响纱线强力的基本因素”1 固体的强度或称为极限强度，是材料抵抗破坏所能承受的最大外力。从宏观 上看，它是不可逆的，也是不可回复的，样品在破坏时断裂为数个部分。从微观 角度看，是某一类或几类键发生大规模的破坏。因此强度( 若用单位面积上的断 裂应力计算) 必然与单位面积上的键数量和键的本质相关，它决定于键的类型。 对纤维而言，最重要的键型包括：分子间作用力即范德华力、氢键、共价键。其 强度大小依次为：范德华力 氢键 共价键。 决定材料的强度的主要因素有两类：其一是材料的结构；其二是测试条件或 使用条件。从结构角度考虑，提高纤维分子问作用力，引入交联键和增加分子链 的刚性均有利于提高材料的强度。分子链化学成分决定以后，分子量及其分布对 强度有较大的影响。一般来说，分子量越大，强度越高。结晶和取向状况是材料 极其重要的结构参数。近来大量研究试验证明，决定纤维强度最主要的基本结构 因素是纤维中非晶区的取向系数。另外，纤维中存在许多裂隙、空洞、气泡以及 缺陷、杂质等弱点，这必将引起应力集中，致使纤维强度下降。从测试条件方面 考虑：温度、湿度、拉伸速率、试样长度等均对测试结果有影响。 2 2 断裂强力的测试方法 试验温度为2 0 。c 2 ，相对湿度6 5 - 4 - 3 ，拉伸速度l o o m m s ，拉伸长度 为( l 。) 1 5 c m 。 用h s k s 纱线强力测试仪，按上述试验要求，在相同的试验条件下将纤维进行 3 0 次拉断试验，得到纤维的绝对强力( f ) ，和纤维断裂时拉伸长度( l ) 。根据公 式( 2 1 ) 算出纤维的断裂强力。 断裂强力= 笔粉 ( 2 1 ) 东华人学论文 盘蛹蛋白粘肥c 纤维理化悍能研究 2 3 断裂强力的数据处理方法。1 每组纤维材料断裂强力的测定的数据，都是将试验3 0 次测定值求其平均值 和方差后，将置信度设为9 8 ，求出其置信区间，将超出置信区间的测定数据 舍弃，而将落在置信区间内的测定数掘求出平均值，将此平均值代入断裂强力的 公式，就可以求出纤维的断裂强力。 2 4 试验的内容和步骤 ( 1 ) 蚕蛹蛋白纤维和粘胶纤维的干、湿断裂强力。 湿处理的条件为：室温，蒸馏水中浸6 0 m i n 。 ( 2 ) 经过热处理后蚕蛹蛋白纤维和粘胶纤维的