大豆蛋白纤维的研究.doc

大豆纤维的发展现状摘 要大豆纤维的主要成分与羊绒和真丝类似，是一种再生植物蛋白纤维，其许多的优异性能，如吸湿性、透汽性、保暖性和可纺性能都于棉、毛、麻、丝等天然纤维相仿，而主要原料来源于榨过的大豆粕，原料数量大且可再生，生产过程环保，本文将就大豆纤维的发展历史进行阐述，并对大豆纤维所具有的性能及其性能在产品开发方面的研究成果与应用范围进行论述。关键词：大豆纤维； 纤维性能研究； 产品性能测量； 产品开发；ABSTRACTThe main soybean fiber and components similar to cashmere and silk, is a renewable vegetable protein fiber, and many of the excellent performance If hygroscopicity, steam, and heat retention properties are in spinning cotton, wool, linen, silk and other natural fibers similar to, and the main raw materials from the juice off soybean meal, a large quantity of raw materials and renewable, environmentally friendly production processes. This article presents the development of soybean fiber elaborate history, soybean fibers with the performance and its performance in product development results of research and application scope of this paper. Keywords：Soybean fiber; Fiber Properties; Product performance measurement; Product development; 目 录1大豆纤维的发展历史111大豆纤维国外的发展情况212 大豆纤维国内的发展情况22对大豆纤维各项性能的研究成果321大豆纤维的摩擦性322 大豆纤维的弯曲性323 大豆纤维抗静电性324 大豆纤维弹性325 大豆纤维耐晒、耐热、耐酸碱和耐霉菌性326 大豆纤维的混纺与交织性 43大豆纤维的生产与产品开发现状431 大豆纤维的生产与纺制432 大豆纤维的产品开发现状54大豆纤维织物的产品性能研究领域与原理 541 大豆纤维的产品结构基本参数542 织物耐久性研究范围与原理6421拉伸断裂试验6422顶破强力试验 743大豆纤维的导湿性和透气性 74. 4 大豆纤维的保暖性 745 大豆纤维起球性能84. 6 大豆纤维的染色性 847 织物外观保持性研究范围与原理 948 织物风格研究范围与原理 9481织物的悬垂性9482 织物的刚柔性测试105 文章总结 10参考文献111大豆纤维的发展历史大豆蛋白纤维的主要成分与羊绒和真丝类似，是一种再生植物蛋白纤维，它是从大豆粕中提取蛋白高聚物，配制成一定浓度的蛋白纺丝液，成熟后，用施法纺丝工艺纺成单纤0。93.0dtex的丝束，经醛化稳定纤维的性能后，再经过卷曲、热定形、切断后即可生产出各种长度规格的纺织用高档纤维2。目前生产的大豆蛋白纤维主要是短纤维，其中棉型蛋白纤维的机切长度为38mm,排列整齐，纤维截面大多呈不规则的哑铃型，一部分为三角型，截面中心颜色较深，有明显的皮芯结构，皮层结构紧密且厚韧，芯层可能由于在凝固浴脱溶剂时形成了许多海绵多孔状的空隙结构，纵向表面不光滑，外观光泽亮丽类似于蚕效，色呈淡黄，与蚕丝比黏性小，手感轻柔滑爽，酷似羊绒，保暖性高于睛纶，悬垂性优于蚕效，透气性高于蚕效、睛纶，可洗性比睛纶和蚕效好，摩擦系数小，抗静电性能优于合成纤维，公定回潮率为86%,高于棉而大于合成纤维，强度高。因此大豆蛋白纤维同时具有天然纤维和合成纤维的物理机械性能。211大豆纤维国外的发展情况1国外早期对蛋白质纤维的研究从十九世纪末和二十世纪初就开始了，直到现在已近一个世纪，开发的纤维概括如下: 1935年，意大利科学家Ferretti从牛乳中提炼出酪素蛋白质，进行实验室纺丝，制得人造蛋白质纤维。 1938年，英国ICI公司制造了花生蛋白质纤维，商品名为Ardit,该纤维吸水率14%左右，断裂强度为0. 8g/d，纤维较粗，强力低。 1939年，Corn Product Refining公司将从玉米中提炼的蛋白质用醇或碱溶解，纺丝制得玉米蛋白质纤维，商品名为Vicra,Ardilen fibre，该纤维比重为1. 25，吸水率10%左右，断裂强度为1. 2-1. 5g/d，但纤维粗，无实用性。 20世纪40年代初，美国、英国研制了酪素纤维，商品名为Aralic(美国)、Fibralane(英国)，比重为1. 9，吸水率为14%,断裂强度为0. 8-1.0g/d，延伸度为I5%，耐水性差，无实用性。 1945年左右，美国、日本研制了大豆蛋白质纤维，美国商品名为Soylon，吸水率为11%，强力低，色泽黄，但无工业化生产的纤维产品。 1948年，美国通用汽车公司首先从豆粕中提取了大豆纤维，因达不到纺织要求的指标而中断研究。近年来，日本东洋纺织公司开发了以新西兰牛奶为原料的再生蛋白质纤维，商品名为Chinon，它是用牛奶酪素与丙烯睛接枝而成，它是世界上目前唯一实现工业化生产的再生蛋白质纤维。据资料介绍:它具有天然丝一样的光泽，手感柔软，有较好的吸水性，穿着舒适等。但纤维本身呈淡黄色，耐热性差，在干热1 2 0以上易泛黄，强力下降。而且，1 0 0千克牛奶只能提取2千克蛋白质，缺乏市场竞争力。由于纤维制造成本高，无法大量推广应用，据介绍目前已无法维持正常生产。到目前为止，国外尚无用于纺织品的大豆蛋白质纤维产品。12 大豆纤维国内的发展情况1我国在50年代、70年代曾分别对蛋白质纤维进行过初步的探索，但未成功。在90年代，四川省曾对蚕蛹蛋白质纤维进行了研制，制备纤维的方法有两种:一种是将蚕蛹蛋白质与丙烯睛等单体接枝，再进行纺丝，但未实现工业化生产;另一种是将蚕蛹蛋白质与粘胶纺丝液混合进行复合纺丝，己实现了小批量生产。虽然这种蚕蛹蛋白粘胶丝吸水性好于蚕丝，但蛋白质含量较低，而且干强较低，只有1.77cN.dtex,湿强更低，只有0.85cN.dtex。由于强度太低，在织造和印染加工中存在很多问题，严重影响了该类产品的开发和技术推广。90年代，上海东华大学、金山石化曾对酪素/丙烯睛接枝共聚物的纺丝进行过研究，但亦停留于理论探讨，未见其产品;上海复旦大学和东华大学曾对再生丝素溶液的纺丝进行过研究，亦未能实现工业化生产。最近我国上海正家服装有限公司，开发出了牛奶纤维，纤维性能优良，但成本极高，难以大量推广。 90年代初，河南蹼阳华康生物化学工程联合集团总公司开始对大豆蛋白质纤维进行深入系统的研究开发，于2000年3月试纺成功，在国际上首次进行了工业化实验，目前第一条工业化生产线年生产能力为1500吨，所生产的纤维单纤维细度分别为0.9-1.1和1.2-1.7dtex，切断成短纤维长度为3 8mm或76mm,该纤维与国内外开发的再生蛋白质纤维相比，具有较高的强力和其它优良性能，而且所用蛋白原料来源于农作物副产品一大豆豆粕。国产大豆蛋白质纤维开发成功填补了国际空白，是国际创新纤维材料。 2对大豆纤维各项性能的研究成果6-721 大豆纤维的摩擦性能通过实验并分析6种纤维织物间表面现状发现，纤维摩擦因数排序为蚕丝豆纤加氨纶棉豆纤蚕蛹。蚕蛹纤维摩擦因数最小，手感最滑爽，豆纤维次之。22大豆纤维的弯曲性测试织物试样滑出长度Z和计算弯曲长度C、弯曲刚度B、抗弯弹性模量g分析并得出织物中纤维抗弯弹性模量排序为棉蚕丝豆纤蚕蛹。手感最柔软四种织物为蚕蛹豆纤蚕丝棉。23 大豆纤维抗静电性经过测试比较得到大豆纤维的质量比电阻小于其它化纤，接近于蚕丝纤维，静电效应小，有利于纺织加工和衣着。24 大豆纤维弹性 测试大豆纤维的卷曲率、残留卷曲率和弹性回复率如表13： 表13：卷曲率% 1 .65 GB/f 14338- 1993 残留卷曲率% 0. 88 GB/f 14338- 1993 弹性回复率% 55. 4 GB/f 14338- 1993 从表13可见，纤维卷曲率1. 65%，一般化纤为10%一15%，因此，纤维的抱合力小，纺纱时要加抗滑剂;残留卷曲率0. 88%，一般化纤为10%，纤维卷曲易仲直，卷曲牢度低;纤维弹性回复率55.4%，一般化纤为70%一80%，卷曲牢度低于一般化纤，从而纤维弹性差。25 大豆纤维耐晒、耐热、耐酸碱和耐霉菌性纤维放在室外风吹雨淋日晒两个月，纤维颜色变浅，强力下降11%，不发霉。用紫外线灯照射120小时，强力下降9. 8%，说明纤维耐日晒能力强，抗紫外线能力优于棉纤维，更优于粘胶和蚕丝。纤维在沸水和干热空气中收缩率较大，无熔点，160微黄，强力明显下降，200深黄，300开始炭化，变为褐色。染色和定型温度不宜超过100，110定型，织物手感发硬。定型后如织物发硬，可用60以上的肥皂水水洗，织物手感会变软。 当pH值从0到1时，聚合度有所下降;当pH值从1到4. 5时聚合度上升并在4. 5处达到95%的最大值;在pH值大于4. 5以后，聚合度下降到20%左右的最低值。对大豆、毛、蚕丝和棉纤维化学性能进行测试，4种纤维的化学性能比较得到大豆纤维耐酸性能与羊毛、蚕丝相同。耐霉菌性能与羊毛、蚕丝相同，耐虫蛀性优于羊毛蚕丝，由于纤维中加入抗菌剂，能抑制大肠杆菌、脓包菌和孢芽菌。26 大豆纤维的混纺与交织性 大豆纤维由于摩擦系数小、弹性小、吸水率(7. 4% )高，所以，织物缩水变形较大，加上定型温度较低，保型性较差，特别是针织物。建议多采用两种以上纤维进行混纺或交织。 利用醋酸效盖大豆纤维生产高档针织面料，不用染色，醋酸效光泽明亮、高雅且透光性好，大豆纤维有效一样的光泽，两者交织，光泽明亮、高雅、富贵，超过真效的感觉。 利用大豆纤维与绢效混纺或交织，能改善真效织物的导湿、干燥、保水性能，减轻汗水在织物 表面流淌的缺点，提高织物的汗渍牢度和改善织物的水洗性能。 利用大豆纤维与羊毛、羊绒混纺或交织，能改善单纯羊毛或羊绒织物的染色光泽、导湿、透汽、干爽舒适性。 利用阳离了可染涤纶与大豆纤维混纺或交织，可改善单纯大豆纤维织物的抗皱性和尺寸稳定性。 编织大豆纤维盖负氧离了涤纶、远红外涤纶、远红外丙纶、中空涤纶、异型截面高导湿涤纶等织物，可生产多功能运动服面料。 编织防紫外线涤纶、防电磁波涤纶等盖大豆纤维织物，可生产出内舒适外具有特殊功能的特殊功能面料。3大豆纤维的产品开发现状31 大豆纤维的纺制4大豆蛋白纤维体积质量较小，与柞蚕丝光泽非常相近，但在纺纱过程中飞花多，疵点多，影响正常纺纱。大豆蛋白纤维在纺纱时静电现象比较严重，因此，必须给湿与添加表ICI活性剂，以提高大豆蛋白纤维的抗静电能力。另外和其它纤维相比，大豆蛋白纤维表ICI光滑，纤维之间抱合能力差，因而需要添加抗滑剂，增加纤维之间的抱合力，使之达到纺纱要求。纯纺:根据大豆蛋白纤维的特性，可通过预处理使其满足纺纱条件，提高适纺性能，满足规模生产的要求。预处理时各种助剂的添加量(占大豆蛋白纤维的干重比例)为:水10 %，抗静电剂0.6%，防滑剂0.2%，经预处理后其适纺性大大提高。混纺(与涤纶):和涤纶纤维在圆盘上按一定的比例混合，再经过开清棉、梳棉、并条(二道)、粗纱、细纱直至最后络筒。纺纱比较顺利主要表现为飞花现象大为减少，棉网漂浮现象基本消除。这是因为涤纶纤维的体积质量较大豆蛋白纤维大，经过混合，纤维的体积质量整体上增加，并且在具体的每一个纺纱土序中都有具体的明确控制要求。32 大豆纤维的产品开发现状5目前大豆蛋白纤维产品的开发以服用为主。它可用于各类纯纺及与棉、毛、丝、羊绒纤维混纺或者交织开发机织或针织产品。大豆蛋白纤维可根据其长度、细度的不同分别采用不同的加工系统进行加工，纺制纯大豆蛋白纤维纱线和混纺纱。目前，利用1. 27dtex棉型大豆蛋白纤维在棉纺设备上已经纺出6dtex的高品质纱，可开发高档的高支高密面料，另外在棉纺加工设备上大豆蛋白纤维还可以和其它纤维如羊绒、抗静电纤维混纺开发高档混纺纱，从而开发更多的高档面料。毛型纤维可以采用毛型加工路线，在传统的毛纺设备上进行混纺或纯纺，也可以在绢纺设备上进行加工，开发绢纺大豆蛋白纤维产品。 在2001年4月苏州举行的“大豆蛋白纤维及产品开发研讨会”上，一些单位己经开发出了一系列的大豆蛋白纤维产品，分别有纯大豆蛋白针织产品、机织产品及与真丝交织与毛交织和各种混纺针织或机织产品。在今年举行的第89届中国出口商品交易会上，由四川省丝绸进出口公司首次展示的以大豆蛋白丝织成的女针织衫，引起了外商极大兴趣。用大豆蛋白纤维制成的针织衫色感柔和，具有桑蚕丝织物的天然光泽和悬垂感，具有较强的羊绒织物的外观和手感，保暖性强，穿着透气、导湿、爽身，具有麻织物吸湿快干的特点，十分适合高温高湿地区穿着。针对目前欧美等国家不断提高纺织品进口环保标准的情况，大豆蛋白纤维产品具有非常广阔的市场开发前景。有不少客商提出要与四川省丝绸进出口有限公司合作，开发如婴儿用品、装饰用品、披肩等产品。 在2002年春夏中国流行面料入围评审活动中，经中国流行面料评审委员会评定，由山东滨州印染集团有限责任公司所开发的新产品“纯大豆蛋白纤维织物”入围2002年春夏中国流行面料。纯大豆蛋白织物具有外观华贵、舒适性好、物理机械性能好及保健功能性的特点。大豆蛋白纤维面料具有真丝般的光泽，非常怡人，其悬垂性也极佳，给人以飘逸脱俗的感觉。用高支纱织成织物表面纹路细洁、清晰，是高档的衬衣面料。手感柔软、滑爽，质地轻薄，具有真丝与山羊绒混纺感觉，有舒适的肌肤接触感，吸湿性与棉相当，导湿性透气性远优于棉。这种面料的出现，满足了人们对穿着舒适性、美观性的要求。 据了解，目前国内大多数企业对大豆蛋白纤维的利用还处在初级阶段，能够将其批量制成成衣的企业还很少。由于大豆蛋白纤维产品具有成本低、绿色环保型、应用领域广泛等特点，所以大豆蛋白纤维具有极强的市场开发潜力，可以产生巨大的经济效益。4大豆纤维织物的产品性能研究领域与测试 41 大豆纤维的产品结构基本参数5匹长、幅宽、厚度、平方米重及洗涤后的尺寸变化是组成织物结构的基本参数，它决定了织物的性质、风格及其差别，直接影响织物的使用性和服用性能。所以主要对试样的幅宽、厚度、经纬密度和缩水率进行了测量。测试结果如表5-l:表5-1大豆蛋白纤维织物基本参数测试数据表由表5-1可知: 试样1与试样4，试样2与试样3，经纬纱特数均相同，但试样1、试样2为斜纹，试样3, 4为平纹，可见，同特纱制成织物斜纹厚度大于平纹，同时平方米重也较大。试样5和试样6经纱特数相同，但纬纱特数不同，试样5为平纹，试样6为斜纹，试样6的厚度和平方米重分别大于试样50静态纬向缩水率以涡流纱为纬纱的三种织物为大，分别为试样1, 4, 6，而以环锭纱为纬纱的试样1, 3, 5,静态纬向缩水率较小，原因是吸湿后经纱直径显著膨胀，祸流纱屈曲程度大于环锭纱且涡流纱的弹性回复性小于环锭纱，使涡流纱的屈曲不能回到原来状态造成以涡流纱为纬纱的试样1, 4, 6的静态缩水率大于以环锭纱为纬纱的试样1，3，5。42 织物耐久性测试5织物耐久性是指在各种机械外力的作用下织物的坚牢度。对大豆蛋白纤维织物的耐久性测量试验包括:拉伸断裂试验、顶破强力试验、撕裂强力试验以及耐磨性试验。421拉伸断裂试验1.试验仪器:HD-026电子织物强力议2.试验方法:扯边纱条样法3.试验条件:试样隔距200mm，伸长率50，拉伸方式为定时，断裂时间为20so4.试验结果如表5-2:由表5-2的数据可以看出:从经向分析，试样1, 2, 3, 4所用经纱相同，而拉伸强力试样2最大，略高于试样1。五个试样拉伸强力顺序为:试样2试样1试样3试样5试样4。试样1, 2, 3经向拉伸强力大于试样5的原因，一是由于织物组织不同，斜纹由于其织纹较密，强力大于平纹，二是由于环锭纱所用原料长度不同，试样1, 2,3所用经纱原料长度较长，故在拉伸时需更大的强力。 从纬向分析，试样1, 4的拉伸断裂强力要低的多，其原因是试样1, 4的纬纱均为涡流纱，而在测试纱线强力时，涡流纱的强力要比环锭纱强力低好几倍。其强力顺序为试样2试样3试样5试样1试样4。422顶破强力试验某些衣物在服用过程当中不断受到集中性负荷的顶压作用而遭到破坏，这种破坏方式称为顶破。而织物顶破试验是反映织物多方受力的结果，可以对织物强度进行一次性评价，因此它的测试结果是反映某些织物机械性能的重要指标。1.试验仪器:摆锤式弹子顶破试验机2.试验方法:弹子法3.试验结果如表5-3 ;从表5-3可以看出，所织的6个试样顶破强力是很高的。顶破强力的大小顺序为试样2试样1试样3试样5试样6试样4。从总体看，斜纹的顶破强力大于平纹。43大豆纤维的导湿性和透气性6 通过对D1豆纤纱、D2丙纶丝、D3涤纶纱、D4锦纶丝、D5腈纶纱、D6蚕丝这六种纱线编织成的六种单面织物的性能测试得出：D3涤纶针织物和D2丙纶针织物导湿能力最强，豆纤针织物居中，其它较差。其导湿能力排序为D3 D2 D1 D5D6 D4 用水皿法对织物透汽量进行试验，试验干球温度35 ,湿球温度25,相湿度35%，时间 2小时.测取透汽量值.表4透汽量得出大豆纤维针织物透汽量最大，透汽性最好。透汽量排序为D1 D6 D5 D3 D4 D2 从而可见，大豆纤维导湿性仅次于丙纶，涤纶，优于腈纶、锦纶、真丝纤维。透汽性优于真丝、丙纶、涤纶、腈纶、锦纶纤维，纤维导湿、透汽、干爽。织物传递通过热、湿、空气等的性能通常称为通透性。织物作为服装材料穿着使用时，由于人体新陈代谢不断通过皮肤向周围环境散发热量和湿气，而只有在人体产生的热量和湿气与通过服装织物散发出去的热量和湿气大致平衡时，人体才感到舒适。因此，服装织物的舒适性与通透性关系密切。44 大豆纤维织物的保暖性6为了测试大豆纤维的保暖性，将大豆、睛纶、棉和羊毛纤维编织成单面针织物试样。测试织物试样保暖率、热阻、传热系数二项指标综合值如下:豆纤8. 355;睛纶5. 362;棉纤8. 999;毛纤9. 943。从三项指标综合值可看见，大豆纤维针织物与棉纤维针织物保暖性能处于同一水平物保暖性与棉纤维针织物保暖性处于同一水平，高于睛纶纤维针织物保暖性，而低于羊毛纤维针织物保暖性。45 大豆纤维织物的起球性能7对试样进行起毛起球试验，试验时，用尼龙刷磨50转，用织物磨50转。试验样品为32s豆纤维针织物，对比样品为32s棉纤椎针织物和32s腈纶纤维针织物。 起毛起球特点豆纤维针织物，纤维露出较长，起球大小、多少相当于棉纤维针织物;棉纤维针织物纤维露出较多、较短，起球大小、多少相当于豆纤维针织物;睛纶纤维针织物纤维露出较短，起球较大、较多，未完全卷起。 总之，大豆纤维针织物由于纤维摩擦系数小、纤维卷曲少、卷曲牢度低，易起毛而不易起球。用GB4801. 1- 84精梳毛织品起球样照对比，32s豆纤维针织物为2级，32s棉纤维针织物为1. 5级，32s睛纶纤维针织物为1级。 46 大豆纤维的染色性7 不同类型染料对大豆蛋白质纤维针织物的染色性能，从表16可见中性染料匀染性较差，透染性较差，应谨慎使用;弱酸性、活性、直接染料适用于大豆纤维的染色，但直接染料由于水洗牢度较差，除个别色相外通常不用。47 织物外观保持性测试5织物受到揉搓作用时产生塑性弯曲变形而形成折皱的性能，称为折皱性。织物抵抗由于揉搓产生弯曲变形的能力，称为抗皱性，由于抗皱性也可理解为引起织物变形的外力消失后，由于织物的急、缓弹性而使织物逐渐回复到起始状态的能力，故抗皱性也可称为折痕回复性。折痕回复性差的织物制成的服装，在穿着的过程中容易产生折痕，这不仅影响织物的外观，而且易于沿着折痕凸起部位磨损，降低织物的耐用性。通常以折痕回复角表示织物的折皱回复能力，折皱回复角是指一定形状和尺寸的试样在规定的条件下被折叠，并施压一定时间，卸去压力后，经过一定时间的恢复，两翼之间形成的角度。试验仪器:LAY-6织物回能测定仪试验方法:水平法试验结果如表5-5: 由表5-5可以看出:试样2的折皱回复角最大，耐折皱性最好。试样6略次之。耐折皱性顺序为试样2试样6试样3试样4试样1试样5。通过与有关资料对比分析，大豆蛋白纤维织物抗皱性较差。48 织物风格研究5 织物风格是织物本身固有的物理性能作用于人的感官所产生的效应，主要包含触觉和视觉两方面效应。近年来，有人认为织物刚柔性，特别是织物悬垂性是影响织物风格的重要因素。481织物的悬垂性测试 织物因自重下垂的程度和形态，用悬垂性反映。悬垂性好的织物面料能充分显示服装的轮廓美。悬垂系数越小，织物的悬垂性越好。1.试验仪器:YG811型织物悬垂性试验仪2.试验方法:插图法3.试验结果如表5-6: 由表5-6可以看出:大豆蛋白纤维织物的悬垂性比较好。其悬垂系数大小顺序依次为:试样6试样1试样4试样5试样2试样3。当纬纱相同时，经纱越粗，织物悬垂性越差，试样6和试样5经纱较粗，其悬垂系数分别大于相同纬纱不同组织的织物;经纱相同时，纬纱为环锭纱的织物悬垂性好于纬纱为涡流纱的织物;经纬纱均相同时，平纹组织织物其悬垂性优于斜纹织物，这与斜纹和平纹织物的紧密程度有关，也与经纬密度有关。482 织物的刚柔性测试刚柔性与悬垂性关系比较密切，影响因素大致相同。1.试验仪器:斜面悬臂法刚柔性测试仪2.试验方法:斜面悬臂法3.试验结果如表5-7: 由表5-7可以看出，大豆蛋白纤维织物的抗弯长度，抗弯刚度都是比较小的。试样6的抗弯长度最大，总抗弯长度大小顺序依次为:试样6试样1=试样2=试样4=试样5试样3。试样6的抗弯刚度也是最大的，试样3最小，总抗弯刚度大小顺序为:试样6试样1试样2试样5试样4试