大豆蛋白纤维性能及应用前景

1、文章编号 : 1672 - 500X ( 2009 ) 01 - 0030 - 04大豆蛋白纤维性能及应用前景周强(天津工业大学纺织学院 , 天津 300160 )摘 要 :大豆蛋白纤维是从大豆粕中提取的可用于纺织的具有优异性能的材料 , 本文主要描述了大豆蛋白纤维的纺制工艺 、纤维的结构性能及产品开发 , 介绍了大豆蛋白纤维广阔的市场发展前景 。关键词 : 大豆蛋白纤维 ; 工艺 ; 性能 ; 应用中图分类号 : TS102. 512文献标识码 : A大豆蛋白纤维是近年我国首创的一种高科技 、高附加价值的新型纺织原料 。该纤维是以榨油后 的豆饼为原料 , 通过生物工程处理 , 提取球蛋白并经

2、化学改性 , 利用现代纺丝设备 , 经湿法纺丝而 成 。由于该纤维主要成份是大豆蛋白质 , 所用的 辅料 、助剂均无毒 , 其生产过程对环境无污染 , 产 品的废弃物易生物降解 , 因此 , 被誉为新世纪“绿 色环保纤维 ”。这种纤维既具有羊绒般的手感 , 蚕丝般的光泽 , 棉纤维的吸湿和导湿性 , 又具有合成 纤维的机械性能 。它的出现迎合了生态环保的需 求和人们对服饰穿着舒适性 、功能性 、美观性的追 求 , 是一种极具潜力和开发前景的新型纺织材料 。术 , 将豆粕中的球蛋白提纯 , 并利用助剂 、生物酶的作用使提纯的球蛋白改变空间结构 , 再添加 羟基和氨基等高聚物 , 配制成一定浓度的

3、蛋白纺丝液 , 熟成后 , 用湿法纺丝工艺纺成单纤为 0. 93 d tex的丝束 , 经醛化稳定纤维的性能后 , 再经 过卷曲 、热定型 、切断 , 即可生产出各种规格的 纺织用高档纤维 。2 大豆蛋白纤维的结构2. 1 化学组成大豆 蛋 白 纤 维 由 25 % 45 % 的 蛋 白 质 和75 % 55 %的 PVA 组成 。大豆蛋白纤维氨基酸 组成如表 1所示 。1 大豆蛋白纤维纺制工艺以榨过油后的大豆废粕为原料 , 利用生物技表 1大豆蛋白纤维的化学组成氨基酸 /m g· ( 1g蛋白 ) - 1大豆蛋白甲硫 +胱氨酸苯丙 +酪氨酸组氨酸异亮氨酸亮氨酸赖氨酸颉氨酸苏氨酸色氨

4、酸脱脂蛋白分离蛋白2628464978826464465026268892393814142. 2 物理结构大豆蛋白纤维的横截面呈哑铃形或腰圆形 ,中间有微孔 , 皮芯结构明显 , 且皮层相当厚 , 具有一定的抗变性能 。纵截面形态呈不规则的沟槽和海岛状凹凸 , 有利于纤维的吸湿 、导湿 、透气 、 传热 。收稿日期 : 2008 - 07 - 25作者简介 : 周强 ( 1968 - ) , 男 , 天津人 ,工程师 , 从事纺织材料的检测和研究工作 。第 1期2009年 3月化纤与纺织技术Chem ica l F ibe r & Textile Techno logy312. 3

5、大豆蛋白纤维分子的化学结构大豆蛋白纤维是由聚乙烯醇和大豆蛋白双组 分构成 。聚乙烯醇属于碳链高聚物 , 大分子呈碳- 碳链连接 , 其分子链上含有大量的羟基 , 平均一个大分子有 1 400 - 1 800 个 。由于羟基的极性 作用 , 使得碳分子链的柔曲性降低 , 属刚性偏强 的大分子 。大豆蛋白属于天然杂链高聚物 , 大分 子由酰胺键相互连接 , 链段长度较小 , 属于柔性 链 。由于大豆蛋白大分子具有体积较大的支链 , 因此大 分子 的 构象 呈 - 螺 旋形 。蛋白 质在 张 力 、湿热等诸多条件下易变性 , 变性后的大豆蛋 白分子链被舒展 , 呈直线形的 - 链 。一般大豆 蛋白分

6、子间主要依靠氢键 、各种盐式键和双硫键相互连接 。在纺丝过程中 , 可能产生能量较高的化学键 , 如酰胺键和酯键等 。特别是在纤维成形 后的缩醛化处理中 , 甲醛参与了化学反应 , 在单 组分和双组分的大分子之间形成了交联 。主要包括聚乙烯醇大分子内的环化反应 , 大分子间的交 联反应 ; 大豆蛋白大分子内的交联反应 , 大分子 间的交联反应 , 构成以直线形网状大分子为主体 的结构 1 。3 大豆蛋白纤维的性能表 2 为大豆蛋白纤维与其他纺织纤维物理机 械性能和化学性能的对比 。表 2大豆蛋白纤维与其他纺织纤维物理机械性能和化学性能对比干断裂强度 /cN ·d tex- 1湿断裂强

7、度 /cN ·d tex- 1密度 /g·cm - 3干断裂伸长 , %湿断裂伸长 , %回潮率, %耐碱性耐酸性抗紫外线纤 维大豆蛋白纤维棉花 粘胶 蚕丝 羊毛3. 84. 91. 93. 11. 52. 02. 63. 50. 91. 62. 53. 02. 23. 10. 71. 11. 92. 50. 71. 3157101824152525351710132630273325308. 69. 013. 01114161. 291. 51. 61. 41. 51. 31. 41. 4一般好 好 较好 差好差 差 好 好较好一般 差 差较差3. 1 物理机械性能3.

8、1. 1 摩擦性能大豆蛋白纤维的摩擦系数很小 , 特别是动摩 擦系数 , 仅为 0. 052 , 因而 , 用大豆蛋白纤维织成 的面料滑爽而柔软 。3. 1. 2 机械性能大豆蛋 白 纤 维 较 细 , 与 蚕 丝 接 近 , 强 力 较 大 , 但断裂强力不匀 , 给纺纱带来困难 , 断裂伸 长一般 , 没有羊毛回复率好 , 比重较小 。3. 1. 3 透气性能表 3为大豆蛋白纤维与其它纤维透气性的比 较 。3. 2 化学性能3. 2. 1 溶解性能大豆蛋白纤维耐酸性能较差 , 具有一定的耐 碱性 , 大豆蛋白纤维在紫外线照射 120 h后 , 强力下降 9. 8 % , 断裂伸长和变异系数

9、略有增加 , 这 说明了大豆蛋白纤维具有较好的耐日光性能 。3. 2. 2 热性能大豆蛋白纤维的玻璃化温度为 81 , 分解温 度为 330 , 热稳定性比羊毛差 。大豆蛋白纤维 在 150 、30m in 时的断裂强度和断裂伸长分别 为原始值的 68 % 和 92. 5 % , 后加工的处理温度 应低于 110 。大 豆 蛋 白 纤 维 的 极 限 氧 指 数 为22 % , 低于羊毛和蚕丝 。大豆蛋白纤维在干热空 气和沸水中的热收缩率均高于羊毛 , 说明其湿热 尺寸稳定性差 。3. 3 织物性能大豆蛋白纤维织物色彩柔和 , 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

10、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 。同时 , 大豆蛋白纤维在整个提炼过程表 3大豆蛋白纤维与其他纺织纤维的透气量g大豆蛋白纤维丙纶涤纶锦纶腈纶蚕丝0. 640. 7750. 6450. 981. 2151. 79注 :试验环境 : 干球温度 35 , 湿球温度 25, 相对湿度 35% , 时间 2 h, 试样面积 32. 75 cm2 。从表 3可知 , 透气性 : 大豆蛋白 >蚕丝 > 腈纶 >涤纶 > 锦纶 > 丙纶 , 大豆蛋白针织物透气 量最大 , 透气性最好 , 湿阻也最小 。

11、化纤与纺织技术Chem ica l F ibe r & Textile Techno logy第 1期2009年 3月32中将杀菌消炎药物分子和抗紫外线化学元素溶入纤维里面 , 基本达到无菌 、无公害 、无污染的国 际工艺标准 , 且具有可生物降解性 , 减少了对环 境的污染 , 是符合卫生标准和环保标准的保健型绿色纤维 2 。大豆蛋白纤维的梭织产品在光泽上具有麻绢混纺产品风格 , 手感比绢挺 、悬垂性好 , 抗皱性 优于真丝且可用活性染料染色 , 染色牢度好 , 是 制作高档衬衫的理想面料 。4. 3. 3 开发混纺面料 大豆蛋白纤维还可与蚕丝 、羊毛 、山羊绒等纤维混纺 。在与蚕丝

12、混纺时利用纤维具有良好的 导湿性 , 可以避免真丝织物由于汗湿而紧贴在身 体上所产生的湿冷感 ; 与羊毛混纺时 , 其织物与羊毛织物具有相同的性能 , 还可降低生产成本 ; 可以与阳离子涤纶进行混纺 , 以改善最终产品的 舒适性能 。总之 , 随着大豆蛋白纤维产品的不断 开发 , 利用其轻 、柔软 、光滑 、强度高 、吸湿 、导 湿 、透气性好等诸多良好性能 , 赋予未来的混纺4 大豆蛋白纤维的应用4. 1 大豆蛋白纤维织物的优点大豆蛋白纤维织物不仅具有导湿 、透气 、爽 身等优良特性 , 而且其中的豆蛋白与人体皮肤亲 和性好 , 且含有多种人体所必须的氨基酸 , 与人 体接触不会发生不良反应

13、 , 更不会像一些化学纤 维织物使穿着者有发痒等过敏现象 , 具有良好的保健作用 , 是制作高档内衣 、T恤 、床上用品和 春夏季服装的理想面料 。大豆蛋白纤维可用于针 织和高速织机加工 。4. 2 大豆蛋白纤维织物加工中的问题( 1 )大豆蛋白纤维中大豆蛋白的组成比例太 低 , 难以实现预期的性能 , 但提高其比例后 , 又会影响其力学性能 ;( 2 )力学性能需提高 ;( 3 )织物起毛起球尚需改善 , 这是限制大豆 蛋白纤维进一步市场化的重要因素 ;( 4 )原基色的消除和光稳定性有待提高 ;( 5 )热稳定性差 , 这是大豆蛋白纤维在后加 工和服用过程中亟待解决的问题 ;( 6 ) 对

14、 大 豆 蛋 白 纤 维 表 征 及 认 识 有 待 加强 3 。4. 3 产品开发4. 3. 1 开发针织内衣和睡衣 由于大豆蛋白纤维较细 , 内衣制品手感特别柔软 、光滑 , 穿着非常舒适 。同时由于该纤维外 层基本上是蛋白质 , 制品对人体皮肤更具保健作用 。现已解决了在纺丝阶段于蛋白质大分子上接 枝中草药成份的技术难题 , 从而使纤维具有显著 的杀菌消炎作用 , 同时由于其具有良好的吸湿透 气性 , 因此 , 大豆蛋白纤维在内衣领域大有开发 潜力 。4. 3. 2 开发衬衫用面料 4 产品许多独特风格。5 结 语大豆蛋白纤维 主要 原 料来 自于 自 然界 的大 豆 , 因此具有相当丰

15、富的原料资源和低廉的原料 成本 , 不 会 对 自 然 界 造 成 掠 夺 性 开 发 。可 以 预 料 , 随着工艺的不断改进 , 大豆蛋白纤维针纺产 品将会发展成为成本低 、附加值高的产品 , 为越 来越多的客商所青睐 。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 , 该产品是新世 纪名符其实的绿色产品 。参考文献 1 喻红芹 , 何建新 , 蔡玉兰 . 大豆蛋白纤维结构与性能研究 J . 中原 工 学 院 学 报 , 2002 , 12 ( 3 ) : 60 -66.罗先珍 . 大豆蛋白纤维的纺制及其应用 J . 广西 化纤通讯 , 2002 ( 2 ) : 20.杨庆斌 ,

16、于伟东 . 大豆蛋白纤维及其加工与应用中 的问题 J . 纺织导报 , 2004 ( 6 ) : 78.赵贵兴 , 王家军 , 陈霞 , 等 . “绿色纤维 ”大豆 蛋白纤 维 的 性 能 及 产 品 开 发 新 动 向 J . 大 豆 科 学 , 2007 , 26 ( 3 ) : 429. 2 3 4 第 1期2009年 3月化纤与纺织技术Chem ica l F ibe r & Textile Techno logy33C HA RAC TER IST IC S O F SOY BEA N PRO TE I N F IBERA ND A PPL ICA T IO N PRO SP

17、EC TZHOU Q iang( Schoo l of Textile, Tian jin Po lytechn ic U n ive rsity 300160 )A b stra c t: Soybean p ro te in fibe r is m a te ria l wh ich is extrac ted from soybean m ea l, ha s exce llen t p rop e rtie s,and u sed fo r textile. In th is p ap e r, the cha rac te ristic s of soybean p ro te in

18、 fibe r a re de sc ribed, the m anufac tu re and deve lopm en t of soybean p ro te in fibe r a re in troduced, the b road m a rke t p ro sp ec ts of soybean p ro te in fibe r a re p re sen ted.Key word s: Soybean p ro te in fibe r; techn ic s; p rop e rtie s; app lica tion(上接第 13 页 ) 5 央志陶 . 棉 纺 工 程 M . 北 京 : 中 国 纺 织 出 版 社 ,2004. 8 马大力 . 服装材料检测技术与实务 M . 北京 : 化学工业出版社 , 2005.朱松文 . 服装材料学 M . 北京 :中国纺织出版社 ,1996. 6 姚 穆 .2002.纺 织 材 料 学 M . 北 京 : 中 国 纺 织 出 版 社 , 9 7 徐蕴燕 . 织物性能与检测 M . 北京 : 中国纺织出版社 , 2007.TEST A ND A N