淺析再生動物毛蛋白纖維之產品開發研究
再生動物毛蛋白纖維性能良好具有良好的開發前景文章介紹了再生動物毛蛋白纖維的形態結構組成與性能纖維制備和紡織加工工藝
蛋白質纖維可分為天然蛋白質纖維（如羊毛羊絨等動物毛羽毛和蠶絲等）和再生蛋白質纖維兩大類后者按原料來源又有再生植物蛋白質纖維（如從大豆花生油菜籽玉米等谷物中提取蛋白質紡制的纖維）和再生動物蛋白質纖維（如從牛奶蠶蛹中以及利用豬毛羊毛下腳料羽毛等不可紡蛋白質纖維或廢棄蛋白質中提取蛋白質紡制的纖維）
天然蛋白質纖維雖有許多優良的特性其紡織品也深受廣大消費者的青睞但價格較高而且數量有限約占纖維總量的5%難以滿足現有生產的需求故需要開發出新型的再生蛋白質纖維在此情況下浙江紹興文理學院奚柏君等人經過多年的艱苦努力精心研究利用豬毛羊毛下腳料等不可紡蛋白質纖維或廢棄蛋白質材料成功研制了幾個系列的再生蛋白質纖維該纖維性能良好原料來源廣泛且利用了某些廢棄材料（如舊的毛料服裝舊毛衣等）有利于環境保護用這種再生動物毛蛋白纖維制成的紡織品手感豐滿性能優良價格遠低于同類羊毛面料具有較大的經濟效益和市場競爭力
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2011中國國際紡織面料與輔料（春夏）博覽會
第25屆（2012春夏）中國流行面料入圍評審大賽
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1.再生動物毛蛋白纖維的形態結構
纖維的結構包括形態結構和聚集態結構形態結構又可分為橫截面形態和縱向表面形態橫截面形態反映的是纖維的橫截面形狀和纖維內部空隙的數目大小及分布縱向表面形態反映的是纖維表面的光滑和粗糙情況聚集態結構包括晶態結構非晶態結構和取向度它是決定纖維力學性能的主要因素圖1所示為由天津工業大學王建坤先生研究的再生動物毛蛋白與粘膠共混紡絲制取的再生動物毛蛋白纖維的形態結構電鏡圖由圖可以看出該纖維的橫截面形態呈不規則的鋸齒形而且隨著蛋白質含量的增加纖維中的縫隙孔洞數量越多且體積越大還存在著一些球星氣泡纖維的縱向表面較光滑但隨著蛋白質含量的增加表面光滑度下降蛋白質含量過高時纖維表面粗糙
a 橫截電競圖 b縱向電鏡圖 圖1再生蛋白纖維電鏡圖
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由于再生動物毛蛋白纖維是由再生動物毛蛋白與粘膠共混紡絲而制得因此該纖維是由蛋白質和纖維素共同構成它具有兩種聚合物的特性屬于復合纖維的一種復合纖維根據兩種組分相互間的位置關系分為皮芯型并列型和共混纖維型等再生蛋白質液與粘膠的物理化學性質不同特別是它們的粘度相差很大由于兩種高聚物結構差異較大在凝固和拉伸過程中粘度小的容易分布在纖維的外層蛋白液的粘度小得多故蛋白液與粘膠的共混絲液經酸浴凝固形成時蛋白質主要分布在纖維的表面該纖維屬于皮芯型結構它集蛋白纖維和再生纖維素纖維優點于一身具有良好的吸濕透氣性和較好的斷裂伸長率纖維中有多種人體所需的氨基酸（如甘氨酸丙氨酸脯氨酸谷氨酸精氨酸天冬氨酸絲氨酸等）同時具有獨特的護膚保健功能
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2.再生動物毛蛋白纖維的組成與性能
2.1再生動物毛蛋白纖維的主要成分
再生動物毛蛋白纖維的主要成分見表1
表1 再生動物毛蛋白纖維的主要成分
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2.2再生動物毛蛋白纖維的性能
1物理機械性能
再生動物毛蛋白纖維與其他纖維的物理機械性能比較列于表2中
表2 再生動物毛蛋白纖維與其他纖維的物理機械性能比較
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由表2可以看出再生動物毛蛋白纖維的干濕態強度均大于常規羊毛的干濕態強度且濕態強度大于粘膠纖維而且纖維中的蛋白質含量越大纖維的斷裂強度越小再生動物毛蛋白纖維的伸長率大于粘膠纖維接近于桑蠶絲纖維且在濕狀態下的各項性能穩定再生動物毛蛋白纖維的回潮率僅小于羊毛而且隨著蛋白質含量的增加而變大故用其制作成服裝后的穿著舒適性和抗靜電性能均可達到羊毛面料的水平再生動物毛蛋白纖維的體積比電阻隨著蛋白質含量的增加而減少并且遠小于羊毛粘膠纖維和蠶絲因此該纖維的導電性能好抗靜電
2化學性能
再生動物毛蛋白纖維具有較好的耐酸堿性再生動物毛蛋白纖維水解速率隨著酸濃度的增加而增大這可能是酸對纖維素分子中甙鍵的水解起催化作用使纖維素聚合度降低但纖維素的水解速率在酸的濃度為3mol/l以下時與酸的濃度幾乎成正比由此可見再生動物毛蛋白纖維受到酸損傷的程度比纖維素小而纖維在堿中的溶解是先隨濃度增大而增大其后卻隨濃度增大而降低這可能是由于堿除了催化肽鍵水解外還與纖維素的羥基以分子間力特別是氫鍵結合形成分子化合物也可能隨著堿濃度增大滲透壓反而減小氫氧化鈉滲透纖維困難
再生動物毛蛋白纖維具有一定的耐還原能力將纖維用1%硫化鈉在65℃下處理1h溶失率僅為2.47%而據資料介紹羊毛用1%硫化鈉在65℃下作用30min重量損失達50%但纖維素一般不受還原劑的影響一般還原劑對絲素的作用也很弱沒有明顯的損傷由此可知還原劑不會使再生動物毛蛋白纖維受到明顯的損傷
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3.再生動物毛蛋白纖維的制備
現以再生動物毛蛋白/粘膠共混紡絲生產的再生動物毛蛋白纖維為例介紹再生動物毛蛋白纖維的制備過程該纖維的制備過程一般包含兩個階段一是再生動物毛蛋白原液的制備二是再生動物毛蛋白纖維的生產
3.1再生動物毛蛋白紡絲原液的制備
原料豬毛或羊毛下腳料過氧乙酸氫氧化鈉
工藝流程豬毛或羊毛下腳料等→洗滌→烘干稱重→過氧乙酸→水洗→脫水→稀堿水解→過濾→再生動物毛蛋白原液
原理豬毛羊毛等蛋白在同一肽鏈的羰基和氨基（-NH-）之間生成氫鍵氨基酸側鏈上的-R基則指向螺旋外邊所以羊毛中的α-角蛋白中大部分為α-螺旋的二級結構羊毛的α-螺旋區除氫鍵外還有-S-S-橋的存在根據其結構特點作適當的結構改性處理使蛋白質上產生一定的親水性的-COONa和-SO3Na從而溶解于水中形成水解蛋白質.
蛋白質與多肽間沒有明顯的界限蛋白質是分子量大的肽經部分水解時能生成多肽為了使蛋白液中分子的分子量盡可能達到較大值且又能溶解在稀堿水溶液中同時還需考慮再生粘膠原液的性能指標纖維素9%游離堿含量4.3%因為水解蛋白質需要與再生粘膠原液按一定比例混合紡絲
為了制得水解蛋白質經多次試驗得出堿性水解的條件為稀堿（NaOH）液濃度1.0%羊毛堿液重量比18溫度70～80℃反應時間10～15min
（2）再生動物毛蛋白纖維的生產
原料再生動物毛蛋白原液再生粘膠原液助劑1助劑2
工藝流程（再生動物毛蛋白原液再生粘膠原液助劑1助劑2）靜態混合→過濾→計量紡絲→塑化牽伸→切斷→脫硫→漂白→酸洗→上油（氨皂洗）→脫水→烘干
纖維成形原理在一定條件下將一定濃度水解蛋白原液與再生膠A原液按一定的配比混合進行紡絲并經過后處理加工制成理想的再生動物毛蛋白纖維這樣蛋白質于纖維之中的肽鍵-CO-NH-與纖維素中的-OH形成氫鍵產生較強的分子結合力且十分牢固水解蛋白液中的蛋白質含量和再生粘膠原液中纖維素含量相仿水解蛋白液與再生粘膠原液助劑1助劑2以25∶65∶6∶4逐漸遞增到50∶40∶6∶4混合分別制成復合纖維并對其性能進行測試經反復多次試驗確定以30∶60∶6∶4最為合適制成的蛋白復合纖維性能非常優越集蛋白質纖維和纖維素纖維的優點于一身而且纖維中有多種人體所需的氨基酸具有獨特的護膚保健功能
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4.再生動物毛蛋白纖維的紡織加工工藝
4.1紡紗工藝
1紡紗工藝流程毛紡
毛條制造和毛加油（實驗機）→梳毛機（小型）→頭道并條→二道并條→三道并條（小型棉紡并條）→毛條
精梳毛紗毛條→混毛4次（針梳混）→針梳→精梳→針梳2次→針梳（勻整）→針梳3次→粗紗→細紗→絡筒→并線→倍捻→蒸紗→成品機織紗
（2）棉紡系統工藝流程（棉紡）
原料選配→AS181A型梳棉機→AS271型并條機→（兩道）→FA401型粗紗機→AS511A型細紗機→1332M型絡筒機
根據對兩種纖維混紡紗測試的結果看再生動物毛蛋白纖維在棉紡系統加工時具有較好的可紡性能它與棉纖維混紡的紗線同時具有纖維素纖維與蛋白纖維的手感與特征紗線在各方面都表現出良好的性能特征性能測試表明利用設計的紡紗工藝再生動物毛蛋白纖維含量較少或過多時混紡紗強力較低紗線不勻率增大但毛羽指數較低再生動物毛蛋白纖維/棉混比為60/40左右時紗線的各項性能都較優
4.2織造工藝
織造工藝流程
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再生動物毛蛋白纖維面料具有較高的斷裂強度和斷裂伸長率同時具有良好的透氣性和懸垂性再生動物毛蛋白纖維與羊毛紗絹紗交織的面料既有羊毛面料的手感又有桑蠶絲面料的光澤獲得了新型面料的獨特風格再生動物毛蛋白纖維面料有望成為高檔時裝內衣等的時尚面料具有良好的開發前景
參考文獻
［1］奚柏君姜永峰宣光容等.再生蛋白纖維的研制及性能分析［J］.上海紡織科技.200212113-114.
[2]奚柏君.再生蛋白纖維理化性能研究[J].毛紡科技.200357-9.
[3]奚柏君.再生蛋白纖維及紡織品的研究[J].紡織學報.2003675-76.
[4]王建坤.新型服用紡織纖維及其產品開發[M].北京中國紡織出版社2006.
[5]荊妙蕾王建坤章輝.再生蛋白纖維/棉混紡紗線性能的研究[J].上海紡織科技.2007317-19.
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