大豆蛋白改性纤维研制现况及发展趋势探讨

2018-12-28

1 再生蛋白质纤维的发展历史

再生蛋白质纤维是从天然动物乳蛋白、肌原蛋白或植物( 如花生、玉米、大豆等) 中提炼出的蛋白质溶解液经纺丝而成。这类再生蛋白质纤维的研究历史较早,国外对再生蛋白质的研究大约在19 世纪末和20 世纪初。具体情况见表1

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力低、纤维粗、物理机械性能差、制备技术难度大等种种原因而未能实现工业化生产。由于现代人对服装的追求趋向于自然化、舒适化,天然纤维越来越受到人们的青睐。但是,天然纤维如棉、麻、羊毛、蚕丝等受到种植、养殖方面的限制,无法大量发展。因此,从20 世纪90 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,日本东洋纺公司开发了以新西兰牛奶为原料的再生蛋白质纤维实现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、导湿性能和极好的保湿性,穿着舒适,但纤维本身呈淡黄色,耐热性差,在干热120℃以上易泛黄,该纤维可做针织套衫、T 恤、衬衫、日本和服等。

2004 年以来,美国杜邦( DuPont) 公司等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进行干法纺丝; 将球状蛋白质溶解于碱液( pH 值为11. 3 12. 7 )中,并加入甲醛或多聚羧酸类交联剂,可进行湿法纺丝。据该文献报道,含有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。

据国外有关资料报道,有将大豆蛋白用戊二醛作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。目前,国外尚无用于纺织品的大豆蛋白质纤维的研制和开发工作的报道。

2 大豆蛋白改性纤维的研制

大豆蛋白改性纤维( 商品名天绒,TOPON) ,是首次由我国自行研制成功并首先工业化生产的纤维,开创了人造蛋白质改性纤维生产的新纪元。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潜心研究八年,投资七千多万元,终于20003 月试纺成功,在国际上首次成功地实现了工业化生产。

大豆蛋白改性纤维( 大豆蛋白纤维、大豆纤维是其目前较普遍的名称) 是以炸掉油脂的大豆豆粕( 35% 蛋白) 为原料,从中提取球状蛋白质,通过添加功能性助剂,经湿法纺丝而成的蛋白改性纤维。其生产原理是将豆粕水浸、分离,提取出蛋白质,将蛋白质改变空间结构,并在适当条件下,与羟基和氰基高聚物接枝,通过湿法纺丝而成纤维; 这时的大豆蛋白改性纤维中,蛋白质与羟基和氰基高聚物并没有发生完全共聚,还具有相当的水溶性,还需经过缩醛化处理才能成为性能稳定的纤维。大豆蛋白的改性纤维的制造流程如图1 所示。

3 大豆蛋白改性纤维产品的开发及研究现状

大豆蛋白改性纤维作为一种新型的纺织原料,具有独特的性能,其制品在光泽、手感等方面都有独特的风格; 一问世便倍受青睐,许多纺织生产企业和研发工作者先后开发了多种纯纺、混纺面料( 针织、梭织) ,并对大豆蛋白改性纤维及其织物性能、大豆蛋白改性纤维织物的染色及后整理工艺展开了研究。现已取得了一些初步成果:

( 1) 纤维性能方面的研究: 大豆蛋白改性纤维作为一个新的纤维品种,其基础研究尚处空白。赵伟玲、石风俊、梅士英等人分别提供了大豆蛋白改性纤维的常规物理性能,但是各文献之间所提供的部分测试结果存在较大的差异,这可能是由于所测试的样品不稳定或其它原因造成的。王其、张旋等人阐述了大豆蛋白改性纤维的简单鉴别方法,主要以外观形态和溶剂溶解为主要方法。陈长松等人测试大豆蛋白改性纤维的燃烧特性及与部分溶液的溶解反应发现: 当该纤维靠近火焰时即有熔融; 在火焰中熔融燃烧时,火焰呈黄色,燃烧平稳火焰无跳动; 有被烤焦般的特殊的臭味,同时伴生烟灰; 离开火焰,继续缓慢燃烧; 燃烧的残留物,成黑色的硬块状,用手很难一下捏碎; 大豆蛋白改性纤维可以溶解于部分溶液,多以酸性溶液为主。王其、冯勋伟测试大豆蛋白改性纤维的导湿性、透汽性等性能指标,发现大豆蛋白改性纤维的导湿性仅次于丙纶、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; 手感柔软优于蚕丝、棉;大豆蛋白改性纤维的抱合力小,弹性差,卷曲牢度低于一般化纤; 耐日晒能力强,抗紫外能力优于棉、粘胶、丝; 耐酸碱性能、霉菌性能与羊毛、蚕丝相同,耐虫蛀性能优于羊毛、蚕丝。李宁等人提出大豆蛋白改性纤维具有一定的保健作用。

( 2) 大豆蛋白改性纤维的品种适应性较广,其产品风格既可近似棉型织物,又可近似丝绸及毛型织物。杨旭红、王华杰等人通过实践比较发现: 其毛型产品风格较好; 棉型产品和丝绸型产品外观风格与全棉织物和真丝织物相近,但手感偏硬。宋东鹏、赵博等人提出,大豆蛋白改性纤维在纺纱生产加工中抗静电剂、抗滑剂、柔软剂和温水喷洒其表面以解决静电问题。赵博等人通过生产实践得出: 梳棉和并条各工序的喇叭口应比棉偏大些; 梳棉采用斩刀剥棉可解决纤维易缠绕道夫的现象; 粗细纱的捻系数要较普通涤棉纱应偏小。裴晓霞等人经实践总结,上机张力应较正常品种偏小。

( 3) 郝凤鸣、王其等人测试分析了大豆蛋白改性纤维织物性能,得出结论: 大豆蛋白改性纤维织物手感滑爽柔软,悬垂性较好; 其针织物的悬垂性、滑爽感、变形恢复能力、折皱弹性优于棉针织物; 放湿性好,具有良好的热湿舒适性能; 透气性: 大豆蛋白改性纤维织物> 蚕丝织物> 腈纶织物> 涤纶织物> 锦纶织物> 丙纶织物; 大豆蛋白改性纤维针织物的保暖性与棉纤维针织物处于同一水平,高于腈纶针织物,低于羊毛针织物; 针织物光泽较好,但易起毛起球; 耐汗渍色牢度、耐皂洗色牢度、耐干摩擦色牢度较好,而耐湿摩擦牢度较差。

( 4) 蔡张林等人经过生产实践发现,酸性、中性、直接、分散或活性染料在大豆蛋白改性纤维上均可上染; 但直接染料上染大豆蛋白改性纤维易水解,光泽暗淡,色牢度较差,因此不适用; Lanasol 型毛用活性染料、阳离子染料不适合用于染大豆蛋白改性纤维。解萍华、李晓春等人提出,大豆蛋白改性纤维织物可采用双氧水或过醋酸进行漂白,去除本色; 并且过醋酸的效果要好些; 烘干温度控制在90 100℃。

4 改性大豆蛋白纤维实际用途

大豆蛋白纤维是一种新颖的再生植物蛋白纤维,它是由大豆植物蛋白质和聚乙烯醇等高分子化合物组成。大豆纤维具有良好的耐酸耐碱性,较好的吸湿导湿性,具有羊毛的保暖性,蚕丝的优雅光泽。但是大豆纤维也有很多不足,如耐热性较差,在沸水中有明显的收缩,织物的抗皱性能也较差,使其开发应用受到限制,因此,有必要研究改善大豆纤维性能方法。

国内对大豆蛋白纤维日益增长的需要,拓宽腈纶的用途,提高我国腈纶产品的档次具有较大意义。大豆蛋白纤维具有羊绒和桑蚕丝的某些特性,纤维性能优异。此外,在大豆蛋白纤维纺丝工艺中加入定量的有杀菌消炎作用的中草药可与蛋白质侧链以化学键相结合,药效显著、持久,具有很好的保健作用。大豆蛋白复合纤维具有吸湿、导湿、透气性好的特性,特别适合制作夏季服装,穿着时具有凉爽舒适、出不黏身的特点。大豆蛋白纤维具有质轻、柔软、光滑、丝光、强度高、吸湿、导湿、透气性好等诸多良好性质,使其与蚕丝、羊毛、山羊绒、棉和其它纤维混纺时能产生许多风格,光泽上具有麻绢混纺产品的风格。

5 大豆蛋白纤维的发展趋势

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。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,该产品是新世纪名副其实的绿色产品。

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