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再生动物毛蛋白纤维的产品开发研究

2014年06月24日 14:31  来源: 中国纺织服装机械网
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  导读:再生动物毛蛋白纤维性能良好,具有良好的开发前景。本期本网编辑整合相关文章为大家介绍再生动物毛蛋白纤维的形态结构、组成与性能、纤维制备和纺织加工工艺。
  
  蛋白质纤维可分为天然蛋白质纤维(如羊毛、羊绒等动物毛、羽毛和蚕丝等)和再生蛋白质纤维两大类。后者按原料来源又有再生植物蛋白质纤维(如从大豆、花生、油菜籽、玉米等谷物中提取蛋白质纺制的纤维)和再生动物蛋白质纤维(如从牛奶、蚕蛹中以及利用猪毛、羊毛下脚料、羽毛等不可纺蛋白质纤维或废弃蛋白质中提取蛋白质纺制的纤维)。
  
  天然蛋白质纤维虽有许多优良的特性,其纺织品也深受广大消费者的青睐。但价格较高,而且数量有限,约占纤维总量的5%,难以满足现有生产的需求,故需要开发出新型的再生蛋白质纤维。
  
  1.再生动物毛蛋白纤维的形态结构
  
  纤维的结构包括形态结构和聚集态结构。形态结构又可分为横截面形态和纵向表面形态,横截面形态反映的是纤维的横截面形状和纤维内部空隙的数目、大小及分布,纵向表面形态反映的是纤维表面的光滑和粗糙情况。聚集态结构包括晶态结构、非晶态结构和取向度,它是决定纤维力学性能的主要因素。
  
  由于再生动物毛蛋白纤维是由再生动物毛蛋白与粘胶共混纺丝而制得,因此该纤维是由蛋白质和纤维素共同构成,它具有两种聚合物的特性,属于复合纤维的一种。复合纤维根据两种组分相互间的位置关系分为皮芯型、并列型和共混纤维型等。

       再生蛋白质液与粘胶的物理化学性质不同,特别是它们的粘度相差很大,由于两种高聚物结构差异较大,在凝固和拉伸过程中,粘度小的容易分布在纤维的外层。蛋白液的粘度小得多,故蛋白液与粘胶的共混丝液经酸浴凝固形成时,蛋白质主要分布在纤维的表面,该纤维属于皮芯型结构。它集蛋白纤维和再生纤维素纤维优点于一身,具有良好的吸湿透气性和较好的断裂伸长率。纤维中有多种人体所需的氨基酸(如甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等),同时具有独特的护肤保健功能。
  
  2.再生动物毛蛋白纤维的组成与性能
  
  2.1再生动物毛蛋白纤维的主要成分
  
  再生动物毛蛋白纤维的主要成分见表1。
  
  表1再生动物毛蛋白纤维的主要成分
  
  2.2再生动物毛蛋白纤维的性能
  
  (1)物理机械性能
  
  再生动物毛蛋白纤维与其他纤维的物理机械性能比较列于表2中。
  
  表2再生动物毛蛋白纤维与其他纤维的物理机械性能比较
  
  表2再生动物毛蛋白纤维与其他纤维的物理机械性能比较
  
  由表2可以看出,再生动物毛蛋白纤维的干、湿态强度均大于常规羊毛的干、湿态强度,且湿态强度大于粘胶纤维。而且纤维中的蛋白质含量越大,纤维的断裂强度越小;再生动物毛蛋白纤维的伸长率大于粘胶纤维,接近于桑蚕丝纤维,且在湿状态下的各项性能稳定;再生动物毛蛋白纤维的回潮率仅小于羊毛,而且随着蛋白质含量的增加而变大,故用其制作成服装后的穿着舒适性和抗静电性能均可达到羊毛面料的水平;再生动物毛蛋白纤维的体积比电阻随着蛋白质含量的增加而减少,并且远小于羊毛、粘胶纤维和蚕丝,因此,该纤维的导电性能好,抗静电。
  
  (2)化学性能
  
  再生动物毛蛋白纤维具有较好的耐酸、碱性。再生动物毛蛋白纤维水解速率随着酸浓度的增加而增大,这可能是酸对纤维素分子中甙键的水解起催化作用,使纤维素聚合度降低。但纤维素的水解速率在酸的浓度为3mol/l以下时,与酸的浓度几乎成正比,由此可见,再生动物毛蛋白纤维受到酸损伤的程度比纤维素小。而纤维在碱中的溶解是先随浓度增大而增大,其后却随浓度增大而降低,这可能是由于碱除了催化肽键水解外,还与纤维素的羟基以分子间力特别是氢键结合,形成分子化合物;也可能随着碱浓度增大渗透压反而减小,氢氧化钠渗透纤维困难。
  
  再生动物毛蛋白纤维具有一定的耐还原能力。将纤维用1%硫化钠在65℃下处理1h,溶失率仅为2.47%。而据资料介绍羊毛用1%硫化钠在65℃下作用30min,重量损失达50%。但纤维素一般不受还原剂的影响,一般还原剂对丝素的作用也很弱,没有明显的损伤。由此可知,还原剂不会使再生动物毛蛋白纤维受到明显的损伤。
  
  3.再生动物毛蛋白纤维的制备
  
  现以再生动物毛蛋白/粘胶共混纺丝生产的再生动物毛蛋白纤维为例,介绍再生动物毛蛋白纤维的制备过程。该纤维的制备过程一般包含两个阶段:一是再生动物毛蛋白原液的制备;二是再生动物毛蛋白纤维的生产。
  
  3.1再生动物毛蛋白纺丝原液的制备
  
  原料:猪毛或羊毛下脚料、过氧乙酸、氢氧化钠。
  
  工艺流程:猪毛或羊毛下脚料等→洗涤→烘干称重→过氧乙酸→水洗→脱水→稀碱水解→过滤→再生动物毛蛋白原液。
  
  原理:猪毛、羊毛等蛋白在同一肽链的羰基和氨基(-NH-)之间生成氢键,氨基酸侧链上的-R基则指向螺旋外边,所以羊毛中的α-角蛋白中大部分为α-螺旋的二级结构,羊毛的α-螺旋区除氢键外,还有-S-S-桥的存在,根据其结构特点,作适当的结构改性处理,使蛋白质上产生一定的亲水性的-COONa和-SO3Na,从而溶解于水中形成水解蛋白质.
  
  蛋白质与多肽间没有明显的界限,蛋白质是分子量大的肽,经部分水解时能生成多肽,为了使蛋白液中分子的分子量尽可能达到较大值,且又能溶解在稀碱水溶液中。同时还需考虑再生粘胶原液的性能指标(纤维素9%,游离碱含量4.3%),因为水解蛋白质需要与再生粘胶原液按一定比例混合纺丝。
  
  为了制得水解蛋白质,经多次试验,得出碱性水解的条件为:稀碱(NaOH)液浓度1.0%;羊毛碱液重量比1:8;温度70~80℃;反应时间10~15min。
  
  (2)再生动物毛蛋白纤维的生产
  
  原料:再生动物毛蛋白原液、再生粘胶原液、助剂1、助剂2。
  
  工艺流程:(再生动物毛蛋白原液、再生粘胶原液、助剂1、助剂2。)静态混合→过滤→计量纺丝→塑化牵伸→切断→脱硫→漂白→酸洗→上油(氨皂洗)→脱水→烘干。
  
  纤维成形原理:在一定条件下将一定浓度水解蛋白原液与再生胶A原液,按一定的配比混合进行纺丝,并经过后处理加工制成理想的再生动物毛蛋白纤维,这样蛋白质于纤维之中的肽键(-CO-NH-)与纤维素中的-OH形成氢键,产生较强的分子结合力,且十分牢固。水解蛋白液中的蛋白质含量和再生粘胶原液中纤维素含量相仿,水解蛋白液与再生粘胶原液、助剂1、助剂2以25∶65∶6∶4逐渐递增到50∶40∶6∶4混合,分别制成复合纤维并对其性能进行测试,经反复多次试验确定,以30∶60∶6∶4最为合适,制成的蛋白复合纤维性能非常优越,集蛋白质纤维和纤维素纤维的优点于一身,而且纤维中有多种人体所需的氨基酸,具有独特的护肤保健功能。
  
  4.再生动物毛蛋白纤维的纺织加工工艺
  
  4.1纺纱工艺
  
  (1)纺纱工艺流程(毛纺):
  
  毛条制造:和毛加油(实验机)→梳毛机(小型)→头道并条→二道并条→三道并条(小型棉纺并条)→毛条。
  
  精梳毛纱:毛条→混毛4次(针梳混)→针梳→精梳→针梳2次→针梳(匀整)→针梳3次→粗纱→细纱→络筒→并线→倍捻→蒸纱→成品机织纱。
  
  (2)棉纺系统工艺流程(棉纺):
  
  原料选配→AS181A型梳棉机→AS271型并条机→(两道)→FA401型粗纱机→AS511A型细纱机→1332M型络筒机。
  
  根据对两种纤维混纺纱测试的结果看,再生动物毛蛋白纤维在棉纺系统加工时具有较好的可纺性能,它与棉纤维混纺的纱线同时具有纤维素纤维与蛋白纤维的手感与特征,纱线在各方面都表现出良好的性能特征,性能测试表明,利用设计的纺纱工艺,再生动物毛蛋白纤维含量较少或过多时,混纺纱强力较低,纱线不匀率增大,但毛羽指数较低。再生动物毛蛋白纤维/棉混比为60/40左右时纱线的各项性能都较优。
  
  4.2织造工艺
  
  织造工艺流程
  
  织造工艺流程
  
  再生动物毛蛋白纤维面料,具有较高的断裂强度和断裂伸长率,同时具有良好的透气性和悬垂性。再生动物毛蛋白纤维与羊毛纱、绢纱交织的面料既有羊毛面料的手感,又有桑蚕丝面料的光泽,获得了新型面料的独特风格。再生动物毛蛋白纤维面料有望成为高档时装、内衣等的时尚面料,具有良好的开发前景。
  
  参考文献:
  
  [1]奚柏君,姜永峰,宣光容等.再生蛋白纤维的研制及性能分析[J].上海纺织科技.2002,12:113-114.
  
  [2]奚柏君.再生蛋白纤维理化性能研究[J].毛纺科技.2003(5):7-9.
  
  [3]奚柏君.再生蛋白纤维及纺织品的研究[J].纺织学报.2003(6):75-76.
  
  [4]王建坤.新型服用纺织纤维及其产品开发[M].北京:中国纺织出版社,2006.
  
  [5]荆妙蕾,王建坤,章辉.再生蛋白纤维/棉混纺纱线性能的研究[J].上海纺织科技.2007(3):17-19.
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