再生動物毛蛋白纖維的產(chǎn)品開發(fā)研究

　　導(dǎo)讀：再生動物毛蛋白纖維性能良好，具有良好的開發(fā)前景。本期本網(wǎng)編輯整合相關(guān)文章為大家介紹再生動物毛蛋白纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、組成與性能、纖維制備和紡織加工工藝。
　　
　　蛋白質(zhì)纖維可分為天然蛋白質(zhì)纖維(如羊毛、羊絨等動物毛、羽毛和蠶絲等)和再生蛋白質(zhì)纖維兩大類。后者按原料來源又有再生植物蛋白質(zhì)纖維(如從大豆、花生、油菜籽、玉米等谷物中提取蛋白質(zhì)紡制的纖維)和再生動物蛋白質(zhì)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(zhì)纖維或廢棄蛋白質(zhì)中提取蛋白質(zhì)紡制的纖維)。
　　
　　天然蛋白質(zhì)纖維雖有許多優(yōu)良的特性，其紡織品也深受廣大消費(fèi)者的青睞。但價格較高，而且數(shù)量有限，約占纖維總量的5%，難以滿足現(xiàn)有生產(chǎn)的需求，故需要開發(fā)出新型的再生蛋白質(zhì)纖維。
　　
　　1.再生動物毛蛋白纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)
　　
　　纖維的結(jié)構(gòu)包括形態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。形態(tài)結(jié)構(gòu)又可分為橫截面形態(tài)和縱向表面形態(tài)，橫截面形態(tài)反映的是纖維的橫截面形狀和纖維內(nèi)部空隙的數(shù)目、大小及分布，縱向表面形態(tài)反映的是纖維表面的光滑和粗糙情況。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)和取向度，它是決定纖維力學(xué)性能的主要因素。
　　
　　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(zhì)和纖維素共同構(gòu)成，它具有兩種聚合物的特性，屬于復(fù)合纖維的一種。復(fù)合纖維根據(jù)兩種組分相互間的位置關(guān)系分為皮芯型、并列型和共混纖維型等。

       再生蛋白質(zhì)液與粘膠的物理化學(xué)性質(zhì)不同，特別是它們的粘度相差很大，由于兩種高聚物結(jié)構(gòu)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(jīng)酸浴凝固形成時，蛋白質(zhì)主要分布在纖維的表面，該纖維屬于皮芯型結(jié)構(gòu)。它集蛋白纖維和再生纖維素纖維優(yōu)點(diǎn)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*、*、*、*、*、天冬氨酸、*等)，同時具有*的護(hù)膚保健功能。
　　
　　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
　　
　　2.2再生動物毛蛋白纖維的性能
　　
　　(1)物理機(jī)械性能
　　
　　再生動物毛蛋白纖維與其他纖維的物理機(jī)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(jī)械性能比較
　　
　　表2再生動物毛蛋白纖維與其他纖維的物理機(jī)械性能比較
　　
　　由表2可以看出，再生動物毛蛋白纖維的干、濕態(tài)強(qiáng)度均大于常規(guī)羊毛的干、濕態(tài)強(qiáng)度，且濕態(tài)強(qiáng)度大于粘膠纖維。而且纖維中的蛋白質(zhì)含量越大，纖維的斷裂強(qiáng)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(tài)下的各項(xiàng)性能穩(wěn)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(zhì)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(dá)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(zhì)含量的增加而減少，并且遠(yuǎn)小于羊毛、粘膠纖維和蠶絲，因此，該纖維的導(dǎo)電性能好，抗靜電。
　　
　　(2)化學(xué)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(jié)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(jù)資料介紹羊毛用1%硫化鈉在65℃下作用30min，重量損失達(dá)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。
　　
　　3.再生動物毛蛋白纖維的制備
　　
　　現(xiàn)以再生動物毛蛋白/粘膠共混紡絲生產(chǎn)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(chǎn)。
　　
　　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(cè)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(jié)構(gòu)，羊毛的α-螺旋區(qū)除氫鍵外，還有-S-S-橋的存在，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，作適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)改性處理，使蛋白質(zhì)上產(chǎn)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(zhì).
　　
　　蛋白質(zhì)與多肽間沒有明顯的界限，蛋白質(zhì)是分子量大的肽，經(jīng)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(dá)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(biāo)(纖維素9%，游離堿含量4.3%)，因?yàn)樗獾鞍踪|(zhì)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(zhì)，經(jīng)多次試驗(yàn)，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1：8；溫度70～80℃；反應(yīng)時間10～15min。
　　
　　(2)再生動物毛蛋白纖維的生產(chǎn)
　　
　　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(tài)混合→過濾→計(jì)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(jìn)行紡絲，并經(jīng)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(zhì)于纖維之中的肽鍵(-CO-NH-)與纖維素中的-OH形成氫鍵，產(chǎn)生較強(qiáng)的分子結(jié)合力，且十分牢固。水解蛋白液中的蛋白質(zhì)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(fù)合纖維并對其性能進(jìn)行測試，經(jīng)反復(fù)多次試驗(yàn)確定，以30∶60∶6∶4zui為合適，制成的蛋白復(fù)合纖維性能非常*，集蛋白質(zhì)纖維和纖維素纖維的優(yōu)點(diǎn)于一身，而且纖維中有多種人體所需的氨基酸，具有*的護(hù)膚保健功能。
　　
　　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(shí)驗(yàn)機(jī))→梳毛機(jī)(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(xì)紗→絡(luò)筒→并線→倍捻→蒸紗→成品機(jī)織紗。
　　
　　(2)棉紡系統(tǒng)工藝流程(棉紡)：
　　
　　原料選配→AS181A型梳棉機(jī)→AS271型并條機(jī)→(兩道)→FA401型粗紗機(jī)→AS511A型細(xì)紗機(jī)→1332M型絡(luò)筒機(jī)。
　　
　　根據(jù)對兩種纖維混紡紗測試的結(jié)果看，再生動物毛蛋白纖維在棉紡系統(tǒng)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(xiàn)出良好的性能特征，性能測試表明，利用設(shè)計(jì)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(qiáng)力較低，紗線不勻率增大，但毛羽指數(shù)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(xiàng)性能都較優(yōu)。
　　
　　4.2織造工藝
　　
　　織造工藝流程
　　
　　織造工藝流程
　　
　　再生動物毛蛋白纖維面料，具有較高的斷裂強(qiáng)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*風(fēng)格。再生動物毛蛋白纖維面料有望成為時裝、內(nèi)衣等的時尚面料，具有良好的開發(fā)前景。
　　
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