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纺织新科/园地第24期/蛹蛋白丝 |
蛹蛋白丝
摘自；刘忠 宋渊（宜宾丝丽雅集团公司）‘蛹蛋白的制造与应用’
原载；《21世纪信息技术生态纺织品国际研讨会》论文集p253
1 前言 宜宾丝丽雅集团公司是一个生产维卡纤维(粘胶长丝)为主的大型现代化企业，公司始建于1984年9月本着"面向国际竞争，科学创新，经营增效，发展图强"的发展战略和"更高、更细、更美"的文化理念，经过多次的技术改造，现已形成年生产粘胶长丝24000吨，棉浆粕35000吨和绣花线4000吨的生产能力，在此基础上，公司极为重视产品升级和新产品的研制开发，逐年加大在科研上的投资力度，丝丽雅产品稳固地占据了中国国内市场，并且出口美、韩、日、巴基斯坦、埃及等十几个国家和地区，赢得了良好声誉，同时丝丽雅各种新产品也引起了同行业的关注。这里特别要介绍的是目前在市场上具有极好发展前景的纯天然的舒适型绿色纺织原料蛹蛋白丝。
蛹蛋白丝是综合利用高分子改性技术、化纤纺丝技术、生物工程技术将蚕蛹蛋白经特有的生产工艺配制成纺丝液，再同粘胶按比例共混纺丝，在特定的条件下形成的具有稳定皮芯结构的蛋白纤维，由于蛹蛋白液与粘胶的物理化学性质不同，使蚕蛹蛋白主要聚集在纤维表面。从蛹蛋白丝织物的测试分析来看，蛹蛋白丝集真丝和粘胶人造丝优点与一身，具有舒适性、亲肤性、染色鲜艳、悬垂性好等优点，其织物光泽柔和，手感滑爽，透湿、透气性好，作为纺织原料，其具有很好的织造性能和服用性能。
2 蛹蛋白丝生产简介
2·1纺丝用蚕蛹蛋白的制造
蛹蛋白丝生产状况的好坏关键在于蚕蛹蛋白的提纯，首先对蚕蛹进行挑选，筛去死蚕、僵蚕和腐烂变质的蚕蛹，及时烘干，立即脱脂和温水洗漂，待蚕蛹完全溶胀以后再进行粉碎磨细和蛋白抽提，然后过滤、脱色、脱臭、漂洗、过滤、干燥，提取的蛋白质蛋白含量要高，才能达到纺丝要求。
2·2蛹蛋白丝的基本生产原理
A、两种聚合物混合纺丝的可能性。蛹酪素(PC)是从蚕蛹中提纯的蛋白，含有18种氨基酸，分子量约为1-20万，溶于稀碱溶液，其溶液粘度稳定。粘胶中纤维素的分子量约为5-7万。从分子结构上所具有的功能看PC具有-COOH、-NH、-OH；纤维素有-OH，它们都是亲水基团，因而PC和纤维素两种高聚物有条件共混，达到共聚物改性的目的。
B、将两种高聚物组分混合，借助粘胶人造丝设备进行湿法纺丝。由于两种结构差异大的高聚物，无论怎样混合，两种高聚物之间界面的作用力较薄弱，在凝固和拉伸过程中，粘度小的容易跑在纤维的外层。PC溶液的粘度较粘胶的粘度小得多，故纤维成形时，蛋白质能富集在纤维的表面。
C、粘胶的主要成分是纤维素黄酸酯，氢氧化钠和水，当粘胶离开喷头进入凝固浴以后，纤维素黄酸酷的凝固和进一步分解立刻发生。C6H9O4\S-O-C-S→Na+H2S04＝NaHSO4+CS2+C6H10O5
粘胶的凝固和纤维素黄酸酯的分解度与凝固浴中的H+浓度有关，根据双扩散理论和皮芯结构形成机理，为了增加皮层厚度，获得结构均匀的纤维，提高纤维的物理机械性能，需要控制凝固浴各组分的比例。适当控制硫酸的离解度改善凝固和再生反应过程。丝束的冻胶溶解度较低，容易形成结构较为紧密的纤维，成形过程中的丝束能经受较大的拉伸，使纤维素大分子有较大的取向度。凝固浴中的硫酸锌与纤维素黄酸酯作用生成纤维素黄酸锌。纤维素黄酸锌在凝固浴中分解速度要比纤维素黄酸钠慢得多，粘胶细流的凝固再生较缓和，在通过强烈拉伸后再完全分解，使制得的纤维强伸度较好。同时较多的纤维素黄酸锌存在，使纤维素成为均匀的微晶结构，有利于提高纤维素的断裂强度、伸度和勾结强度。
E、醛化反应，可以在纤维素分子之间，氨基酸分子之间，亦可在纤维素和氨基酸分子之间进行，在大分子间形成分子间的交联。通过交联反应使蛋白质牢固结合在纤维素上。
2.3 蛹蛋白丝生产工艺流程
粘胶→纺丝→醛化→耐热性→压洗→烘干→丝饼→蛹蛋白纺丝液
3 蛹蛋白丝及其织物性能介绍
3·1蛹蛋白丝的基本形态。蛹蛋白丝成金黄色，纤维表面富含18种氨基酸。这种蛋白纤维是由两种物质构成具有两种聚合物的特性，属于复合纤维中的一种。两种组分在纤维横截面上的配置类型(复合纤维，根据两种组分在纤维横截面上的配置的不同，可分为皮芯型、并列型、海岛型和裂片型等)，从理论上来分析，由于蛹蛋白液与粘胶的物理化学性质的不同，特别是它们的粘度相差很大(用落球法测定，蛋白液粘度小于
1秒而粘胶粘度约为35秒左右)，使蛋白液与粘胶的混合纺丝液经酸浴凝固成形时，蛋白质主要分布于纤维的表面，因此蛹蛋白丝属于皮芯型。纤维切片经显微镜下观察，纤维素成白色略显浅蓝，在纤维切面的中间，而蛋白质成蓝色，在纤维切面的外围，整个切面形成皮芯层结构。
以下几张图片是蛹蛋白丝经考玛斯亮蓝R-250染色后，纤维切片的照片。图A为蛹蛋白丝30支/50F (做切片时采用水分散，区分效果更明显，显微镜放大400倍)，图B为蛹蛋白丝30支/50F(甘油分散，显微镜放大400倍)，
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图A |
图B |
3.2蛹蛋白丝与其它天然纤维物理机械性能比较
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纤维名称 |
蛹蛋白丝 |
蚕丝 |
羊毛 |
棉花 |
粘胶长丝 |
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比重(克/厘米2） |
l.49 |
l.37 |
1.28-1.33 |
1.47-1.55 |
1.50-1.52 |
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断裂强度 (cN/dTex) |
干态 |
1.6-1.8 |
2.65-3.53 |
0.92-156 |
1.84-3.21 |
1.56-2.11 |
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湿态 |
0.8-0.92 |
-- |
0.70-1.50 |
-- |
0.73-0.92 |
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断裂 伸长(%) |
干态 |
18-22 |
15-25 |
25-35 |
7-12 |
16-22 |
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湿态 |
25-28.5 |
-- |
25-50 |
-- |
21-29 |
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吸湿率(%) |
11-12.5 |
8-10 |
l6 |
7-9.5 |
12-14 |
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初始模量(cN/dTex |
30-55 |
44-88 |
10.1-22.96 |
62.5-85.4 |
27.6-64.3 |
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回弹率(%) |
95.1(伸长 3%时) |
60-70(伸长5%时) |
99(伸长2% 时） |
74（伸长2%时） |
55-80(伸长3%时） |
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相对湿强度(%) |
48-53 |
70 |
76-96 |
102-110 |
45-55 |
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相对钩结强度(%) |
-- |
60-80 |
80 |
70 |
30-65 |
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相对打结强度(%) |
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80-85 |
85 |
90-100 |
45-60 |
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耐热性 |
240-250℃开 始变色，300℃变深黄 |
235℃分解 270-465℃燃烧 |
100℃开始变黄，130℃分解，300℃炭化 |
不软化，不熔融，在120℃下5小时发黄15O℃分解 |
不软化，不熔融，260- 300℃开始变色分解 |
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耐日光性(60小时日晒强力下降)% |
5.9 |
-- |
-- |
-- |
-- |
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耐酸性(0.5%盐酸强力下降)% |
2.9 |
-- |
-- |
-- |
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耐碱性(2%氢氧化钠 强力下降)% |
9.3 |
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耐双氧水强度(5%双 氧水强力下降)% |
3.5 |
0 |
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