大豆蛋白纤维性能探讨

张毅(天津工业大学，天津，300160)

原载:<纺织学报>2003/2 p103-105

摘要:对两种不同单体的大豆蛋白纤维性能进行剖析。从形态结构、大豆蛋白含量以及各项基本性能进行对比，探寻大豆蛋白纤维的可加工性及开发利用的看法和建议。

关键词:大豆蛋白纤维 形态结构 基本性能 成分分析

中图法分类号:TS I02.512 文献标识码;A

大豆蛋白纤维是一种新的纤维，它集天然纤维和化学纤维的众多优点。它以其丝绸般的手感和光泽，赢得纺织界的重视。现对大豆蛋白纤维的基本性能、形态结构和成分进行初步研究。

1 实验

1·1原料样品

样品取自河南产黄色腈纶基大豆蛋白纤维和黄色、白色维纶基大豆蛋白纤维。

1·2基本性能的测定

纤维纤度采用中段切断法测定;平衡回潮率采用人工小气候、日本岛津万分之一电子天平和YG747快速通风式八篮烘箱测定;断裂强度和伸长的测定在YG00lA型单纤维电子强力机上进行，预张力200mg，下降速度5mm/min;含油率采用乙醚萃取方法完成;纤维摩擦系数在自制纤维摩擦系数测定仪上进行;纤维质量比电阻采用YG321型纤维比电阻仪进行测定。形态结构测定采用KY2800扫描电子显微镜SEM对试样的横纵向进行观察拍照。纤维组分分析采用化学试剂法将组成纤维的各种物质进行分离、定量。

2 结果与分析

2·1纤维组分的剖析

无论哪一种基体的大豆蛋白纤维，都体现出基体对化学试剂的反应特性。因此推断在大豆蛋白纤维中分别有基体和大豆蛋白两种物质。对此采用溶解法，选用不同的化学试剂将基体进行溶解，分离溶解液，溶解液中的蛋白质物质形成腐乳状聚集，经过滤将基体物质分离出来，观察剩余物质。

在剩余物质中，腈纶基大豆蛋白纤维和白色维纶基大豆蛋白纤维全部剩余为大豆蛋白;黄色维纶基大豆蛋白纤维的剩余物主要为剩余大豆蛋白，同时还剩余少量黄褐色胶粘状物质，我们分析这种物质可能为基体与蛋白质反应所生成的新物质。其成分定量分析结果如表I。

表1 成分含量对比

纤维名称	成分含量
	基体	大豆蛋白	新生物质
腈纶基大豆蛋白纤维	50.95	40.09	-
黄色维纶基大豆蛋白纤维	9.45	75.45	9.45
白色维纶基大豆蛋白纤维	29.79	70.21	-

对剩余物质进行了鉴别，其结果是腈纶基大豆蛋白纤维的剩余物质和白色维纶基大豆蛋白纤维的剩余物质对氯化锌碘化学试剂的反应呈偏黄色，体现蛋白质特性;而黄色维纶基大豆蛋白纤维的剩余物中，黄褐色胶粘状物质对氯化锌碘化学试剂的反应呈兰色，仍体现维纶特性，而其余物质对化学试剂的反应呈偏黄色，体现蛋白质特性。说明上述推断是正确的。

2·2纤维形态结构的测定

由扫描电镜摄取的纤维纵、横向电镜照片可见，具有不同基体的大直蛋白纤维，其形态结构有所区别(如图1所示)。

(a)腈纶基大豆蛋白纤维纵向	(b)腈纶基大豆蛋白纤维横截面
(c)黄色维纶基大豆蛋白纤维纵向	(d)黄色维纶基大豆蛋白纤维横截面
(e)白色维纶基大豆蛋白纤维纵向	(f)白色维纶基大豆蛋白纤维横截面
图l 不同基体的大豆蛋白纤维形态结构

从总体上看，大豆蛋白纤维的纵向均有不规则的纵向条纹和不连续的细微裂缝。而从个体上看，腈纶单体大豆蛋白纤维的横截面近似豆瓣状，结构较紧密、均匀，含有一定量的微小空洞和缝隙;黄色维纶单体大豆蛋白纤维的横截面近似圆形，有表皮层，表皮层薄而结构较为紧密，芯层结构松散、不匀，含有多而大小不一的空洞和缝隙;白色维纶单体大豆蛋白纤维的横截面近似多边形，结构较黄色维纶单体大豆蛋白纤维紧密，但仍存在一定不匀，含有一定量的空洞和缝隙。

3 大豆蛋白纤维的基本性能

从不同基体的大豆蛋白纤维基本性能对比表2中不难看出，大豆蛋白纤维具有丝般的光泽、细度，还具有适度的含油率和摩擦特性;它的手感柔软，但由于△μ腈＞△μ白维＞△μ黄维,使之腈纶基大豆蛋白纤维的柔软性优于白色维纶基大豆蛋白纤维，而白色维纶基大豆蛋白纤维的柔软性优于黄色维纶基大豆蛋白纤维;不同基体的大豆蛋白纤维还具有

较好的抗静电性。

表2 大豆蛋白纤维基本性能对比

项目	腈纶基	黄色维纶基	白色维纶基
光泽 细度(D) 含油率(%) 动摩擦系数μd cv(%) 静摩擦系数μs cv(%) △μ=μs-μd 质量比电阻(Ω·g/cm^2)	优 0.84 1.14 0.5970 10.62 0.4552 15.28 -0.1418 2.23×10^8	优 1.03 0.43 0.3162 12.9 0.2677 21.2 -0.0485 1.30×10^8	优 0.72 0.22 0.4847 14.02 0.3945 16.29 -0.0902 1.76×10^8

对不同基体的大豆蛋白纤维的负荷-伸长曲线进行分析，性能对比如表3所示。可以看出大豆蛋白纤维均具有良好的强度，但初始模量较小，因此可变形性大，弹性小。

表3 大豆蛋白纤维基本性能对比

项目	睛纶基	黄色维纶基	白色维纶基
断裂强度(cN/dtex) CV(%) 断裂伸长率(%) CV(%) 初始模量(cN/dtex)	5.68 16.09 16.30 13.03 320.47	3.44 14.8 14.50 16.1 434.88	4.46 16.12 24.40 25.79 621.88

通过对比不同体的大豆白纤维的受力变化过程(如图2所示), 发现三种纤维的起始段均为直线，而且斜率很大, 这主要表现着基体的特性;在屈曲段，黄色维纶基大豆蛋白纤维表现不同于其它种类纤维，曲线具有明显的波动，这种现象主要是由新生物质引起;而平滑曲线则表现大豆蛋白的受力变化。这对前面纤维组分剖析所得出的结论给予了进一步证实。从受力均匀、曲线光滑这一点来看，腈纶基大豆蛋白纤维优于白色维纶基大豆蛋白纤维，而白色维纶基大豆蛋白纤维又优于黄色维纶基大豆蛋白纤维。就这一结果与前面所论述形态结构得出的结论相符合。

(a)腈纶基大豆蛋白纤维负荷-伸长曲线	(b)白色维纶基大豆蛋白纤维负荷-伸长曲线	(c)黄色维纶基大豆蛋白纤维负荷-伸长曲线
图2 不同基体的大豆蛋白纤维的负荷-伸长曲线

与天然纤维相比，不同基体的大豆蛋白纤维总体表现平衡回潮率偏低，其结果如表4所示。

表4 大豆蛋白纤维基本性能对比

项目	腈纶基	黄色维纶基	白色维纶基
标准回潮率(%)	6.50	5.45	6.64

从不同基体的大豆蛋白纤维吸湿等温曲线看(见图3)，腈纶基大豆蛋白纤维的吸湿性优于维纶基大豆蛋白纤维，可能是由不同基体以及维纶基缩甲醛所带来的负面作用，这将会影响大豆蛋白纤维产品的服用性能。

腈纶基大豆蛋白纤维	黄色维纶基大豆蛋白纤维	白色维纶基大豆蛋白纤维
图3 不同基体的大豆蛋白纤维吸湿等温曲线

3 结论

1·大豆蛋白纤维的细度和强度可与天然丝媲美，同时具有适度的含油率、摩擦特性和优良的抗静电性，使大豆蛋白纤维具备了可纺性。

2·大豆蛋白纤维的可变形能力、结构均匀性、吸湿特性有待于改善，使更具有良好的服用性。

3·从形态结构以及综合性能看，腈纶基大豆蛋白纤维具有更好的可利用性;从绿色生态性角度看，维纶基大豆蛋白纤维因必经甲醛化处理，而难于胜任绿色纺织品之美名。

4·大豆蛋白纤维具有丝般的光泽，由微细的纵向条纹、微细裂缝和内部的空洞、缝隙而导致的散湿性以及异形截面，更适宜加工针织用纱，用于内衣仿丝产品的开发。