生意社4月20日訊 再生動物毛蛋白纖維性能良好，具有良好的開發前景。文章介紹了再生動物毛蛋白纖維的形態結構、組成與性能、纖維製備和紡織加工工藝。
蛋白質纖維可分為天然蛋白質纖維(如羊毛、羊絨等動物毛、羽毛和蠶絲等)和再生蛋白質纖維兩大類。後者按原料來源又有再生植物蛋白質纖維(如從大豆、花生、油菜籽、玉米等穀物中提取蛋白質紡制的纖維)和再生動物蛋白質纖維(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纖維或廢棄蛋白質中提取蛋白質紡制的纖維)。
天然蛋白質纖維雖有許多優良的特性，其紡織品也深受廣大消費者的青睞。但價格較高，而且數量有限，約佔纖維總量的5%，難以滿足現有生產的需求，故需要開發出新型的再生蛋白質纖維。在此情況下，浙江紹興文理學院奚柏君等人經過多年的艱苦努力，精心研究，利用豬毛、羊毛下腳料等不可紡蛋白質纖維或廢棄蛋白質材料成功研製了幾個系列的再生蛋白質纖維。該纖維性能良好，原料來源廣泛，且利用了某些廢棄材料(如舊的毛料服裝、舊毛衣等)，有利於環境保護，用這種再生動物毛蛋白纖維製成的紡織品手感豐滿，性能優良，價格遠低於同類羊毛面料，具有較大的經濟效益和市場競爭力。
1.再生動物毛蛋白纖維的形態結構
纖維的結構包括形態結構和聚集態結構。形態結構又可分為橫截面形態和縱向表面形態，橫截面形態反映的是纖維的橫截面形狀和纖維內部空隙的數目、大小及分布，縱向表面形態反映的是纖維表面的光滑和粗糙情況。聚集態結構包括晶態結構、非晶態結構和取向度，它是決定纖維力學性能的主要因素。圖1所示為由天津工業大學王建坤先生研究的再生動物毛蛋白與粘膠共混紡絲製取的再生動物毛蛋白纖維的形態結構電鏡圖，由圖可以看出，該纖維的橫截面形態呈不規則的鋸齒形，而且隨著蛋白質含量的增加，纖維中的縫隙孔洞數量越多，且體積越大，還存在著一些球星氣泡。纖維的縱向表面較光滑，但隨著蛋白質含量的增加，表面光滑度下降，蛋白質含量過高時，纖維表面粗糙。
由於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製得，因此該纖維是由蛋白質和纖維素共同構成，它具有兩種聚合物的特性，屬於複合纖維的一種。複合纖維根據兩種組分相互間的位置關係分為皮芯型、並列型和共混纖維型等。再生蛋白質液與粘膠的物理化學性質不同，特別是它們的粘度相差很大，由於兩種高聚物結構差異較大，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酸浴凝固形成時，蛋白質主要分布在纖維的表面，該纖維屬於皮芯型結構。它集蛋白纖維和再生纖維素纖維優點於一身，具有良好的吸溼透氣性和較好的斷裂伸長率。纖維中有多種人體所需的胺基酸(如甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、穀氨酸、精氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等)，同時具有獨特的護膚保健功能。
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)物理機械性能
再生動物毛蛋白纖維與其他纖維的物理機械性能比較列於表2中。
表2再生動物毛蛋白纖維與其他纖維的物理機械性能比較
表2再生動物毛蛋白纖維與其他纖維的物理機械性能比較
由表2可以看出，再生動物毛蛋白纖維的幹、溼態強度均大於常規羊毛的幹、溼態強度，且溼態強度大於粘膠纖維。而且纖維中的蛋白質含量越大，纖維的斷裂強度越小；再生動物毛蛋白纖維的伸長率大於粘膠纖維，接近於桑蠶絲纖維，且在溼狀態下的各項性能穩定；再生動物毛蛋白纖維的回潮率僅小於羊毛，而且隨著蛋白質含量的增加而變大，故用其製作成服裝後的穿著舒適性和抗靜電性能均可達到羊毛面料的水平；再生動物毛蛋白纖維的體積比電阻隨著蛋白質含量的增加而減少，並且遠小於羊毛、粘膠纖維和蠶絲，因此，該纖維的導電性能好，抗靜電。
(2)化學性能
再生動物毛蛋白纖維具有較好的耐酸、鹼性。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。而纖維在鹼中的溶解是先隨濃度增大而增大，其後卻隨濃度增大而降低，這可能是由於鹼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合，形成分子化合物；也可能隨著鹼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%。而據資料介紹羊毛用1%硫化鈉在65℃下作用30min，重量損失達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製備
現以再生動物毛蛋白/粘膠共混紡絲生產的再生動物毛蛋白纖維為例，介紹再生動物毛蛋白纖維的製備過程。該纖維的製備過程一般包含兩個階段：一是再生動物毛蛋白原液的製備；二是再生動物毛蛋白纖維的生產。
3.1再生動物毛蛋白紡絲原液的製備
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→烘乾稱重→過氧乙酸→水洗→脫水→稀鹼水解→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，胺基酸側鏈上的-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-螺旋的二級結構，羊毛的α-螺旋區除氫鍵外，還有-S-S-橋的存在，根據其結構特點，作適當的結構改性處理，使蛋白質上產生一定的親水性的-COONa和-SO3Na，從而溶解於水中形成水解蛋白質.
蛋白質與多肽間沒有明顯的界限，蛋白質是分子量大的肽，經部分水解時能生成多肽，為了使蛋白液中分子的分子量儘可能達到較大值，且又能溶解在稀鹼水溶液中。同時還需考慮再生粘膠原液的性能指標(纖維素9%，游離鹼含量4.3%)，因為水解蛋白質需要與再生粘膠原液按一定比例混合紡絲。
為了製得水解蛋白質，經多次試驗，得出鹼性水解的條件為：稀鹼(NaOH)液濃度1.0%；羊毛鹼液重量比1：8；溫度70～80℃；反應時間10～15min。
(2)再生動物毛蛋白纖維的生產
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。)靜態混合→過濾→計量紡絲→塑化牽伸→切斷→脫硫→漂白→酸洗→上油(氨皂洗)→脫水→烘乾。
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行紡絲，並經過後處理加工製成理想的再生動物毛蛋白纖維，這樣蛋白質於纖維之中的肽鍵(-CO-NH-)與纖維素中的-OH形成氫鍵，產生較強的分子結合力，且十分牢固。水解蛋白液中的蛋白質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，分別製成複合纖維並對其性能進行測試，經反覆多次試驗確定，以30∶60∶6∶4最為合適，製成的蛋白複合纖維性能非常優越，集蛋白質纖維和纖維素纖維的優點於一身，而且纖維中有多種人體所需的胺基酸，具有獨特的護膚保健功能。
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)：
毛條製造：和毛加油(實驗機)→梳毛機(小型)→頭道並條→二道並條→三道並條(小型棉紡並條)→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→細紗→絡筒→併線→倍捻→蒸紗→成品機織紗。
(2)棉紡系統工藝流程(棉紡)：
原料選配→AS181A型梳棉機→AS271型並條機→(兩道)→FA401型粗紗機→AS511A型細紗機→1332M型絡筒機。
根據對兩種纖維混紡紗測試的結果看，再生動物毛蛋白纖維在棉紡系統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徵，紗線在各方面都表現出良好的性能特徵，性能測試表明，利用設計的紡紗工藝，再生動物毛蛋白纖維含量較少或過多時，混紡紗強力較低，紗線不勻率增大，但毛羽指數較低。再生動物毛蛋白纖維/棉混比為60/40左右時紗線的各項性能都較優。
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，獲得了新型面料的獨特風格。再生動物毛蛋白纖維面料有望成為高檔時裝、內衣等的時尚面料，具有良好的開發前景。
參考文獻：
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