蚕蛹蛋白改性粘胶纤维基本性能探究

孟　凯　刘　丞　王　凯　索依拉　马艳丽　韩　冰

蚕蛹蛋白改性粘胶纤维基本性能探究

孟凯刘丞王凯索依拉马艳丽韩冰

（山东省产品质量检验研究院山东济南250102）

作为再生纤维的蚕蛹蛋白纤维，可以充分满足当今社会所提出的资源保护要求。文章围绕此类纤维展开研究，介绍其制作方法及优势，说明其所具有的表面性能，并针对此类纤维所具有的物化性能进行探究，内容主要涉及摩擦性能、力学性能以及耐碱性能等方面。

粘胶纤维；蚕蛹蛋白；物化性能

蚕蛹蛋白改性粘胶纤维的制作过程，创造性地加入了蚕蛹蛋白液，与常规粘胶纤维相比，此类纤维不仅继承了粘胶纤维在吸湿性方面所具有的优势，还可表现出和真丝相近的飘逸感及柔软感。对此类纤维的化学及物理性能进行深入研究，可为日后产品加工与使用提供参考，有助于使其得到更加广泛且高效的应用。

1 蚕蛹蛋白改性粘胶纤维介绍

在节能环保成为主流思想的大环境下，绿色产品观念深入人心，纤维行业的发展方向逐渐向生物分解纤维靠拢，其中，最具代表性的产物即为蚕蛹蛋白纤维。首先要明确一点，蚕蛹蛋白纤维是指先利用提取所得蚕蛹蛋白制作蛋白液，再将粘胶液、蛋白液进行充分混合，最后通过现有纺丝工艺进行制作所得的纤维。此类纤维的皮芯结构较为特殊，纤维外层覆有蛋白质，这也是此类纤维兼具理想舒适性和亲肤性的原因。蚕蛹蛋白纤维的强度和回潮率较高，手感良好且伸长率适中，另外，纤维素、蚕蛹蛋白的加入，使粘胶纤维所含羟基、氨基数量大幅增加，其吸湿性自然有所改善，加之羟基、氨基均能够与阳离子、阴离子燃料充分结合，可确保织物染色均匀且色彩鲜艳[1]。蚕蛹蛋白纤维还具有以下特性：一是保证织物悬垂性、抗皱性和透气性满足消费者诉求；二是此类纤维所含氨基酸具有护肤的功能，无论是亮氨酸、丝氨酸，还是苏氨酸，均可加快人体细胞代谢的速度，使伤口快速愈合；三是丙氨酸能够有效阻隔阳光辐射，缓解皮肤瘙痒等症状。由此可见，利用蚕蛹蛋白纤维制作纺织品是大势所趋，对其基本性能进行研究很有必要。

2 蚕蛹蛋白改性粘胶纤维表面性能说明

从纵向上来看，大豆蛋白纤维、常规粘胶纤维平直且光滑，而蚕蛹蛋白纤维存在大量凸起，各凸起点的大小并不统一。三者表面均存在与纤维轴向平行的沟槽，正是由于沟槽的存在，才使纤维具备了良好的导湿性及吸湿性。另外，沟槽所产生的影响还体现在以下方面：其一，沟槽为水分子提供了快速进入纤维的通道；其二，沟槽使纤维比表面积有所增大；其三，在成纱环节，沟槽的存在使纤维既有抱合力有所增加；其四，沟槽对织物性能产生影响，主要是使织物更加透气且舒适。对纤维横截面进行分析可知，三者的截面均为锯齿形，而出现这一情况的原因，主要是生产上述纤维所运用的纺丝工艺大致相同。

3 蚕蛹蛋白改性粘胶纤维主要性能分析

3.1 摩擦性能

对纤维而言，摩擦性能指的是纤维和纤维或其他物质在接触过程中所发生的运动行为。研究表明，适当摩擦可对纤维后加工产生积极影响。考虑到纺纱过程要求纱线具备一定强度，要想使纱线强度达到相关要求，关键是要保证纤维间存在理想摩擦力。但要注意一点，摩擦力过大将给纺纱造成负面影响，这是因为纤维摩擦会有静电产生，静电量与摩擦力的关系为正相关，若静电量超过允许上限，通常会出现大量纤维缠绕在罗拉、皮辊上的情况，纺纱效率必然会被影响。

通过实验可知，无论是橡胶和纤维、金属和纤维，还是纤维和纤维间，大豆蛋白纤维、常规粘胶纤维和蚕蛹蛋白纤维三种纤维所表现出的静摩擦系数均较动摩擦系数更大。在橡胶和纤维摩擦的状态下，三者静摩擦系数、动摩擦系数普遍较大，金属和纤维摩擦次之，纤维和纤维摩擦再次之。另外，用纤维和纤维摩擦时，蚕蛹蛋白纤维所表现出摩擦系数较常规粘胶纤维略大，而在金属和纤维摩擦时，蚕蛹蛋白纤维对应摩擦系数有所减小，通常不会超过常规粘胶纤维相关数值，但二者的差异较小[2]。由此可证，利用蚕蛹蛋白纤维开展纺纱工作，极易由于纤维抱合力不理想，导致纱线质量无法达到预期，有关人员可加入适量抗滑油剂，以此来保证纱线质量可达到织物生产要求。

3.2 力学性能

无论是在前期纺纱和织布还是在后期使用纺织品的过程中，纺织纤维均要承受外界所施加的作用力，要想实现纺织品的使用价值，关键是要保证纺织纤维具备较强抵抗外力的性能，其中，最应当引起重视的性质为力学性质。以大豆蛋白纤维、常规粘胶纤维为参照物，对蚕蛹蛋白纤维相关性能进行研究，结合应力松弛性能以及强伸性能，对其力学性质加以判断，研究所得结论如下。

首先，处于干态拉伸状态下，蚕蛹蛋白纤维所表现出的断裂强度较常规粘胶纤维略低，但处于湿态拉伸状态时，无论是蚕蛹蛋白纤维还是大豆蛋白纤维，其断裂强度均较常规粘胶纤维更大，由此可证，随着蚕蛹蛋白的加入，粘胶纤维所存在的湿强低问题可得到有效解决。虽然蚕蛹蛋白纤维在断裂伸长率方面的表现十分突出，但其初始模量较其他纤维更低，这表明利用蚕蛹蛋白纤维所加工织物的尺寸稳定性往往难以得到保证。其次，在钩接以及结节拉伸环节，蚕蛹蛋白纤维和大豆蛋白纤维在断裂强度方面无明显差异，二者均未达到常规粘胶纤维水平，这表明由蚕蛹蛋白纤维所制成织物在抗弯性方面的表现并不理想，未来应加大相关课题的研究力度，使织物质量得到更进一步的提升。最后，纤维松弛强力与应变值的关系为正相关，蚕蛹蛋白纤维所表现出的应力松弛率存在明显降低，由此可推测出相关织物具有较其他纤维所制成织物更为理想的回弹性以及抗皱性。

3.3 电学性能

纤维成纱情况、织物质量均会受到其电学性质的影响，在开展成纱作业时，纤维和机器、纤维和纤维间反复摩擦，普遍有大量静电产生，进而导致加工难度及失误率提升，另外，纤维电学性质还会对纺织品舒适度产生影响。

3.4 化学性能

3.4.1 耐碱性能

纤维蛋白质的酸性基团、碱性基团含量极大，加之蛋白质结构同时具有酸性性质和碱性性质，受碱的影响，蛋白质既有盐式键依次断开，为氨基酸水解创造了条件。在室温环境中，若碱浓度偏低，其给蛋白质结构所造成的影响往往可以忽略不计，另外，考虑到纤维素对碱的耐受性良好，一般情况下，纤维强度和质量均不会受到明显影响。如果延长处理时间或提高碱的浓度，纤维将出现蛋白质结构被破坏、纤维结晶区持续减少等情况，其力学性能也会有所下降，这点需要有关人员引起重视。

3.4.2 耐酸性能

对蚕蛹蛋白纤维进行制备时，有关人员往往会借助现有纺丝技术，确保纤维表面有大量蛋白质富集，加之蛋白质对酸的耐受性良好，在常温状态下，利用浓度80％的硫酸溶液对蚕蛹蛋白纤维进行短时处理，通常不会给其内部结构造成损伤，而稀硫酸对蛋白质所造成的影响更为缓和，即便将蚕蛹蛋白纤维置于煮沸的稀硫酸中，其内部结构仍然十分稳定。若增加溶液浓度或提高处理温度，将使纤维出现吸湿膨润的现象，此时，酸对纤维素造成的影响更为剧烈，随着苷键水解，其分子间所存在的作用力持续减弱，纤维强度将明显下降，甚至会出现纤维解体的情况。

3.5 吸湿性能

纺织纤维可吸收外界空气所含水分及水溶液所含水分。吸湿性能对纤维产生的影响涉及多个方面，包括但不限于纤维密度、质量和织物缩水性。研究表明，纤维吸放湿的过程为动态平衡过程，若纤维所吸收水分较其放出水分略大，则说明纤维处于吸湿状态；反之，如果纤维所放出水分超过其吸收的水分，说明其处于放湿状态；若纤维吸放湿水分大致相同，可判断其处于吸放湿平衡的状态。不同纤维所具有的吸湿速率往往存在明显差异，纤维产品质量极易被纤维吸湿速率所影响。出于对纤维吸放湿过程进行深入研究的考虑，根据纤维特性建立回归方程如下：

在该方程中，代表吸放湿速率，代表扩散系数，代表平衡回潮率和初始回潮率的差，代表时间。研究结果表明，无论是吸湿过程，还是放湿过程，三种纤维的速率均呈指数降低。出现上述情况的原因主要是在吸湿、放湿过程中，纤维内部含水量将逐渐向外界含水量靠拢。

通过研究可得，在吸湿状态下，蚕蛹蛋白纤维初始吸湿速率较大豆蛋白纤维略小，但较常规粘胶纤维更大。随着吸湿反应时间的延长，蚕蛹蛋白纤维所表现出的吸湿速率将逐渐低于常规粘胶纤维，但较大豆蛋白纤维略大。在反应进行到180 min左右时，三者的吸湿速率均降至0，此时，上述纤维处于吸湿平衡的状态。而在放湿状态下，放湿速率由小到大依次为蚕蛹蛋白纤维、大豆蛋白纤维、常规粘胶纤维。

4 结论

本文对蚕蛹蛋白纤维的吸湿性、悬垂性等方面性能进行研究，通过对比大豆蛋白纤维、蚕蛹蛋白纤维和常规粘胶纤维既有性能，并对纤维性能与其内部结构的关联进行分析，随后，围绕蚕蛹蛋白纤维所具有的可纺性展开讨论，得出随吸湿反应时间的延长，经蚕蛹蛋白改性的粘胶纤维吸湿速率逐渐低于常规粘胶纤维的观点，同时得到蚕蛹蛋白具有较为理想的回弹性能和抗皱性能，以期为相关产品的研发提供参考。

[1]黎重阳,谢盛莉,马良,等.典型化学加工条件对不溶性蚕蛹蛋白凝胶特性影响[J].食品与发酵工业,2021,47(2):121-129.

[2]季晓娇,闫文杰,张婧婕,等.蚕蛹蛋白制备应用与功能特性的研究进展[J].食品与发酵工业,2019,45(18):277-283.

[3]牛明福,陈金帅,李桃月,等.多指标评价酶解蚕蛹蛋白产物的抗氧化活性[J].食品研究与开发,2019,40(13):105-109.

TS102.6

A

2095-1205(2021)10-10-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2021.10.05