蠶蛹蛋白改性粘膠纖維基本性能探究

孟　凱　劉　丞　王　凱　索依拉　馬艷麗　韓　冰

蠶蛹蛋白改性粘膠纖維基本性能探究

孟凱劉丞王凱索依拉馬艷麗韓冰

（山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院山東濟南250102）

作為再生纖維的蠶蛹蛋白纖維，可以充分滿足當今社會所提出的資源保護要求。文章圍繞此類纖維展開研究，介紹其制作方法及優(yōu)勢，說明其所具有的表面性能，并針對此類纖維所具有的物化性能進行探究，內(nèi)容主要涉及摩擦性能、力學性能以及耐堿性能等方面。

粘膠纖維；蠶蛹蛋白；物化性能

蠶蛹蛋白改性粘膠纖維的制作過程，創(chuàng)造性地加入了蠶蛹蛋白液，與常規(guī)粘膠纖維相比，此類纖維不僅繼承了粘膠纖維在吸濕性方面所具有的優(yōu)勢，還可表現(xiàn)出和真絲相近的飄逸感及柔軟感。對此類纖維的化學及物理性能進行深入研究，可為日后產(chǎn)品加工與使用提供參考，有助于使其得到更加廣泛且高效的應用。

1 蠶蛹蛋白改性粘膠纖維介紹

在節(jié)能環(huán)保成為主流思想的大環(huán)境下，綠色產(chǎn)品觀念深入人心，纖維行業(yè)的發(fā)展方向逐漸向生物分解纖維靠攏，其中，最具代表性的產(chǎn)物即為蠶蛹蛋白纖維。首先要明確一點，蠶蛹蛋白纖維是指先利用提取所得蠶蛹蛋白制作蛋白液，再將粘膠液、蛋白液進行充分混合，最后通過現(xiàn)有紡絲工藝進行制作所得的纖維。此類纖維的皮芯結構較為特殊，纖維外層覆有蛋白質(zhì)，這也是此類纖維兼具理想舒適性和親膚性的原因。蠶蛹蛋白纖維的強度和回潮率較高，手感良好且伸長率適中，另外，纖維素、蠶蛹蛋白的加入，使粘膠纖維所含羥基、氨基數(shù)量大幅增加，其吸濕性自然有所改善，加之羥基、氨基均能夠與陽離子、陰離子燃料充分結合，可確保織物染色均勻且色彩鮮艷[1]。蠶蛹蛋白纖維還具有以下特性：一是保證織物懸垂性、抗皺性和透氣性滿足消費者訴求；二是此類纖維所含氨基酸具有護膚的功能，無論是亮氨酸、絲氨酸，還是蘇氨酸，均可加快人體細胞代謝的速度，使傷口快速愈合；三是丙氨酸能夠有效阻隔陽光輻射，緩解皮膚瘙癢等癥狀。由此可見，利用蠶蛹蛋白纖維制作紡織品是大勢所趨，對其基本性能進行研究很有必要。

2 蠶蛹蛋白改性粘膠纖維表面性能說明

從縱向上來看，大豆蛋白纖維、常規(guī)粘膠纖維平直且光滑，而蠶蛹蛋白纖維存在大量凸起，各凸起點的大小并不統(tǒng)一。三者表面均存在與纖維軸向平行的溝槽，正是由于溝槽的存在，才使纖維具備了良好的導濕性及吸濕性。另外，溝槽所產(chǎn)生的影響還體現(xiàn)在以下方面：其一，溝槽為水分子提供了快速進入纖維的通道；其二，溝槽使纖維比表面積有所增大；其三，在成紗環(huán)節(jié)，溝槽的存在使纖維既有抱合力有所增加；其四，溝槽對織物性能產(chǎn)生影響，主要是使織物更加透氣且舒適。對纖維橫截面進行分析可知，三者的截面均為鋸齒形，而出現(xiàn)這一情況的原因，主要是生產(chǎn)上述纖維所運用的紡絲工藝大致相同。

3 蠶蛹蛋白改性粘膠纖維主要性能分析

3.1 摩擦性能

對纖維而言，摩擦性能指的是纖維和纖維或其他物質(zhì)在接觸過程中所發(fā)生的運動行為。研究表明，適當摩擦可對纖維后加工產(chǎn)生積極影響?？紤]到紡紗過程要求紗線具備一定強度，要想使紗線強度達到相關要求，關鍵是要保證纖維間存在理想摩擦力。但要注意一點，摩擦力過大將給紡紗造成負面影響，這是因為纖維摩擦會有靜電產(chǎn)生，靜電量與摩擦力的關系為正相關，若靜電量超過允許上限，通常會出現(xiàn)大量纖維纏繞在羅拉、皮輥上的情況，紡紗效率必然會被影響。

通過實驗可知，無論是橡膠和纖維、金屬和纖維，還是纖維和纖維間，大豆蛋白纖維、常規(guī)粘膠纖維和蠶蛹蛋白纖維三種纖維所表現(xiàn)出的靜摩擦系數(shù)均較動摩擦系數(shù)更大。在橡膠和纖維摩擦的狀態(tài)下，三者靜摩擦系數(shù)、動摩擦系數(shù)普遍較大，金屬和纖維摩擦次之，纖維和纖維摩擦再次之。另外，用纖維和纖維摩擦時，蠶蛹蛋白纖維所表現(xiàn)出摩擦系數(shù)較常規(guī)粘膠纖維略大，而在金屬和纖維摩擦時，蠶蛹蛋白纖維對應摩擦系數(shù)有所減小，通常不會超過常規(guī)粘膠纖維相關數(shù)值，但二者的差異較小[2]。由此可證，利用蠶蛹蛋白纖維開展紡紗工作，極易由于纖維抱合力不理想，導致紗線質(zhì)量無法達到預期，有關人員可加入適量抗滑油劑，以此來保證紗線質(zhì)量可達到織物生產(chǎn)要求。

3.2 力學性能

無論是在前期紡紗和織布還是在后期使用紡織品的過程中，紡織纖維均要承受外界所施加的作用力，要想實現(xiàn)紡織品的使用價值，關鍵是要保證紡織纖維具備較強抵抗外力的性能，其中，最應當引起重視的性質(zhì)為力學性質(zhì)。以大豆蛋白纖維、常規(guī)粘膠纖維為參照物，對蠶蛹蛋白纖維相關性能進行研究，結合應力松弛性能以及強伸性能，對其力學性質(zhì)加以判斷，研究所得結論如下。

首先，處于干態(tài)拉伸狀態(tài)下，蠶蛹蛋白纖維所表現(xiàn)出的斷裂強度較常規(guī)粘膠纖維略低，但處于濕態(tài)拉伸狀態(tài)時，無論是蠶蛹蛋白纖維還是大豆蛋白纖維，其斷裂強度均較常規(guī)粘膠纖維更大，由此可證，隨著蠶蛹蛋白的加入，粘膠纖維所存在的濕強低問題可得到有效解決。雖然蠶蛹蛋白纖維在斷裂伸長率方面的表現(xiàn)十分突出，但其初始模量較其他纖維更低，這表明利用蠶蛹蛋白纖維所加工織物的尺寸穩(wěn)定性往往難以得到保證。其次，在鉤接以及結節(jié)拉伸環(huán)節(jié)，蠶蛹蛋白纖維和大豆蛋白纖維在斷裂強度方面無明顯差異，二者均未達到常規(guī)粘膠纖維水平，這表明由蠶蛹蛋白纖維所制成織物在抗彎性方面的表現(xiàn)并不理想，未來應加大相關課題的研究力度，使織物質(zhì)量得到更進一步的提升。最后，纖維松弛強力與應變值的關系為正相關，蠶蛹蛋白纖維所表現(xiàn)出的應力松弛率存在明顯降低，由此可推測出相關織物具有較其他纖維所制成織物更為理想的回彈性以及抗皺性。

3.3 電學性能

纖維成紗情況、織物質(zhì)量均會受到其電學性質(zhì)的影響，在開展成紗作業(yè)時，纖維和機器、纖維和纖維間反復摩擦，普遍有大量靜電產(chǎn)生，進而導致加工難度及失誤率提升，另外，纖維電學性質(zhì)還會對紡織品舒適度產(chǎn)生影響。

3.4 化學性能

3.4.1 耐堿性能

纖維蛋白質(zhì)的酸性基團、堿性基團含量極大，加之蛋白質(zhì)結構同時具有酸性性質(zhì)和堿性性質(zhì)，受堿的影響，蛋白質(zhì)既有鹽式鍵依次斷開，為氨基酸水解創(chuàng)造了條件。在室溫環(huán)境中，若堿濃度偏低，其給蛋白質(zhì)結構所造成的影響往往可以忽略不計，另外，考慮到纖維素對堿的耐受性良好，一般情況下，纖維強度和質(zhì)量均不會受到明顯影響。如果延長處理時間或提高堿的濃度，纖維將出現(xiàn)蛋白質(zhì)結構被破壞、纖維結晶區(qū)持續(xù)減少等情況，其力學性能也會有所下降，這點需要有關人員引起重視。

3.4.2 耐酸性能

對蠶蛹蛋白纖維進行制備時，有關人員往往會借助現(xiàn)有紡絲技術，確保纖維表面有大量蛋白質(zhì)富集，加之蛋白質(zhì)對酸的耐受性良好，在常溫狀態(tài)下，利用濃度80％的硫酸溶液對蠶蛹蛋白纖維進行短時處理，通常不會給其內(nèi)部結構造成損傷，而稀硫酸對蛋白質(zhì)所造成的影響更為緩和，即便將蠶蛹蛋白纖維置于煮沸的稀硫酸中，其內(nèi)部結構仍然十分穩(wěn)定。若增加溶液濃度或提高處理溫度，將使纖維出現(xiàn)吸濕膨潤的現(xiàn)象，此時，酸對纖維素造成的影響更為劇烈，隨著苷鍵水解，其分子間所存在的作用力持續(xù)減弱，纖維強度將明顯下降，甚至會出現(xiàn)纖維解體的情況。

3.5 吸濕性能

紡織纖維可吸收外界空氣所含水分及水溶液所含水分。吸濕性能對纖維產(chǎn)生的影響涉及多個方面，包括但不限于纖維密度、質(zhì)量和織物縮水性。研究表明，纖維吸放濕的過程為動態(tài)平衡過程，若纖維所吸收水分較其放出水分略大，則說明纖維處于吸濕狀態(tài)；反之，如果纖維所放出水分超過其吸收的水分，說明其處于放濕狀態(tài)；若纖維吸放濕水分大致相同，可判斷其處于吸放濕平衡的狀態(tài)。不同纖維所具有的吸濕速率往往存在明顯差異，纖維產(chǎn)品質(zhì)量極易被纖維吸濕速率所影響。出于對纖維吸放濕過程進行深入研究的考慮，根據(jù)纖維特性建立回歸方程如下：

在該方程中，代表吸放濕速率，代表擴散系數(shù)，代表平衡回潮率和初始回潮率的差，代表時間。研究結果表明，無論是吸濕過程，還是放濕過程，三種纖維的速率均呈指數(shù)降低。出現(xiàn)上述情況的原因主要是在吸濕、放濕過程中，纖維內(nèi)部含水量將逐漸向外界含水量靠攏。

通過研究可得，在吸濕狀態(tài)下，蠶蛹蛋白纖維初始吸濕速率較大豆蛋白纖維略小，但較常規(guī)粘膠纖維更大。隨著吸濕反應時間的延長，蠶蛹蛋白纖維所表現(xiàn)出的吸濕速率將逐漸低于常規(guī)粘膠纖維，但較大豆蛋白纖維略大。在反應進行到180 min左右時，三者的吸濕速率均降至0，此時，上述纖維處于吸濕平衡的狀態(tài)。而在放濕狀態(tài)下，放濕速率由小到大依次為蠶蛹蛋白纖維、大豆蛋白纖維、常規(guī)粘膠纖維。

4 結論

本文對蠶蛹蛋白纖維的吸濕性、懸垂性等方面性能進行研究，通過對比大豆蛋白纖維、蠶蛹蛋白纖維和常規(guī)粘膠纖維既有性能，并對纖維性能與其內(nèi)部結構的關聯(lián)進行分析，隨后，圍繞蠶蛹蛋白纖維所具有的可紡性展開討論，得出隨吸濕反應時間的延長，經(jīng)蠶蛹蛋白改性的粘膠纖維吸濕速率逐漸低于常規(guī)粘膠纖維的觀點，同時得到蠶蛹蛋白具有較為理想的回彈性能和抗皺性能，以期為相關產(chǎn)品的研發(fā)提供參考。

[1]黎重陽,謝盛莉,馬良,等.典型化學加工條件對不溶性蠶蛹蛋白凝膠特性影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2021,47(2):121-129.

[2]季曉嬌,閆文杰,張婧婕,等.蠶蛹蛋白制備應用與功能特性的研究進展[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2019,45(18):277-283.

[3]牛明福,陳金帥,李桃月,等.多指標評價酶解蠶蛹蛋白產(chǎn)物的抗氧化活性[J].食品研究與開發(fā),2019,40(13):105-109.

TS102.6

A

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10.3969/j.issn.2095-1205.2021.10.05