牛奶蛋白纤维的结构与性能

第 27卷 第 8期 2006年 8月 纺 织 学 报 Journal of Textile Research Vo1．27 No．8 Aug． 2006 文章编号：0253．9721(2006)08．0057．04 牛奶蛋白纤维的结构与性能 李克兢 ，何建新 ，崔世忠 (1．中原工学院，河南 郑州 450007；2．东华大学，上海 201620) 摘 要 利用扫描电子显微镜观察了牛奶蛋白纤维的形态结构。结果明，牛奶蛋白纤维是异形纤维，截面上有 微孑L，表面有凹槽 ；对牛奶蛋白纤维的 x．射线衍射分析显示聚乙烯醇分子规则排列构成结晶部分，牛奶蛋白形成无 定形区；测试和分析了牛奶蛋白纤维的吸湿 、拉伸、摩擦等性能，结果表明牛奶蛋白纤维是集蚕丝和合成纤维优良 性能于一身的纺织新材料。 关键词 牛奶蛋白纤维；结构；性能；X-射线衍射 中图分类 号：1、s101．921 文献标识码 ：A Structure and properties of milk protein fiber LI Ke．jing ，HE Jian．xin ，CUI Shi．zhong (1．Zhongyuan Institute ofTechnology，Zhengzhou，Henan 450007，China； 2．Donghua University，Shanghai 201620，China ) Abstract Configuration of milk protein fiber was observed by SEM and found that it is a profile．fiber with little holes in its section and grooves in its surface．Analysis of milk protein fiber by X-ray diffraction showed that its crystalline region is composed of PVA molecules arranged regularly，and the results amorphous region consists of milk protein．The properties such as hydroscopicity，mechanics，and friction of the fiber were tested and the results indicated that milk protein fiber is an excellent textile material which has integrated the merits of silk and synthetic fiber． Key words milk protein fiber；structure；property；X-ray diffraction 牛奶蛋白纤维是将牛奶液体去水、脱脂，制成牛 奶蛋白质，与聚乙烯醇共混，经湿法纺丝而成的再生 纤维 。¨J。牛奶蛋白纤维既具有合成纤维强度高、收 缩小等品质，又具有天然纤维柔软、亲肤、吸湿、透 气、染色好、色牢度强等优点 J，是一种集天然纤维 和合成纤维优点于一身的纺织新原料。 在日本等国家，牛奶蛋白纤维已实现产业化生 产，并有很多相关产品推向市场，在国内，牛奶蛋白 纤维只是近几年才得到有关企业和研究人员的关 注。目前国内对牛奶蛋白纤维的结构和性能的研究 还比较少。为此，本文采用扫描电子显微镜和x．射 线衍射仪对牛奶蛋白纤维的形态和结晶结构进行 了 分析和研究，测试和探讨了牛奶蛋白纤维的各项 性能 。 1 实验部分 1．1 材 料 1．40 dtex×36．4 mln牛奶蛋 白纤维，由郑州天羽 蛋白纤维有限公司提供。 1．2 方 法 纤维截面和表面形态用 日立 S-570型扫描 电子 显微镜观察；用 D／Max．3C型 x．射线衍射仪测定牛 奶蛋 白纤维的结晶结 构。测试条件 ：Ni滤波，Cu靶 Ka射 线，管 压 40 kv，管 流 40 mA，扫 描 速 度 2(。)／min，从 5。到 50。。 用绞盘法测定纤维的摩擦性能；用XQ．1型纤维 收稿日期：2005—11—10 修回日期：2006—05—15 作者简介：李克兢(1963～)，女，汉族，副教授，硕士。主要研究领域包括新型纺织材料的开发、环保纺织品的设计和研究等。 维普资讯 http://www.cqvip.com 【58】 纺织学报 第27卷 强伸度仪测定纤维的力学性能；用 YG321型纤维比 电阻仪测试纤维 的比电阻 。3种测试均在标准大 气条件下完成；在20℃下进行纤维吸湿性能的测 定，测试前纤维放在恒温恒湿的房间内平衡24 h。 2 结果与讨论 2．1 形态结构 牛奶蛋白纤维的横截面及表面形态的扫描 电子 显微镜照片如图 1所示。由图 1(a)可见，纤维横截 面呈扁平状，哑铃形 或腰 圆形 ，属于异形纤维 ，并且 在截面上有细小的微孔，这些细小微孔对纤维的吸 湿、透湿性有很大的影响。从图 1(b)中观察到纤维 的纵向表面有不规则的沟槽和海岛状的凹凸，这是 由于纺丝过程中纤维的表面脱水、纤维取向较快形 成的，它们的存在也使纤维具有优异的吸湿和透湿 性能，同时对纤维的光泽和刚度也有重要影响。纤 维表面的不光滑和一些微细的凹凸变化可以改变光 的吸收、反射、折射和散射 ，从而影响纤维的光泽性， 纤维表面粗糙时，具有柔 和的光泽 ，而不会 出现“极 光”现象 。牛奶蛋白纤维具有一定的卷曲，外观 为微黄色，手感柔软。 (a)横截面 (b)纵向 图 1 牛奶蛋 白纤维的形态结构(X 1 500) 2．2 结晶结构 用广角x．射线衍射仪测试得到牛奶蛋白纤维 的衍射曲线，如图2所示。图 3为水溶性和高强高 模聚乙烯醇(PVA)纤维的衍射曲线 。由图 2可 知，牛奶蛋白纤维的聚集态结构存在着结晶和无定 形的两相结构，有明显的结晶峰。进一步比较图2 和图3可知，牛奶蛋白纤维的衍射峰和 PVA纤维的 衍射峰 20完全一致，衍射峰均出现在 20为 11．3。、 16．4。、19．5。、22．6o、27．3。和 32．5。处，其它处没有出现 衍射峰。特别是和高强高模 PVA纤维相比，衍射曲 线的形状完全一致，由此可推测牛奶蛋白纤维可能是 酪素(牛奶蛋 白)和 PVA 的共混物 ，因为一般接枝共 聚物的衍射强度曲线不会如此相似。图2还说明了 牛奶蛋白纤维的结晶区由PVA构成，酪素存在于牛 奶蛋白纤维的无定形区。这是因为牛奶蛋白纤维中， 酪素的含量比较少 ，仅占 30％左右，而且酪素是多种 氨基酸以肽键相连的高分子蛋白质，其氨基酸组成复 杂、分散，绝大部分具有较大的侧基，因此不易结 晶 。 N 暑 、 憾 憩 浆 暑 、 憩 浆 图 2 牛奶蛋白纤维的 X．射线衍射 曲线 A一水溶性 PVA纤维；B--高强高模 PVA纤维 图 3 PVA纤维的 X．射线衍射 曲线 牛奶蛋白纤维的结晶度和晶粒尺寸用分峰法 计算后结果见表 1。其结晶度和晶粒尺寸与 PVA纤 维非常接近，结晶度低于蚕丝纤维。 表 1 牛奶蛋白纤维结晶结构参数 2．3 吸湿性能 由表 l可知，牛奶蛋白纤维的无定形 区要 比蚕 丝大，标准状态下，牛奶蛋白纤维的回潮率约为 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 8期 三—牛_ 蛋白纤维的摩擦性能 摩 擦因数 与瓷辊 0．267 与钢辊 0．270 动摩擦因数 静摩擦因数 纤维平行 0．386 ：3O0 0 ． 441 性 些 表 沟 牛 湎 槽 奶 对 蛋 与纵表 呐 蛾 雠 肌龇 维普资讯 http://www.cqvip.com 【60】 纺织学报 第27卷 2．6 电学性能 牛奶蛋白纤维的比电阻与天然纤维相 比偏高 ， 较大多数合成纤维来说偏低，见表 5。因而牛奶蛋 白纤维在纺纱加工过程中静电现象比较严重，须加 适当的油剂和抗静电剂。 表 4 牛奶蛋白纤维与其它纤维的摩擦性能对比 表 5 牛奶蛋白纤维与其它纤维质量比电阻比较 (n·g／cm ) 纤维种类 质量比电阻 纤维种类 质量比电阳 羊毛 10 10~ ( 2 ℃，相对湿度 O％) ⋯ ～ 桑蚕丝 10~ 1O 。 粘胶 107 ( 2 ℃，相对湿度 -％)⋯ ⋯ 锦纶 ，涤纶(去油) lO” 1O 棉 l 06 l 07 腈纶 (去油) lO” lO‘ 麻 l 07 1o8 3 结 论 1)牛奶蛋白纤维横截面呈扁平状，哑铃形或腰 圆形，横截面有细小的微孑L，纤维的纵向表面有不规 则的沟槽和海岛状的凹凸，这使纤维具有优异的吸 湿和透湿性能。 2)牛奶蛋 白纤维 的结晶结构与聚乙烯醇纤维 相似 ，其聚集态结构 由聚乙烯醇为主体的结 晶部分 和牛奶蛋白为主体的无定形部分组成。 3)牛奶蛋白纤维克服了合成纤维吸湿性差和 天然纤维强度低的不足，其比电阻介于天然纤维和 合成纤维之间。 4)牛奶蛋白纤维的非圆形横截面和纵向表面 的沟槽使其具有较高的摩擦因数，纤维间的抱合力 好 ，有利于成纱加工。 参考文献 ： [1] 杨旭红．牛奶蛋白纤维 chinon的性能与特征[J]．丝 绸 ，1999，(11)：39—42． [2] 杨建慧．牛奶蛋白纤维——2l世纪的生态纤维材料 [J]．四JIl丝绸，2001，(4)：41—42． [3] 薛允连．牛奶蛋白纤维[J]．陕西纺织，1999，(2)：48— 49． [4] 苏寿南，章潭莉，胡学超，等．牛奶蛋白纤维的新崛起 [J]．合成技术及应用，1999，14(4)：23—24． [5] 赵书经．纺织材料试验教程 [M]．北京：纺织工业出版 社 ，1989．6． [6] 王卫华，陆维民，董建华，等．牛奶蛋白纤维的特性、应 用和成分检测[J]．中国纤检，2004，(6)：22—25． [7] 徐颖，陆振荣，唐人成．国产牛奶丝纤维的结构和热 性能[J]．针织工业，2005，(2)：22—24． [8] 唐爱民，陈港．水溶性维纶的结构及对含二次纤维纸 张强度的影响[J]．中国造纸，2002，(4)：9—12． 维普资讯 http://www.cqvip.com