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(yàn)研究院山東濟(jì)南250102）

作為再生纖維的蠶蛹蛋白纖維，可以充分滿足當(dāng)今社會(huì)所提出的資源保護(hù)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(shì)，說明其所具有的表面性能，并針對(duì)此類纖維所具有的物化性能進(jìn)行探究，內(nèi)容主要涉及摩擦性能、力學(xué)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(shì)，還可表現(xiàn)出和真絲相近的飄逸感及柔軟感。對(duì)此類纖維的化學(xué)及物理性能進(jìn)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(yīng)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(diǎn)，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(jìn)行充分混合，最后通過現(xiàn)有紡絲工藝進(jìn)行制作所得的纖維。此類纖維的皮芯結(jié)構(gòu)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(qiáng)度和回潮率較高，手感良好且伸長(zhǎng)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(jié)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(fèi)者訴求；二是此類纖維所含氨基酸具有護(hù)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(xì)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(shì)所趨，對(duì)其基本性能進(jìn)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(diǎn)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(dǎo)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(jìn)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(duì)織物性能產(chǎn)生影響，主要是使織物更加透氣且舒適。對(duì)纖維橫截面進(jìn)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(yùn)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(duì)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(yùn)動(dòng)行為。研究表明，適當(dāng)摩擦可對(duì)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(qiáng)度，要想使紗線強(qiáng)度達(dá)到相關(guān)要求，關(guān)鍵是要保證纖維間存在理想摩擦力。但要注意一點(diǎn)，摩擦力過大將給紡紗造成負(fù)面影響，這是因?yàn)槔w維摩擦?xí)徐o電產(chǎn)生，靜電量與摩擦力的關(guān)系為正相關(guān)，若靜電量超過允許上限，通常會(huì)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(huì)被影響。

通過實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)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?xí)r，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?xí)r，蠶蛹蛋白纖維對(duì)應(yīng)摩擦系數(shù)有所減小，通常不會(huì)超過常規(guī)粘膠纖維相關(guān)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(dǎo)致紗線質(zhì)量無法達(dá)到預(yù)期，有關(guān)人員可加入適量抗滑油劑，以此來保證紗線質(zhì)量可達(dá)到織物生產(chǎn)要求。

3.2 力學(xué)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(shí)現(xiàn)紡織品的使用價(jià)值，關(guān)鍵是要保證紡織纖維具備較強(qiáng)抵抗外力的性能，其中，最應(yīng)當(dāng)引起重視的性質(zhì)為力學(xué)性質(zhì)。以大豆蛋白纖維、常規(guī)粘膠纖維為參照物，對(duì)蠶蛹蛋白纖維相關(guān)性能進(jìn)行研究，結(jié)合應(yīng)力松弛性能以及強(qiáng)伸性能，對(duì)其力學(xué)性質(zhì)加以判斷，研究所得結(jié)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(qiáng)度較常規(guī)粘膠纖維略低，但處于濕態(tài)拉伸狀態(tài)時(shí)，無論是蠶蛹蛋白纖維還是大豆蛋白纖維，其斷裂強(qiáng)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(qiáng)低問題可得到有效解決。雖然蠶蛹蛋白纖維在斷裂伸長(zhǎng)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(jié)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(qiáng)度方面無明顯差異，二者均未達(dá)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(yīng)加大相關(guān)課題的研究力度，使織物質(zhì)量得到更進(jìn)一步的提升。最后，纖維松弛強(qiáng)力與應(yīng)變值的關(guān)系為正相關(guān)，蠶蛹蛋白纖維所表現(xiàn)出的應(yīng)力松弛率存在明顯降低，由此可推測(cè)出相關(guān)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(xué)性能

纖維成紗情況、織物質(zhì)量均會(huì)受到其電學(xué)性質(zhì)的影響，在開展成紗作業(yè)時(shí)，纖維和機(jī)器、纖維和纖維間反復(fù)摩擦，普遍有大量靜電產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致加工難度及失誤率提升，另外，纖維電學(xué)性質(zhì)還會(huì)對(duì)紡織品舒適度產(chǎn)生影響。

3.4 化學(xué)性能

3.4.1 耐堿性能

纖維蛋白質(zhì)的酸性基團(tuán)、堿性基團(tuán)含量極大，加之蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)同時(shí)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(jié)構(gòu)所造成的影響往往可以忽略不計(jì)，另外，考慮到纖維素對(duì)堿的耐受性良好，一般情況下，纖維強(qiáng)度和質(zhì)量均不會(huì)受到明顯影響。如果延長(zhǎng)處理時(shí)間或提高堿的濃度，纖維將出現(xiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞、纖維結(jié)晶區(qū)持續(xù)減少等情況，其力學(xué)性能也會(huì)有所下降，這點(diǎn)需要有關(guān)人員引起重視。

3.4.2 耐酸性能

對(duì)蠶蛹蛋白纖維進(jìn)行制備時(shí)，有關(guān)人員往往會(huì)借助現(xiàn)有紡絲技術(shù)，確保纖維表面有大量蛋白質(zhì)富集，加之蛋白質(zhì)對(duì)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(duì)蠶蛹蛋白纖維進(jìn)行短時(shí)處理，通常不會(huì)給其內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷，而稀硫酸對(duì)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(jié)構(gòu)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(shí)，酸對(duì)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(qiáng)度將明顯下降，甚至?xí)霈F(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(duì)纖維產(chǎn)生的影響涉及多個(gè)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(dòng)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(duì)纖維吸放濕過程進(jìn)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(kuò)散系數(shù)，代表平衡回潮率和初始回潮率的差，代表時(shí)間。研究結(jié)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(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，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(yīng)進(jìn)行到180 min左右時(shí)，三者的吸濕速率均降至0，此時(shí)，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(jié)論

本文對(duì)蠶蛹蛋白纖維的吸濕性、懸垂性等方面性能進(jìn)行研究，通過對(duì)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(duì)纖維性能與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)進(jìn)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(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，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(diǎn)，同時(shí)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(guān)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(xué)加工條件對(duì)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(yīng)用與功能特性的研究進(jìn)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(biāo)評(píng)價(jià)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

2095-1205(2021)10-10-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2021.10.05