蛹蛋白纖維和大豆蛋白纖維的性能測試與分析

王 琳，陳 理，陳 斯

(河南工程學院紡織學院，河南鄭州 450007)

再生蛋白質纖維是以天然蛋白質為原料，通過適當?shù)幕瘜W和機械方法加工而制成的。蛹蛋白纖維是將蠶蛹蛋白溶液與高聚物共混或接枝后紡絲。大豆蛋白纖維是將大豆中提取的蛋白質與高聚物混合或接枝后紡絲[1]。通過對黏膠基蛹蛋白纖維、維綸基大豆蛋白纖維進行測試，并且分別與普通黏膠纖維和維綸纖維進行對比分析，全面了解蛹蛋白纖維和大豆蛋白纖維的性能特點，為進一步應用再生蛋白質纖維提供參考。

1 試驗

1.1 試樣

選取長度同為38mm、線密度同為1.78dtex的蛹蛋白纖維、大豆蛋白纖維、黏膠纖維和維綸纖維進行試驗。

1.2 試驗儀器與方法

利用Quanta250型掃描電子顯微鏡觀測纖維的縱向形貌特征，纖維經(jīng)過噴金處理。利用Nicolet 6700型傅里葉變換紅外光譜儀測定纖維組成成分，KBr壓片制樣，掃描次數(shù)32次。利用D8 ADVANCB X射線衍射儀分析纖維結構。利用YG747型八籃烘箱測試纖維的回潮率。利用XQ-2型強力儀測試纖維斷裂強度和斷裂伸長率。利用Y151型纖維摩擦因數(shù)儀測試纖維摩擦性能。

2 試驗結果與分析

2.1 縱向形貌特征

觀測到蛹蛋白纖維、大豆蛋白纖維、黏膠纖維、維綸纖維的縱向形貌如圖1～圖4所示。

圖1 蛹蛋白纖維的縱向形貌

圖3 黏膠纖維的縱向形貌

圖4 維綸纖維的縱向形貌

從圖1和圖3可以看出，蛹蛋白纖維縱向有明顯的溝槽，與黏膠纖維形態(tài)相似，這是由于二者均采用濕法紡絲，紡絲液在液體凝固浴中固化成絲，表層和芯層凝固冷卻速度不同，這些溝槽使得纖維的比表面積增加，在織物中能夠產(chǎn)生較強的毛細管效應，使得織物具有良好的吸濕放濕性能。在成紗過程中，由于纖維表面存在溝槽一定程度上使得纖維間的摩擦力和抱合力增大。由于大豆蛋白纖維和維綸纖維也都采用濕法紡絲，從圖2和圖4可以看出，兩種纖維的形態(tài)相似，縱向也都有溝槽，但沒有蛹蛋白纖維和黏膠纖維的溝槽明顯。

2.2 紅外光譜分析

觀測到蛹蛋白纖維、大豆蛋白纖維、黏膠纖維、維綸纖維的紅外光譜曲線如圖5所示。

(1、蛹蛋白纖維；2、大豆蛋白纖維；3、黏膠纖維；4、維綸纖維)

從圖5可以看出，四種纖維在3400cm-1有寬而強的吸收峰，歸屬于-OH的伸展振動，2900cm-1的吸收帶歸屬于-CH伸縮振動，1650cm-1附近是H-O-H的伸縮振動，1050cm-1處為C-O-C伸縮振動峰。蛹蛋白纖維與粘膠纖維的特征峰近乎重合，這說明了蠶蛹蛋白纖維與粘膠纖維主要成分相同，都是纖維素。大豆蛋白纖維與維綸纖維的光譜指紋區(qū)與峰位一致，說明了大豆蛋白纖維與維綸纖維主要組成都是聚乙烯醇。蛹蛋白纖維與大豆蛋白纖維在1600cm-1～1690cm-1處存在酰胺Ι峰和酰胺Ⅱ峰，這些是蛋白質酰胺鍵的特征吸收峰[2]，說明蛹蛋白纖維與大豆蛋白纖維中存在蛋白質成分。

2.3 X射線衍射分析

觀測到蛹蛋白纖維、大豆蛋白纖維、黏膠纖維、維綸纖維的X射線衍射圖像如圖6所示。

圖6 四種纖維的X射線衍射圖

(1、蛹蛋白纖維；2、大豆蛋白纖維；3、黏膠纖維；4、維綸纖維)

由圖6可以看出，蛹蛋白纖維與粘膠纖維的X射線衍射圖譜大致相同，特征峰的2θ角分布在12.3°、20.1°、21.3°左右。大豆蛋白纖維與維綸纖維的衍射峰的位置基本相同，特征峰的2θ角均分布在11.2°、19.5°、22.5°左右，這是因為蛹蛋白纖維與粘膠纖維的結構相近，仍表現(xiàn)出纖維素Ⅱ晶型特征，大豆蛋白纖維與維綸纖維結晶結構相同，即大豆蛋白纖維的改性接枝或共聚并沒有改變聚乙烯醇的結晶結構[3]。

2.4 強伸性能分析

測得蛹蛋白纖維、大豆蛋白纖維、黏膠纖維、維綸纖維干態(tài)和濕態(tài)下拉伸性能結果見表1：

表1 纖維的強伸性能

由表1可以看出，無論干態(tài)或濕態(tài)條件下，蠶蛹蛋白纖維的斷裂強度小于大豆蛋白纖維，這是由于黏膠基材的強度小于維綸基材。蠶蛹蛋白纖維的斷裂強度小于黏膠纖維，大豆蛋白纖維的斷裂強度小于維綸纖維，這說明蠶蛹蛋白和大豆蛋白的加入影響了黏膠與維綸基材的力學性質。黏膠纖維的濕態(tài)斷裂強度下降明顯，這是因為水分子進入纖維內(nèi)部，大分子之間結合力變小，大分子相互之間容易滑脫，導致強力下降而伸長率增加。蠶蛹蛋白纖維與維綸纖維的濕態(tài)斷裂強度下降不明顯。

2.5 回潮率分析

實測蛹蛋白纖維、大豆蛋白纖維、黏膠纖維、維綸纖維的回潮率分別為11.9%、5.6%、13.1%和4.8%，表明蛹蛋白纖維和黏膠纖維吸濕性好，這是因為兩種纖維主要組成是纖維素，從纖維紅外譜圖也可以看出，兩種纖維含有大量的-OH，屬強極性的親水性基團，同時這兩種纖維表面有縱向溝槽，也有利于水分子的傳輸和吸濕能力的提高。大豆蛋白纖維和維綸纖維吸濕性能也較好，但是明顯低于蛹蛋白纖維和黏膠纖維，這是因為纖維縮醛化后-OH減少。

2.6 摩擦性能分析

表2 摩擦性能測試

從表2可看出，蛹蛋白纖維與黏膠纖維的動靜摩擦系數(shù)接近，均小于大豆蛋白纖維。纖維的動摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)小的纖維必須加適當?shù)木砬员ＷC其有一定的抱合性提高其可紡性。

3 結論

通過對蛹蛋白纖維、大豆蛋白纖維、黏膠纖維和維綸纖維進行掃描電鏡、紅外光譜、X射線衍射、拉伸性能、吸濕和摩擦性能測試，得到以下結論：

蛹蛋白纖維與黏膠纖維縱向形態(tài)相似，有明顯的溝槽，大豆蛋白纖維和維綸纖維縱向形態(tài)相似，也都有溝槽，但沒有蛹蛋白纖維和黏膠纖維的溝槽明顯。蛹蛋白纖維與黏膠纖維的紅外特征峰近乎重合，兩者主要成分相同，都是纖維素；大豆蛋白纖維與維綸纖維的光譜指紋區(qū)與峰位一致，兩者主要組成都是聚乙烯醇。蛹蛋白纖維與黏膠纖維的X射線衍射圖譜大致相同，表現(xiàn)出纖維素Ⅱ晶型特征；大豆蛋白纖維與維綸纖維的衍射峰的位置基本相同，大豆蛋白纖維的改性接枝或共聚并沒有改變聚乙烯醇的結晶結構。蠶蛹蛋白纖維的斷裂強度小于大豆蛋白纖維；蠶蛹蛋白纖維的斷裂強度小于黏膠纖維；大豆蛋白纖維的斷裂強度小于維綸纖維。大豆蛋白纖維吸濕性能低于蛹蛋白纖維。蛹蛋白纖維的動靜摩擦系數(shù)小于大豆蛋白纖維。