再生羽毛蛋白纤维的研制

周彬，王慧玲

（盐城纺织职业技术学院，江苏盐城 224000）

再生羽毛蛋白纤维的研制

周彬，王慧玲

（盐城纺织职业技术学院，江苏盐城 224000）

介绍了再生羽毛蛋白纤维的纺制工艺，对纺制纤维的理、化性能进行了测试分析，结果显示:采用氧化法制取羽毛角蛋白原液，纺丝原液中纤维素、蛋白质比例6∶4，碱的质量分数为3%，纺丝液黏度为40～60 s时，纺制出的再生羽毛蛋白纤维（2.7 dtex）干强为2.1 cN/dtex，湿强为1.8 cN/dtex，初始模量为33 cN/dtex，回潮率为13.8%，具有优良的强伸性及吸湿透汽性，同时对皮肤具有很好的亲和力。

再生羽毛蛋白纤维;纺制工艺;理化性能

羽毛是鸟类和禽类表皮细胞角质化的衍生物，占其体重的10%左右。据测定，羽毛角蛋白的粗蛋白的质量分数约在80%以上，氨基酸的质量分数在70%以上。中国是世界上畜牧、家禽养殖最多的国家之一，角蛋白资源极其丰富，尤其在现代农业中，大规模的家禽养殖产生了大量的角蛋白废物，其中羽毛废弃物年产量达100多万吨，这是一笔丰富的蛋白质资源，对这些废弃蛋白质的开发利用不仅能减少环境污染，同时也能产生经济效益和社会效益［1－3］。

1 再生羽毛蛋白原液制备原理及工艺流程

1.1 蛋白原液制备原理

羽毛纤维的化学结构可分为一次结构和二次结构。一次结构指羽毛角蛋白主链的氨基酸组成、肽链中氨基酸序列等，主要指氨基、羧基缩合而成的肽键（—CO—NH—）组成的多肽链。二次结构指角蛋白结构中链段的构象，其中两个半胱氨酸间的二硫键（—S—S—）是角蛋白纤维中的主键，肽链中═CO和—NH2之间的氢键维持其构象稳定性。羽毛纤维中，除肽键、二硫键、氢键，还存在离子键（即盐式键）、疏水键、配位键和范德华力等，共同维持角蛋白分子构象稳定［3］。角蛋白中基本键能范围如表1。

表1 角蛋白中基本键能范围

角蛋白分子间和分子内存在具有较高键能的高密度双硫键，使相邻肽链和自身肽链的不同部分交联，加上角蛋白分子的氢键和盐式键，使之性质非常稳定，难溶于一般溶剂，限制了它的应用。得到可溶性角蛋白的关键是使双硫键等化学键断裂，当90%以上的双硫键断开时角蛋白的溶解性非常好。常用的角蛋白溶解方法有酸性法、碱性法、氧化法、还原法、铜氨溶液法、金属盐法等。其中氧化法主要断裂双硫键，对分子链的完整性破坏较小，可以较好地溶解羽毛并获得较高分子质量的再生羽毛蛋白原液，同时其制成率也较其它方法高，因此，在众多的羽毛角蛋白质溶液制备方法中，氧化法更具实际应用意义。本文采用氧化法羽毛角蛋白质溶液的制备工艺［4］。

1.2 原料

羽毛（以鸭毛为例）

1.3 试剂及仪器设备

试剂:过氧乙酸，十二烷基苯磺酸钠等。

仪器设备:KQ－5200DE超声波清洗机，工业烘干机，pH计，滤纸，烧杯，玻璃棒等。

1.4 工艺过程

（1）洗毛。去除尘土、脂汗、污垢等。将一定量的鸭毛放入KQ－5200DE超声波清洗机，按浴比1∶10加入质量分数为10%的十二烷基苯磺酸钠溶液，调节水温至50～60℃，打开超声波清洗器清洗10 min，然后将洗液滤除，再用清水冲洗3～5 min，滤除洗液，收集鸭毛。

（2）采用工业烘干机于70～80℃，将洗净的鸭毛烘燥10～20 min。

（3）称取一定量洗净、干燥后的鸭毛放入KQ－5200DE超声波清洗机，按照浴比1∶15投入0.1～0.2 mol/L的过氧乙酸氧化溶液中，调节水温50～70℃，溶解时间为15～20 min，待大部分溶解后，再用稀碱溶液进行水解处理，经过滤滤除不溶性的固体便获得再生蛋白质原液。

溶解处理过程在KQ－5200DE超声波清洗机中进行，其超声频率40 kHz，超声功率200 W，功率可调40%～100%，加热功率600 W，温度可调20～80℃，时间可调1～480 min。其作用机理为:当超声波作用于液体时，液体介质要做压缩与稀疏的周期振动，从而引起液体内部各点受到压力或拉伸力作用，拉伸力的作用会将大量液体“撕裂”，并形成大量微小气泡，即空化泡。当这些巨量空化泡破裂时，能放出巨大的能量，可以产生高达几百个大气压的局部瞬间压力，从而形成冲击波，对浸在液体内部的固体物质表面形成强大的冲击与破坏。这就是高强度超声波特有的“空化效应”。当超声波频率达到一定程度时，还可以使大分子解聚。利用超声波的空化效应作用于鸭毛的宏观与微观结构，从而大大提高鸭毛溶解的效率，并极大地减少化学试剂（过氧乙酸）的浓度、用量及作用时间，防止过氧乙酸对鸭毛的过度溶解而不利于纺丝的进行，从而达到节能、环保、高效的目的。

2 再生羽毛蛋白纤维的纺制

2.1 原料

再生羽毛蛋白原液，黏胶原液

2.2 试剂与仪器设备

化学试剂:氢氧化钠，硫酸，硫酸钠，硫酸锌，甲醛，助剂等。

仪器设备:pH计，纺丝小样机，滤纸、烧杯、玻璃棒等。

纤维成形原理:在一定条件下将一定浓度的水解蛋白原液与纤维素（黏胶）原液，按一定的配比混合进行纺丝，并经后处理加工制成理想的再生蛋白纤维，这样蛋白质纤维之中的肽键（—CO—NH—）与纤维素中的—OH形成氢键，产生较强的分子结合力，从而形成新型蛋白质的复合纤维。

2.3 工艺流程

（再生羽毛蛋白原液、黏胶原液、助剂）→过滤→脱泡→计量纺丝→缩醛化处理→塑化牵伸→切断→脱硫→漂白→酸洗→水洗→上油→脱水→烘干。

2.3.1 纺丝原液的配制

根据蛋白质溶液中蛋白质的含量，再生蛋白质纤维中纤维素与蛋白质的含量，计算出所需黏胶原液和蛋白质原液的体积。随后将两种溶液混合后充分搅拌均匀，脱泡、过滤制得纺丝原液。纺丝原液中纤维素、蛋白质、碱的含量与比例对纺丝原液的质量、纺丝可纺性、再生蛋白质纤维服用性能等起着关键作用。蛋白质含量过高，纺丝原液黏度大，过滤困难;蛋白质含量太低，则纤维成品蛋白质纤维的性能不佳。通过试验获得较好的纺丝工艺条件为:纺丝原液中纤维素、蛋白质比例6∶4左右，碱的质量分数为3%。制得纺丝液的黏度40～60 s［2～3］。

2.3.2 纺丝浴的配制

依据黏胶纤维的成形条件对纺丝浴进行选择及配置，为保证纤维的成形及质量稳定性采用低酸纺丝浴并在浴液中添加一定量有机助剂。纺丝浴组成:硫酸40～50 g/L，硫酸钠300～320 g/L，硫酸锌5.0～10.0 g/L。助剂质量分数0.5%，凝固浴温度45～50℃［2－4］。

2.3.3 缩醛化、塑化

经计量泵将纺丝原液压入纺丝浴中纺出的蛋白质纤维素纤维丝条，必须通过含一定浓度的甲醛（或其它多醛）溶液槽使蛋白质分子进行缩醛化处理，保证蛋白质分子链的稳定性。然后再通过含有硫酸溶液的高温塑化槽，对丝束进行塑化牵伸。保证再生蛋白质纤维的强伸度等物理机械指标［2－4］。

2.3.4 后处理

经塑化和牵伸的蛋白质纤维素纤维经水洗、脱硫、水洗、上油、干燥等工序制得再生蛋白质纤维。

3 再生羽毛蛋白纤维理化性能［5］

3.1 原料

再生羽毛蛋白纤维。

3.2 化学试剂与仪器设备

化学试剂:氢氧化钠（5%），硫酸（75%），盐酸（37%）等。

仪器设备:Y171中段切断器，LLY－06B单纤维强力机，YG747八篮烘箱、YG321纤维比电阻试验仪，FA2004电子分析天平（0.1 mg）等。

3.3 耐酸碱性

将纺得的纤维分别用浓盐酸（37%，24℃）、浓硫酸（75%，24℃）及氢氧化钠溶液（5%，煮沸）进行溶解试验，均有部分试样溶解。

3.4 物理机械性能

再生羽毛蛋白纤维的物理机械性能见表2。

表2 再生羽毛蛋白纤维的物理机械性能

再生羽毛蛋白纤维的性能在很大程度上与纺丝原液中纤维素、蛋白质比例有关，纤维中蛋白质含量越大，纤维的断裂强力越小。再生蛋白纤维的伸长率在湿状态下的各项性能稳定，再生蛋白纤维的回潮率随着蛋白质含量的增加而变大，再生蛋白纤维的质量比电阻随着蛋白质含量的增加而减小，因此再生蛋白纤维导电性能好，抗静电能力好，用其制作成服装后的穿着舒适性和抗静电性能非常好。

制成的再生羽毛蛋白纤维性能优越，它集蛋白质纤维和纤维素纤维优点于一身，具有优良的吸湿性、透汽性和较好的断裂伸长率。纤维中有多种人体所需的氨基酸，具有独特的护肤保健功能，具有较高的开发价值。

4 结语

再生羽毛蛋白纤维利用羽毛等不可纺蛋白质纤维制成，该纤维性能良好，原料来源广泛，且利用了某些废弃材料，有利于环境保护。利用再生羽毛蛋白纤维制成的纺织品手感丰满，性能优良，价格低于同类羊毛面料，具有较大的市场竞争力。随着人口的增加，经济的增长，对纺织材料需求将进一步增大，而耕地资源有限，粮棉争地的矛盾较为突出，为了解决纺织材料短缺问题，除发展纤维素纤维及合成纤维外，采用高科技发展再生蛋白质纤维意义重大。再生蛋白质纤维可生物降解，性能优良，符合当今消费者崇尚的绿色、自然的消费理念，必将有广阔的发展前景。

［1］蔡婷，赵耀明，杨崇岭.羽毛角蛋白溶液的制备及研究［J］.印染助剂，2007（6）:20－23.

［2］奚伯君.再生蛋白纤维的研制及性能分析［J］.上海纺织科技，2002（12）:13－14.

［3］马君志.再生蛋白质纤维的开发［J］.纺织导报，2006（7）:33－36.

［4］奚伯君.再生蛋白纤维理化性能研究［J］.毛纺科技，2003（5）:7－9.

［5］赵书经.纺织材料实验教程［M］.北京:中国纺织出版社，2005.

RESEARCH AND PREPARATION OF RECONSTITUTED FEATHER PROTEIN FIBERS

ZHOU Bin，WANG Hui-ling
（Yancheng Textile Vocational Technology College，Yancheng 224000，China）

The spinning process of reconstituted feather protein fiber is introduced in this article，and physical and chemical properties of the fiber are measured and analyzed.The results show，under the spinning conditions that the feather keratin is dissolved by oxidation，ratio of cellulose to protein is 6:4，alkali content is 3% and spinning liquid viscosity is 40－60s，the reconstituted feather protein fibers（2.7 dtex）can be produced，its properties are asfollows:dry strength as 2.1cN/dtex，wet strength as 1.8 cN/dtex，the initial modulus of 33 cN/dtex，moisture regain of 13.8%，with excellent tenacity，wet absorption and good affinity to skin.

reconstituted feather protein fiber;spinning process;physical and chemical properties

TQ342.5

B

10.3969/j.issn.1672－500x.2011.01.004

1672－500X（2011）01－0012－04

2011－01－05

周彬（1981－），男，山东泰安人，讲师，硕士，主要从事纺织品检测与产品开发工作。