牛奶蛋白纤维的性能及应用

郭昌盛,蒋 芳,林海涛

(广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州 545000)



牛奶蛋白纤维的性能及应用

郭昌盛,蒋 芳,林海涛

(广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州 545000)

介绍了牛奶蛋白纤维的制备、结构、性能和应用；根据其性能缺陷和应用领域，提出对牛奶蛋白纤维的改性研究是很有必要的。

牛奶蛋白纤维 制备 结构 性能 应用

牛奶蛋白纤维又叫做“牛奶丝”或“牛奶纤维”，它是第一代天然纤维和第二代合成纤维之后的新一代纤维。利用生物工程的方法把牛奶酪蛋白纤维植入合成纤维中，具有二者优异的性能，这是纺织材料新的里程碑[1]。牛奶蛋白源自于1935年意大利的SNIA公司和英国的coutaulds公司。1956年日本东洋纺公司用新西兰牛奶蛋白溶液和丙烯腈聚合物共混、共聚及接枝，生产出牛奶蛋白长丝，于1969年正式工业化生产，我国自20世纪60年代开始研究[2，3]。随着石油资源的枯竭、人类健康水平的提高，牛奶蛋白纤维的研究和应用会进一步的加深和提高。本文从牛奶蛋白纤维的制备、结构、性能和应用四个方面进行简单介绍。

1 牛奶蛋白纤维的制备

牛奶主要成分有蛋白质、水、乳糖、维生素及灰分等，其中蛋白质是制造牛奶蛋白纤维的基本原料。牛奶蛋白可以纺丝成纤，主要因为它具有成纤高聚物的基本条件[4]：其一，牛奶蛋白大分子链形，而不像血红蛋白那样是球状蛋白；其二，具有一定的柔性和大分子间力，因大分子是由无数个肽键组成，且大分子间有氢键，还有其他极性基团贡献的分子间力如-SH,-NH2等；其三，具有较好的可纺性，因蛋白质与水形成胶体溶液纺丝后，水分挥发除去，两分子会互相靠拢形成氢键，从而多肽链平行排列甚至扭在一起，固化成丝条，丝条的断裂强度可达到2.5cN/dtex,可满足纺织纤维的基本要求[5]。

牛奶蛋白纤维的基本原料为牛乳，主要可以分为三部分：乳酪蛋白的制备、纺丝原液的制备和牵伸纺丝[6]。由牛乳中含有80%以上的水分，故需要经过脱水(含水60%以下)，再加入碱使脂肪分解达到脱油、脱脂的作用，利用盐析法或透析法分离、提纯蛋白质(一种具有线性大分子结构的乳酪蛋白)，然后再与聚丙烯腈或聚丙烯醇进行共混(牛奶蛋白和聚丙烯醇或聚丙烯腈混合成纺丝原液)、交联(在牛奶蛋白和聚丙烯醇或聚丙烯腈合溶液中加混入交联剂使其进行高聚物交联化学反应制备纺丝原液)、或接枝共聚(在牛奶蛋白和聚丙烯醇或聚丙烯腈体系中催化发生高聚物接枝共聚制备出纺丝原液)，最后利用湿法纺丝成纤、固化、牵伸、干燥、卷曲、定形、分级、包装等[4,7,8]。

2 牛奶蛋白纤维的结构

严格来说，只有100%的酪素制备的纤维才叫做牛奶蛋白纤维，但是纯牛奶蛋白纤维的断裂强度比较低，在一定程度上限制了在其纺织行业中的应用。目前牛奶酪蛋白与聚丙烯腈或聚丙烯醇制成的纤维也叫作牛奶蛋白纤维，高聚物的引入提高了其断裂强度，国内牛奶蛋白纤维的主要组分如表1。而在有些报道中还有牛奶蛋白/纤维素共聚的黏胶基牛奶蛋白纤维，称为黏胶基牛奶蛋白纤维，但此种不常见[9]。牛奶蛋白纤维中含有17种氨基酸，具有很好的皮肤保健功能。

表1 国内牛奶蛋白主要组分

牛奶蛋白纤维外观呈乳白色，有着真丝般的柔和光泽和滑爽感。牛奶蛋白纤维横截面可以根据需求而改变，横截面上有很多细小的微孔，纵向表面有很多不规则的沟槽和海岛状的凹凸，这是因为纺丝的过程中纤维表面脱水，纤维取向较快而形成的[10]。牛奶蛋白纤维中酪蛋白组分大部分分布于纤维的无定形区，使纤维在高温水中容易产生酪素蛋白而溶解失去。聚丙烯腈基牛奶蛋白纤维在800C的水中处理80min后，失重可达8%。

3 牛奶蛋白纤维的性能

牛奶蛋白纤维的断裂强度高，比羊毛、棉、黏胶和蚕丝还好，其断裂伸长率也比棉纤维高，吸湿性比棉纤维也略好，密度低于棉花纤维，牛奶蛋白纤维与其他纤维的部分性能比较如表2[11]。另外，牛奶蛋白纤维的初始模量和抵抗变形能力也比较好。牛奶蛋白纤维的耐热性略差，温度48℃时开始失重，92.7℃时有一个热的分解峰，达到149℃时，失重可达到4%，因此对牛奶蛋白纤维或织物后处理时需要注意其耐热性。牛奶蛋白纤维的抗静电性比较差，带上静电之后很难消除，因此在纺纱或织物后整理时，需要注意静电因素。牛奶蛋白纤维表面的摩擦系数比较小，与蚕丝比较接近，纤维间的抱合力不大，容易产生滑移，不利于纺纱过程的顺利进行，需要加入适当的油剂。牛奶蛋白纤维与其他种类纤维表面静、动摩擦系数比较如表3[12]。

表2 牛奶蛋白纤维与其他纤维的性能比较

表3 牛奶蛋白纤维与其他种类纤维表面动、静摩擦系数

由于牛奶蛋白纤维是由两类高聚物共混、接枝或共聚的过程包括物理化学变化，纤维的化学特性是高聚物各自的特性和综合特性的组合。牛奶蛋白纤维遇热熔融，烧后有硬块且有烧毛发后的臭味。牛奶蛋白纤维耐碱性比羊毛还差，不能采用氯漂，耐酸性还不错。牛奶蛋白纤维制品可用染料种类比较多，如活性染料、弱酸性染料及中性染料，上染率高且速度快，染色较均匀。而羊毛纤维不用活性染料，牛奶蛋白纤维采用活性染料后，其耐洗牢度好、鲜艳度高，染较深颜色时需要充分皂洗[13-15]。 牛奶蛋白纤维经紫外线照射后，断裂强力下降很少。因此，牛奶蛋白纤维的耐光性很好。

牛奶蛋白纤维含有多种人体所必须的氨基酸，共包含17种氨基酸，具有很好的皮肤亲和力和护肤之功能。纤维中还含有丰富的天然蛋白保湿因子(因为牛奶蛋白纤维在制造过程中脂肪分解出的甘油，部分遗留到纺丝溶液中)，对人体皮肤又起到滋润作用，使皮肤更加细腻光滑。牛奶蛋白纤维不像其他蛋白纤维(羊毛、真丝)那样容易虫蛀，具有天然的杀菌作用，能够抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等，抑菌率高达80%以上且持久性强[5,16]。牛奶蛋白纤维还可以产生大量的功能性负离子可达到国际标准，从而净化空气，促进血液循环[17]，从而也在一定程度上起到抑菌的效果。牛奶蛋白纤维手感如羊绒和蚕丝般柔软、滑爽，具有吸湿、导湿性好的特点，使其有着较高的“睡眠舒适指数”[8]。此外，穿着牛奶蛋白纤维制作的内衣，还具有矫正身形的功能。

4 牛奶蛋白纤维的应用

牛奶蛋白纤维可纯纺，也可以与棉纤维、毛纤维、竹纤维、大豆纤维、苎麻纤维、合成纤维等混纺。牛奶蛋白纤维纯纺织物，手感柔软、滑爽、吸湿性好、抗菌消炎。牛奶蛋白纤维与棉纤维混纺，可提高织物的柔软性和亲肤性；与羊绒混纺，可改善其质感，制成薄型织物如牛奶羊绒大衣、内衣、外衣面料等；与麻纤维混纺，可制成外衣、T恤衫、衬衫等面料；与合成纤维混纺，可改善合成纤维的吸湿导湿性[18，19]。由于牛奶蛋白纤维综合性能优异，可采用机织、针织、非织造等方式，牛奶蛋白纤维可以用于多种服饰，如时装、童装内衣、床上用品、日常用品等方面。

由于牛奶蛋白纤维具有真丝般的柔和光泽，采用细特牛奶蛋白纤维纱制成的面料悬垂性极好、纹路也较清晰，还有丝鸣感给人以飘逸洒脱的感觉，故其是制作高档服装面料的理想面料。可以制作男女休闲服饰、女性时装、针织套衫、女士衬衫、牛仔裤、夏季T恤、日本和服等，又可以与其他种类纤维混纺，制成大衣、衬衫保暖服饰面料。用牛奶蛋白纤维制成的时装光泽柔和、雍容华贵、轻盈飘逸[20]。

牛奶蛋白纤维纺织品可以应用于女士内衣、睡衣、贴身短内裤、运动胸衣、儿童服饰面料等接触皮肤衣物。采用牛奶蛋白纤维制成的这些衣物柔软、轻便、滑爽、亲肤性，制成的内衣严冬时温暖如春，可吸收运动时产生的汗液，良好的透气性使您在酷夏也能感受到丝丝的凉意。另外，其纤维制品还具有杀菌、滋润皮肤的作用，人称“第二皮肤”。因此，牛奶蛋白纤维内衣要比纯棉内衣穿着更舒服。

牛奶蛋白纤维纺织品可以制作手套、短袜、帽子、连裤袜、围巾、浴巾、手帕、毛巾以及装饰线。因为手、脚和头部对寒冷比较敏感，皮肤细腻且容易滋生细菌，而牛奶蛋白纤维织物具有杀菌和滋润皮肤能力、手感较为柔软，故牛奶蛋白纤维是最佳的理想材料选择[2]。牛奶蛋白纤维还可以制作床上用品，日本东洋纺“Chinon”把湿传导性和温暖感二者结合起来，使床上用品兼具舒适性、功能性和抗菌性[2,7]。

5 展望

牛奶蛋白纤维具有合成纤维强度高、收缩小、耐磨性好等品质，又有天然纤维的柔软、吸湿透气、抗菌护肤等优点，是一种聚集合成纤维和天然纤维优点于一体的新型纺织纤维。但也具有二者共有的缺陷如天然蛋白纤维不耐强碱、高温收缩、氧化漂白易损失蛋白，以及色泽鲜艳度差、价格昂贵等缺陷，这些缺陷在一定程度上限制了牛奶蛋白产品的多样性。随着对牛奶蛋白纤维研究的深入，纤维改性技术的完善，其纤维综合性能会越来越优异，并且能充分地发挥出自身的潜在价值，应用领域也会越来越广。

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2016-09-03

郭昌盛(1988-)，男，硕士，研究方向：纺织纤维改性及功能性纤维材料。

蒋芳(1980-)，女，硕士，讲师。

TS102

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1008-5580(2016)04-0170-03