牛奶蛋白纤维的发展现状

吴 云，刘 茜，上海工程技术大学服装学院

牛奶蛋白纤维的发展现状

吴 云，刘 茜，上海工程技术大学服装学院

回顾了牛奶蛋白纤维的发展历史及现状，主要介绍了牛奶蛋白纤维的生产、结构与性能、应用等内容，并对纯牛奶蛋白纤维织物、牛奶蛋白纤维与羊绒、蚕丝等纤维混纺织物的特性及其在不同方面的应用进行了介绍。

再生纤维；牛奶蛋白纤维；结构；性能；应用

随着生活水平不断提升，人们对服用纤维性能要求越来越严格，对于服装已经超出了保暖、蔽体的要求，同时还要满足环保、保健等要求，天然纤维吸湿性好，制成的织物具有优异的服用性能，但受到种植和地域条件的限制，产量已经不能满足需求。近年来，特别是进入21世纪，人们对“环保”的呼声日渐高涨，再生蛋白纤维，以其出色的应用性能，越来越受到人们的重视。

牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维，俗称牛奶蛋白纤维，是利用牛奶中提取的酪蛋白与聚丙烯腈共聚或共混后通过湿法纺丝而形成，符合“环保”、“生态”的理念[1]。牛奶蛋白纤维又称“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[2]。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[3]。

1 牛奶蛋白纤维历史回顾

1.1 国外牛奶蛋白纤维发展史

国外对再生蛋白纤维的研究起步比较早，1866年英国人E.E.休斯首先成功地从动物胶中制出人造蛋白纤维，但未能实现工业化[1]。1904年，Toden Haupt用从牛乳中提炼出的酪素进行纺丝，得到酪素纤维[4]。牛奶蛋白源自于1935年意大利的SNIA公司和英国的coutaulds公司[3]。1935年意大利Snia公司成功研制了可用于纺织的酪素蛋白质纤维，两年后完成了工业化，建成1 200吨/年的生产线，其商品名称改为Merinova[5]。1942年前后，日本东京工业试验所在大豆蛋白提取和纤维成形方面做过较为系统的探索。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[3,4]。

实现真正意义上的牛奶蛋白纤维工业化的是日本的东洋纺公司，在20世纪70年代为了生产出能为人体吸收的手术缝纫线，Morimoto Saichi等研究这种被命名为“Chinon”的纤维，并发表了大量的研究报告[1]。但再生蛋白纤维的发展脚步并没有停止，利用转基因技术，将蜘蛛的基因移植到奶牛上，开发出具有高强度的可用于防弹衣的牛奶蛋白纤维[6]。如此种种再生蛋白纤维的研究越来越受到人们的关注。

1.2 国内牛奶蛋白纤维发展历史

我国对再生蛋白纤维研究起步较晚，在二十世纪50、60、70年代曾对再生蛋白纤维进行初步探索，但未获成功[7]。1995年，上海正家牛奶丝科技有限公司就独立开发研制出牛奶丝面料[4]。该公司是我国较早研究牛奶蛋白纤维的民营企业，经过多年钻研，牛奶丝生产技术已日趋成熟，国产牛奶蛋白纤维的主要化学和物理性能指标均已达到和接近日本同类产品的水平[3]。

江苏红豆实业股份有限公司2001年成功地开发了用100%牛奶蛋白纤维织造而成的红豆牛奶丝T恤衫。用牛奶蛋白纤维生产出的T恤衫[4]，面料质地轻柔，有悬垂感；穿着透气、导湿、爽身。牛奶蛋白纤维与羊毛、羊绒、蚕丝、棉、天丝、莫代尔等有很好的混纺性[3]。

2 牛奶蛋白纤维的生产

牛奶纤维的主要成分为蛋白质、水、脂肪、乳糖、维生素和灰分等，其中蛋白质是加工牛奶纤维的基本成分，其含固量11.4%，水分88.6%；固体成分中无脂乳固体占8.1%，脂肪占3.3%；无脂乳固体包括2.9%的蛋白质和4.5%乳糖，其余是维生素和无机物质[8,9]。

牛奶蛋白纤维的生产主要有两种，即纯牛奶蛋白纤维的生产和牛奶复合蛋白纤维的生产。由于纯牛奶蛋白纤维的生产成本较高，一般工业生产中较常采用的是牛奶复合蛋白纤维[10]。牛奶复合蛋白纤维是以牛乳作为基本原料，经过脱水、脱油、脱脂、分离、提纯，使之成为一种具有线型大分子结构的乳酪蛋白；再与聚丙烯腈采用高科技手段进行共混、交联、接枝，制备成纺丝原液；最后通过湿法纺丝成纤、固化、牵伸、干燥、卷曲、定形、短纤维切断（长丝卷绕）而成的[11]牛奶复合蛋白纤维。制成的牛奶蛋白纤维中包含牛奶蛋白质氨基酸大分子。

牛奶蛋白中含有多种氨基酸，具有天然保湿功效，能够很好地滋养肌肤。此外，牛奶蛋白纤维除具有牛奶蛋白的各种功效外，还具有与腈纶和维纶相当的高强度，以及具备防虫蛀与抗菌等功效，因此应用价值高[12-14]。

3 牛奶蛋白纤维的结构

严格来说，只有100%酪素制备的纤维才称为牛奶蛋白纤维，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称为牛奶蛋白纤维，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[3]。而在有些报道中还有牛奶蛋白/纤维素共聚的粘胶基牛奶蛋白纤维，但此种不常见[15]。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[3]。

表1 国内牛奶蛋白主要组成

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[3]。牛奶蛋白纤维横截面呈扁平状，哑铃形或腰圆形，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[16]，这是由于纺丝的过程中纤维表面脱水，纤维取向较快而形成的[17]，这使纤维具有优异的吸湿和透湿性能。牛奶蛋白纤维的聚集态结构为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，克服了合成纤维吸湿性差和天然纤维强度低的不足。

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[16]。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800℃的水中处理80 min后，失重可达8%[3]。

4 牛奶蛋白纤维的性能

牛奶蛋白纤维是一种新型再生蛋白质纤维，是集天然纤维与合成纤维优点于一身的纺织新原料，既具有合成纤维强度高、收缩小、防霉和防蛀的性能，又具有天然纤维柔软、吸湿、透气、染色好、色牢度强和无静电等优点。其光泽和导湿性能更为其他纤维无法比拟。另外，牛奶蛋白纤维又含有17种人体必需的氨基酸，亲肤性好，具有良好的保健性，是用酪蛋白制造的工业化纤维。但牛奶蛋白纤维干、湿热性和耐化学稳定性差，应用时需与其他纤维进行混纺。据报道，牛奶蛋白纤维与棉纤维混纺制成的产品可提高织物的亲肤性和柔软性，增加悬垂性和织物光泽，并且保持棉纤维的吸湿、透气、保暖等特点，提高产品档次[18]。

4.1 物理机械性能

牛奶蛋白纤维的断裂强度高，优于羊毛、棉、黏胶和蚕丝，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[19]。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因数比较小，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、动摩擦因数比较如表3[20]。

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、静摩擦因数

4.2 天然保健性

牛奶纤维具有较好的保健功能，牛奶中的食用蛋白对皮肤有营养作用，与人体接触不会发生不良反应，具有独特的润肌养肤、抗菌消炎的功效。牛奶蛋白纤维与人体肌肤亲和性好，含有多种人体所必需的氨基酸，具有良好的持久保健作用[2]。

4.3 优良的吸湿导湿性与吸热放热性

吸湿导湿方面，牛奶蛋白纤维断面为不规则圆型，断面中布满空隙，纵向有许多沟槽，蛋白质分子分布在纤维的表面，含有天然蛋白保湿因子和大量亲水基团，可迅速吸收人体汗液，通过沟槽快速导入空气中散发，使人的肌肤始终保持干爽状态。吸热放热方面，纤维立体多隙的微孔结构和纵向表面的沟槽结构决定了纤维有冬暖夏凉特性[21]。

4.4 绿色环保性

牛奶纤维是根据天然丝质本身所含的蛋白质较高的原理，将液态牛奶去水、脱脂、加上揉合剂制成牛奶浆，再与某种大分子化合物接枝共聚技术相结合加工的纤维，蛋白质是牛奶纤维的基本原料，它是食用蛋白质，可以生物降解，不会对环境产生污染[2]。

4.5 独特的丝鸣感

牛奶纤维具有真丝般的手感，柔和优雅的光泽，具有真丝一样的丝鸣感，风格独特，给人以飘逸洒脱的感觉[2]。

4.6 化学染色性能

牛奶蛋白纤维有很好的耐碱性，较好的耐酸性和耐光性[4]。牛奶蛋白纤维本色为淡黄色，似柞蚕丝色，可用酸性染料、活性染料染色[22]。其上染率高且上染速度快，染色均匀透彻，不易褪色，尤其是产品采用活性染料染色后，色彩艳丽、光泽鲜亮，且耐日晒、汗渍牢度良好，与蚕丝产品相比解决了染色鲜艳与染色牢度之间的矛盾[22]。

4.7 舒适性能

由于牛奶蛋白纤维具有光滑、柔软的手感和较好的温暖感，纤维密度小，由它加工制成的服装穿着时非常轻盈舒适，而且该纤维能快速吸收水分，吸湿后能迅速将水分导出。湿润区不会像真丝或棉一样黏贴在身上而又能保持真丝般的光滑和柔顺，不会产生闷热等不舒服感，由于该纤维是蛋白质纤维，因此具有自然水分保持性和氨基酸的常规性能。穿着由牛奶纤维制成的服装不会使皮肤感觉干燥。同时，牛奶蛋白纤维能够迅速吸收并传导汗液，使皮肤保持真丝般的光滑和鲜嫩。人体在皮肤干燥时能渗出水分，当皮肤由于出汗而有过量的水分时会自行干燥。这是由于皮肤蛋白中氨基酸的作用，由于牛奶蛋白纤维是用蛋白质制造的纤维，因此也具有同样的水分吸收和扩散性能。舒适性能还表现在牛奶蛋白纤维洗涤后能速干，汗液可被迅速吸收，而保持皮肤干爽舒适[17,23]。

4.8 安全耐用

牛奶蛋白纤维上染率高，色牢度达4级以上，染色后仍保持该产品原有的性能；具有天然抑菌功能，比羊毛、羊绒防霉防蛀强度高，耐穿耐洗易贮藏；水洗后易干，洗涤后仍可保持产品永久性能等[24]。

牛奶蛋白纤维开发的各种贴身高档服饰，具有科技含量高、附加值高和绿色环保等理念。牛奶蛋白纤维吸湿导汗、舒爽透气、悬垂性好、其保暖性与棉相近。

5 牛奶蛋白纤维的应用

牛奶蛋白质纤维作为21世纪“绿色”、“保健”型纺织品的代表[16]，具有独特的天然抗菌性能。由于纤维中富含蛋白质，牛奶蛋白纤维对人体皮肤有良好的营养和保护作用，与人体接触时不会有不良反应的产生。以它为原料所加工的针织物外观光泽柔和，透气保湿性能和悬垂性好；以它为原料所加工的机织面料，织物外观色彩鲜艳，尺寸的稳定性好，容易清洗而且晾干速度快，手感顺滑柔软。这种纤维所制成的织物，符合人们追求的衣着功能化、保健化和个性化，有很好的穿着舒适性，又有理想的外观效果，在纺织业中具有十分广阔的应用前景[25]。牛奶蛋白质纤维已成为国际、国内市场消费的潮流，也满足了消费者对服饰绿色环保、健康、时尚的追求[16]。

牛奶蛋白纤维可以纯纺，也可以与羊绒、蚕丝、绢丝、棉纤维、毛纤维、麻纤维、竹纤维、大豆纤维、苎麻纤维、合成纤维等混纺，制成具有牛奶纤维特性的织物，可开发高档内衣、衬衫、家居服饰、男女T恤、牛奶羊绒裙、休闲装、家纺床上用品等[3,16]。

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，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。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[3]。

5.1 牛奶蛋白纤维织物的特性

以下主要介绍了纯牛奶蛋白纤维以及与羊绒、羊毛、棉、蚕丝等纤维混纺织物的特性。

5.1.1 纯牛奶蛋白纤维织物

牛奶蛋白纤维能润湿皮肤且保健、抑菌，是生产内衣的理想原料。牛奶蛋白纤维重要的原料是牛奶酪蛋白，它能营养和光滑肌肤。牛奶蛋白含有天然的保湿因子，能够牢牢地抓住水分保持皮肤中的水分，使皮肤柔软、光滑并减少皱纹，可实现人们所梦想的“牛奶浴”[26]。

5.1.2 与羊绒混纺的织物

混纺纱的强度高于纯羊绒纱，可提高织物的服用性能及抗起球性。用这种织物制作的衣服穿着舒适、透气且有令人愉悦的光泽。同时，它柔软的手感以及保暖性能可与羊绒毛衫相媲美，且成本比羊绒更低，因此市场需求较多。

5.1.3 与羊毛混纺的织物

这种织物综合了牛奶纤维手感柔软、有光泽、吸收性能优良和湿态性能好与羊毛弹性和保暖性好的优点，穿着舒适、轻盈且有良好的保暖性能。它避免了纯羊绒织物贴身穿着时的刺痒感[26]。同时，牛奶纤维具有天然的抑菌性能，比羊毛更加防霉抗蛀，因此它耐穿耐洗且易于收藏。

5.1.4 与棉混纺的织物

由牛奶纤维与棉混纺的产品能够提高面料的保健性和柔性，改善悬垂性及光泽，并保持棉纤维的优良性能如吸湿性、透气性及保暖性等，提高产品的档次。适用于开发内衣、居家服、休闲服以及高档的睡衣等产品。

5.1.5 与丝混纺的织物

保持蚕丝的光泽的同时，它还消除了由蚕丝引起的不耐汗性能，并增强了悬垂性、吸湿性及导湿性能，使手感更加柔软。牛奶纤维与蚕丝混纺的机织物光滑优雅，柔软高贵，感觉非常细腻且色彩鲜艳[26]。

5.1.6 与蚕丝及弹性纤维交织的织物

所制成的外套柔软且具有合适的弹性，它不仅具有牛奶纤维服装所具有的特性，还适用于加工具有舒适柔软特性的针织运动衫、紧身衣及漂亮的内衣。

5.2 牛奶蛋白纤维的应用

牛奶蛋白纤维是继第一代天然纤维和第二代合成纤维后的新一代纤维，它用生物工程的方法把牛奶酪蛋白纤维导入合成纤维，这是纺织材料中新的里程碑。它具有优异的导湿、透气性，健康、绿色，与染料的亲和性好，易打理，可以防蛀、防虫、防老化。因此，牛奶蛋白纤维可应用在纺织上的许多方面[2,13]。牛奶蛋白纤维制成的面料，有身骨，有弹性，尺寸稳定性好，耐磨性好，光泽柔和，质地轻盈，给人以高雅华贵、潇洒飘逸的感觉，加之柔软丰满的手感，良好的悬垂性能，丰满自然而具有美感[17,23]。

5.2.1 纱线方面

牛奶蛋白纤维与其它纤维混纺，不仅保留了原有纤维的特性，也使得面料更加具有独特的个性和品质。如今国内市场上牛奶蛋白纤维品种较为齐全，主要有83.33 dtex、111 dtex、166.65 dtex牛奶蛋白纤维长丝，1.67 dtex×38 mm牛奶蛋白短纤，2.78 dtex×88 mm牛奶蛋白短纤毛条，牛奶蛋白纤维纯纺纱线以及与羊绒、羊毛、蚕丝、天丝、棉、莫代尔等其他纤维混纺纱线[23,24]。

5.2.2 机织面料和针织面料方面

目前，牛奶蛋白纤维的面料市场主要有Pw、Lm、Sm、Am等四大系列。Pw、Lm系列是以100%牛奶纤维织造的针织平纹面料和罗纹面料，适合制作男女T恤、内衣等休闲家居服装。Sm系列面料集牛奶纤维和真丝的优点于一身，既有牛奶丝纤维轻盈、爽滑、悬垂性好的特性，又具有真丝柔中带韧、光洁艳丽的风格，是纺织界独创的新型面料，特别适宜制作唐装、旗袍、晚礼服等高级服装。Am系列是将牛奶纤维加入氨纶织造的弹力面料，是一种特殊的复合型面料，具有柔软、弹力适度的优点，兼具牛奶纤维独有的特性，适合制作针织运动上衣、韵律健身服和美体内衣[2]。

5.2.3 家纺方面

以牛奶蛋白纤维与其他纤维混纺交织的家纺面料，质地细密轻盈，透气爽滑，面料光泽优雅华贵，色彩艳丽。以牛奶蛋白纤维绒为填充物制成的牛奶被温顺松软，保温性能良好且富有弹性，具有促进睡眠，防螨抗菌，有益健康的功能，特别适用于过敏体质的人群使用[23]。

5.2.4 非织造布方面

由于牛奶纤维的独特性能，使用其加工的非织造布亦具有优良的性能，加工的非织造布产品主要有绷带、纱布、妇女卫生巾、婴儿和成人尿不湿、外科敷贴材料等产品。上述产品蓬松，吸湿性和透气性好，不污染环境，对皮肤有调理作用，可防止皮肤干燥，使用时柔软舒适，有消炎抑菌作用和抗菌功效；产品无副作用，对皮肤无刺痒感，能促进肌体快速恢复，还具有防臭性。根据产品不同的最终用途，可以开发各种各样的高档系列产品。因此，用牛奶纤维制成的非织造布将成为一种具有较高研究价值的非织造布，将在医疗和卫生领域中得到广泛的应用[2]。

6 结语

牛奶蛋白纤维作为纺织品的一种新型纺织材料，具有良好的性能，是绿色、环保、舒适、健康的高档纤维，可以满足人们多方位的需求，因此其应用越来越广泛。

牛奶蛋白纤维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，含有多种人体所必须的17种氨基酸以及丰富的天然蛋白保湿因子，具有很好的皮肤亲和力和滋润护肤之功能，使皮肤更加细腻光滑。牛奶蛋白纤维有着较高的“睡眠舒适指数”，穿着牛奶蛋白纤维制作的内衣，还具有矫正身形的功能。其纤维制品还具有杀菌、滋润皮肤的作用，人称“第二皮肤”。除此之外，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，也在一定程度上起到抑菌效果。

与此同时，牛奶蛋白纤维也存在耐热性差、化学稳定性较低、机织物易起皱、原纱颜色难去除、价格相对较高、生产规模小、产量低等一些不足之处。

我国是一个畜牧业大国，蛋白质资源丰富，具有大力开发应用牛奶蛋白纤维的稳固基础及广阔前景，有利于推动经济发展。随着人们对于牛奶蛋白纤维研究的不断深入，以及纺织科技的发展，生产工艺的逐步完善和成熟，这些问题有望得到解决。因此，牛奶蛋白纤维将具有十分广阔的开发前景和发展空间。

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Development Status of Milk Protein Fiber

The development history and present situation of milk protein fiber are reviewed.The production,structure and properties of milk protein fiber is mainly introduced.The characteristics and application of pure milk protein fiber fabric,milk protein fiber and cashmere and silk fiber are also introduced.

regenerated fiber;milk protein fiber;structure;performance;application

吴云（1993-），女，在读硕士研究生，主要从事功能性纺织材料研究。

刘茜（1978-），女，副教授，主要从事功能性纺织材料的研究与纺织品的设计。

刘茜，E-mail:liuqianfangzhi@126.com。