蛹蛋白纤维和大豆蛋白纤维的性能测试与分析

王 琳，陈 理，陈 斯

(河南工程学院纺织学院，河南郑州 450007)

再生蛋白质纤维是以天然蛋白质为原料，通过适当的化学和机械方法加工而制成的。蛹蛋白纤维是将蚕蛹蛋白溶液与高聚物共混或接枝后纺丝。大豆蛋白纤维是将大豆中提取的蛋白质与高聚物混合或接枝后纺丝[1]。通过对黏胶基蛹蛋白纤维、维纶基大豆蛋白纤维进行测试，并且分别与普通黏胶纤维和维纶纤维进行对比分析，全面了解蛹蛋白纤维和大豆蛋白纤维的性能特点，为进一步应用再生蛋白质纤维提供参考。

1 试验

1.1 试样

选取长度同为38mm、线密度同为1.78dtex的蛹蛋白纤维、大豆蛋白纤维、黏胶纤维和维纶纤维进行试验。

1.2 试验仪器与方法

利用Quanta250型扫描电子显微镜观测纤维的纵向形貌特征，纤维经过喷金处理。利用Nicolet 6700型傅里叶变换红外光谱仪测定纤维组成成分，KBr压片制样，扫描次数32次。利用D8 ADVANCB X射线衍射仪分析纤维结构。利用YG747型八篮烘箱测试纤维的回潮率。利用XQ-2型强力仪测试纤维断裂强度和断裂伸长率。利用Y151型纤维摩擦因数仪测试纤维摩擦性能。

2 试验结果与分析

2.1 纵向形貌特征

观测到蛹蛋白纤维、大豆蛋白纤维、黏胶纤维、维纶纤维的纵向形貌如图1～图4所示。

图1 蛹蛋白纤维的纵向形貌

图3 黏胶纤维的纵向形貌

图4 维纶纤维的纵向形貌

从图1和图3可以看出，蛹蛋白纤维纵向有明显的沟槽，与黏胶纤维形态相似，这是由于二者均采用湿法纺丝，纺丝液在液体凝固浴中固化成丝，表层和芯层凝固冷却速度不同，这些沟槽使得纤维的比表面积增加，在织物中能够产生较强的毛细管效应，使得织物具有良好的吸湿放湿性能。在成纱过程中，由于纤维表面存在沟槽一定程度上使得纤维间的摩擦力和抱合力增大。由于大豆蛋白纤维和维纶纤维也都采用湿法纺丝，从图2和图4可以看出，两种纤维的形态相似，纵向也都有沟槽，但没有蛹蛋白纤维和黏胶纤维的沟槽明显。

2.2 红外光谱分析

观测到蛹蛋白纤维、大豆蛋白纤维、黏胶纤维、维纶纤维的红外光谱曲线如图5所示。

(1、蛹蛋白纤维；2、大豆蛋白纤维；3、黏胶纤维；4、维纶纤维)

从图5可以看出，四种纤维在3400cm-1有宽而强的吸收峰，归属于-OH的伸展振动，2900cm-1的吸收带归属于-CH伸缩振动，1650cm-1附近是H-O-H的伸缩振动，1050cm-1处为C-O-C伸缩振动峰。蛹蛋白纤维与粘胶纤维的特征峰近乎重合，这说明了蚕蛹蛋白纤维与粘胶纤维主要成分相同，都是纤维素。大豆蛋白纤维与维纶纤维的光谱指纹区与峰位一致，说明了大豆蛋白纤维与维纶纤维主要组成都是聚乙烯醇。蛹蛋白纤维与大豆蛋白纤维在1600cm-1～1690cm-1处存在酰胺Ι峰和酰胺Ⅱ峰，这些是蛋白质酰胺键的特征吸收峰[2]，说明蛹蛋白纤维与大豆蛋白纤维中存在蛋白质成分。

2.3 X射线衍射分析

观测到蛹蛋白纤维、大豆蛋白纤维、黏胶纤维、维纶纤维的X射线衍射图像如图6所示。

图6 四种纤维的X射线衍射图

(1、蛹蛋白纤维；2、大豆蛋白纤维；3、黏胶纤维；4、维纶纤维)

由图6可以看出，蛹蛋白纤维与粘胶纤维的X射线衍射图谱大致相同，特征峰的2θ角分布在12.3°、20.1°、21.3°左右。大豆蛋白纤维与维纶纤维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，这是因为蛹蛋白纤维与粘胶纤维的结构相近，仍表现出纤维素Ⅱ晶型特征，大豆蛋白纤维与维纶纤维结晶结构相同，即大豆蛋白纤维的改性接枝或共聚并没有改变聚乙烯醇的结晶结构[3]。

2.4 强伸性能分析

测得蛹蛋白纤维、大豆蛋白纤维、黏胶纤维、维纶纤维干态和湿态下拉伸性能结果见表1：

表1 纤维的强伸性能

由表1可以看出，无论干态或湿态条件下，蚕蛹蛋白纤维的断裂强度小于大豆蛋白纤维，这是由于黏胶基材的强度小于维纶基材。蚕蛹蛋白纤维的断裂强度小于黏胶纤维，大豆蛋白纤维的断裂强度小于维纶纤维，这说明蚕蛹蛋白和大豆蛋白的加入影响了黏胶与维纶基材的力学性质。黏胶纤维的湿态断裂强度下降明显，这是因为水分子进入纤维内部，大分子之间结合力变小，大分子相互之间容易滑脱，导致强力下降而伸长率增加。蚕蛹蛋白纤维与维纶纤维的湿态断裂强度下降不明显。

2.5 回潮率分析

实测蛹蛋白纤维、大豆蛋白纤维、黏胶纤维、维纶纤维的回潮率分别为11.9%、5.6%、13.1%和4.8%，表明蛹蛋白纤维和黏胶纤维吸湿性好，这是因为两种纤维主要组成是纤维素，从纤维红外谱图也可以看出，两种纤维含有大量的-OH，属强极性的亲水性基团，同时这两种纤维表面有纵向沟槽，也有利于水分子的传输和吸湿能力的提高。大豆蛋白纤维和维纶纤维吸湿性能也较好，但是明显低于蛹蛋白纤维和黏胶纤维，这是因为纤维缩醛化后-OH减少。

2.6 摩擦性能分析

表2 摩擦性能测试

从表2可看出，蛹蛋白纤维与黏胶纤维的动静摩擦系数接近，均小于大豆蛋白纤维。纤维的动摩擦系数小于静摩擦系数。摩擦系数小的纤维必须加适当的卷曲，以保证其有一定的抱合性提高其可纺性。

3 结论

通过对蛹蛋白纤维、大豆蛋白纤维、黏胶纤维和维纶纤维进行扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、拉伸性能、吸湿和摩擦性能测试，得到以下结论：

蛹蛋白纤维与黏胶纤维纵向形态相似，有明显的沟槽，大豆蛋白纤维和维纶纤维纵向形态相似，也都有沟槽，但没有蛹蛋白纤维和黏胶纤维的沟槽明显。蛹蛋白纤维与黏胶纤维的红外特征峰近乎重合，两者主要成分相同，都是纤维素；大豆蛋白纤维与维纶纤维的光谱指纹区与峰位一致，两者主要组成都是聚乙烯醇。蛹蛋白纤维与黏胶纤维的X射线衍射图谱大致相同，表现出纤维素Ⅱ晶型特征；大豆蛋白纤维与维纶纤维的衍射峰的位置基本相同，大豆蛋白纤维的改性接枝或共聚并没有改变聚乙烯醇的结晶结构。蚕蛹蛋白纤维的断裂强度小于大豆蛋白纤维；蚕蛹蛋白纤维的断裂强度小于黏胶纤维；大豆蛋白纤维的断裂强度小于维纶纤维。大豆蛋白纤维吸湿性能低于蛹蛋白纤维。蛹蛋白纤维的动静摩擦系数小于大豆蛋白纤维。