人造蚕丝蛋白纤维开发现状及应用前景

2020-11-26

中国纤检 2020年4期

蚕丝生产的发明技术最早源于我国，至今已有5000余年的历史。从古至今我国都是世界上蚕丝生产和出口大国。古代丝绸也是我国长期对外贸易的主要商品，经历几个世纪而经久不衰，从而孕育了举世闻名的“丝绸之路”而享誉世界，“丝绸之路”是一条连接中国腹地与欧洲诸国的陆上商业贸易通道，也是一条东方与西方之间经济、政治、文化进行交流的主要道路。

蚕丝是一种主要由蛋白质组成的天然纤维，有着其他纤维无法比拟的优良特性，它有良好的吸湿、保暖性，用它纺织的丝绸面料柔顺且有质感，表面光滑，对人体的摩擦刺激系数在各类纤维中是最低的，与人体有很好的生物相容性，所以蚕丝素有“人体第二皮肤”的美誉，被业界称为“纤维皇后”，服用性能极佳。

近年来，随着多种新型纤维的问世以及传统养蚕种桑区域的减少，大大降低了蚕丝在传统纺织材料中的占比。另外由于桑蚕丝缫丝加工工艺一直比较落后，对环境对人体都有不小的危害，造成桑蚕丝产量一直不高，满足不了人们的消费需求，从而催生了人造蚕丝蛋白纤维的研究。

1 人造蚕丝蛋白纤维及其研究现状

人造蚕丝蛋白纤维是指利用蚕丝下脚料和废旧回收蚕丝丝绵以及其他动植物蛋白为原料，经溶解为丝素蛋白溶液，一般用湿法纺丝而成的纤维。

有关人造蚕丝蛋白纤维的研究开发最早来源于日本仿生学的研究[1]。上世纪初，日本就有人研究叫作“再生蚕丝”，苏联也有相关报道《丝朊纤维原液的制备及纺丝》[2]，但技术上都不成熟，没有实现产业化。到1979年，日本有人发表了关于人工绢丝专利，1983年又有报道制得丝蛋白水溶液，用湿法纺丝。2017年瑞典和德国的科学家计划开始生产一种低成本的人造丝绸，目前，他们已经使用乳清蛋白成功生产出少量人工丝绸。

国内早期开展此项研究的主要有四川乐山的封纪述[2-3]，上世纪80年代封纪述曾经与成都科技大学合作，利用蚕丝下脚料研制改性蚕丝[3]。另外复旦大学高分子科学系的邵正中团队在再生蚕丝的制备及其结构和性能方面也做了初步研究[4,5]，纺制出了力学性能优于天然蚕丝的再生蚕丝纤维。西南大学的张袁松做了蚕丝和蜘蛛丝再生蛋白纤维方面的研究[6]，苏州大学材料工程学院的左保齐等人在再生丝素纤维的纺制及其结构性能方面做了研究[7,8]，西安工程大学的沈兰萍等人做了再生蚕丝蛋白纤维的结构研究[9,10]，四川大学近年来也在人造蚕丝蛋白纤维结构性能等方面做了大量的研究工作[11-13]。这些都为人造蚕丝蛋白纤维的发展做出了基础性研究贡献。

人造蚕丝蛋白纤维研究历史已近一个世纪了，但目前大多还只是停留在研发阶段，结构性能还有待更进一步提升，需要解决和改进的问题还有很多，比如纤维成丝工艺的优化、纤维强度的提升、纤维染色工艺的研究、纤维功能性的附加等方面，要实现工业化生产还有待时日，针对目前国内外的研究形势，我国科研机构应积极努力，使这项技术早日落户中国，否则不久的将来，我国可能成为人造蚕丝纤维的进口大国，从而失去往日丝绸产业的地位。

2 人造蚕丝蛋白纤维与天然蚕丝相比的优势

天然蚕丝生产周期长、产量低，缫丝过程复杂，生产工艺污染环境、对人体有有害影响，而且在土地资源越来越紧张的当代经济环境下，天然蚕丝的生产也面临着发展空间极度压缩的困境，另外天然蚕丝染色牢度一直不好。与天然蚕丝相比，人造蚕丝蛋白纤维产量可控，品质可塑；可以大批量机械化生产，生产效率高，大大降低生产成本，减少缫丝工艺对环境和人体的危害。另外，人造蚕丝蛋白纤维在纤维熔融染色、纤维强度以及赋予其功能性等提升其物理、化学性能方面都有很大的改性提升空间。

3 人造蚕丝蛋白纤维与其他合成纤维相比的优势

人造蚕丝蛋白纤维的制造原料是来之自然界的动、植物蛋白质物质，有着巨大的资源可供选择和利用，如含动物蛋白的各种鱼、肉、蛋、奶类加工下脚料、过期产品、废料等，如植物蛋白的各种豆、籽、米加工副产物，及其他富含蛋白的植物等，都是可再生资源。可以说是取之不尽，用之不竭，而且是一种废物利用，有利于减轻社会活动对环境污染的压力，有利于绿色可持续经济的发展。而反观其他合成纤维，制造原料最终都来源于石油，而石油是一种不可再生资源，而且合成纤维大多是不易降解的，废旧纤维不利于回收利用，不利于经济的可持续发展。

另外，人造蚕丝蛋白纤维在组成上与天然蚕丝相同，服用性能极佳，无论是制作服装还是作为絮用纤维填充料，都有着无可比拟的优势。

4 人造蚕丝蛋白纤维的应用前景

由于人造蚕丝蛋白纤维优良的理化特性，其应用领域也必将突破目前天然蚕丝在纺织领域的应用，根据加工工艺的不断改进，以及高附加值功能性的植入，其在工业领域、航天领域的应用也是极有发展空间的。现代的消费理念不仅要舒适、健康，还要有时尚、富有各种功能性，甚至不久的将来还要实现智能化、万物互联的地步。而这些功能的实现，天然纤维是不具有的，不易改性的，所以在这方面，人造蚕丝蛋白纤维更有巨大的优势。另一方面，人造蚕丝蛋白纤维易降解，环境友好，有利于经济的可持续发展，其应用前景非常广阔。