蚕蛹蛋白粘胶长丝的理化性能与应用研究

摘要：

蚕蛹蛋白粘胶长丝集真丝和粘胶人造丝优点于一身，具有很好的织造性能和服用性能，文章介绍了蚕蛹蛋白粘胶长丝的形态结构、氨基酸组成与性能、纤维制取和产品的开发。

关键词：蚕蛹蛋白粘胶长丝；形态结构；氨基酸组成与性能；纤维的制取和产品开发

Physical and Chemical Properties of Pupa Protein Viscose Filament Yarn and Its Application Research

Abstract：Having good herstellbar and wearability, Pupa protein viscose filament yarn combines the advantages of both silk and viscose. This paper mainly focus on the morphostructure of Pupa protein viscose filament yarn, its composition and performance, manufacture and product development.

Key Words：Pupa protein viscose filament yarn；Morphostructure；Amino acidcomposition and performance；Product development

蚕蛹蛋白纤维分为蚕蛹-粘胶共混纤维和蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维两个品种。目前，使用较多的是蚕蛹-粘胶共混纤维，称为蚕蛹蛋白粘胶长丝。

蚕蛹蛋白粘胶长丝是综合利用高分子改性技术、化纤纺丝技术、生物工程技术将蚕蛹经特殊的生产工艺配制成纺丝液，再与粘胶按比例共混纺丝，在特定条件下形成的具有稳定皮芯结构的蛋白纤维，由于蚕蛹蛋白液与粘胶的物理化学性质不同，使蚕蛹蛋白主要聚集在纤维表面。蚕蛹蛋白粘胶长丝集真丝和粘胶人造丝优点于一身，具有舒适性、亲肤性、染色鲜艳、悬垂性好等优点，其织物光泽柔和，手感滑爽，吸湿、透气性好，作为纺织原料，它具有很好的织造性能和服用性能。

1蚕蛹蛋白粘胶长丝的基本结构形态

蚕蛹蛋白粘胶长丝有金黄色和浅黄色两种，纤维表面富有18种氨基酸。这种蛋白纤维是由两种物质构成――纤维素和蛋白质，具有两种聚合物的特性，属于复合纤维的一种，两种组分在纤维横截面上的配置类型，从理论上来分析，由于蚕蛹蛋白液与粘胶的物理化学性质不同，特别是它们的黏度相差很大，使蚕蛹蛋白液与粘胶的混合纺丝液经酸浴凝固形成时，蛋白质主要分布于纤维的表面，因此蚕蛹蛋白粘胶长丝属于皮芯型。纤维切片经显微镜下观察，纤维素部分呈白色略显浅蓝，在纤维切面的中间，蛋白质呈蓝色，而在纤维切面的，整个切面形成皮芯层结构。蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维颜色呈淡黄色。图1所示为蚕蛹蛋白粘胶长丝经考玛斯亮蓝R-250染色后，在400倍显微镜下纤维切片的照片。图A为蚕蛹蛋白粘胶长丝30Nm/50F(做切片时采用水分散，区分效果更明显)，图B为蚕蛹蛋白粘胶长丝30Nm/50F（甘油分散）。

2蚕蛹蛋白纤维的氨基酸组成

蚕蛹蛋白纤维的氨基酸组成见表1。

蚕蛹蛋白纤维是由18种氨基酸组成的高蛋白纤维，蛋白质集于化纤表面，它与纤维素形成分子上的结合，十分牢固，蛋白质中氨基酸含量达60%，其中8种为人体所必需，一种是婴儿营养所必需，另外还含有维生素B2、脱氧核苷酸等特殊成分。具体而言，这18种氨基酸大多是营养物质，与人体皮肤的成分极为相似，其中丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸等具有促进细胞新陈代谢、加速伤口愈合、防止皮肤衰老的功能；丙氨酸可防止阳光辐射及血蛋白球下降，对于防止皮肤瘙痒等皮肤病均有明显的作用；还对肩周炎、风湿性关节炎、胃炎和干性皮肤的滋润等均有保健作用。

图A 切片采用水分散的照片图B 切片采用甘油分散的照片

图1蚕蛹蛋白长丝染色后在显微镜下纤维切片照片

表1蚕蛹蛋白粘胶长丝所含氨基酸百分比

3蚕蛹蛋白纤维的性能

（1）蚕蛹蛋白纤维的物理机械性能

①蚕蛹蛋白粘胶长丝与蚕丝、粘胶长丝物理机械性能对比见表2。

②蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维

蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维干强为1.41cN/dtex～2.29cN/dtex，断裂伸长率10%～30%。

蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维中含有天然高分子化合物（蚕蛹蛋白）和合成成分（聚丙烯腈），它具有蛋白纤维吸湿性、抗静电性、舒适性好等特点，同时又具有聚丙烯腈的手感柔软、保暖性好等优良特性。

（2）蚕蛹蛋白纤维的化学性能

蚕蛹-粘胶共混纤维为皮芯层结构，纤维素部分在纤维的中间，蛋白质在纤维的外层。所以，很多情况下蚕蛹-粘胶共混纤维表现的是蛋白质的两性性质，酸和碱都会促使蛋白质水解，但酸对它的作用较弱，而碱对它的作用则强得多。试验证明，5%的盐酸使其强力下降2.9%，而在2%的氢氧化钠作用下，它的强力下降9.3%。蚕蛹蛋白粘胶长丝的另一优点是它的抗虫蛀、耐霉性好。蛋白质中含有较多的氨基等强亲和基因，这为活性染料中温中性染色提供了基础。

蚕蛹蛋白与丙烯腈接枝共聚纤维同时含有聚丙烯腈和蚕蛹蛋白分子，它同时表现出两种纤维的化学性能。

（3）蚕蛹蛋白纤维的生物性能

蛋白质位于蚕蛹-粘胶共混纤维的外层。人们在穿着用蚕蛹蛋白-粘胶共混纤维长丝制成的织物时，与人体直接接触的是蛋白质，所以它对皮肤具有良好的相容性和保健性。例如，对于防止皮肤瘙痒等皮肤病有明显的作用，对干性皮肤的滋润有保健作用。

4蚕蛹蛋白纤维的制取

（1）蚕蛹-粘胶共混纤维

①纺丝用蚕蛹蛋白的制备

首先将经过选择的新鲜蚕蛹经烘干、脱脂、浸泡，在碱溶液中溶解后，进行过滤，用分子筛控制分子量，再进行脱色处理，调节等电点，进行水洗，最后经脱水、烘干制得蚕蛹蛋白，将蚕蛹蛋白溶解成蚕蛹蛋白溶液，加化学修饰剂修饰后，与高聚物共混即可纺丝。纺丝用蚕蛹蛋白的组分和用量为：蚕蛹蛋白35%～39%，化学试剂2%～5%，高聚物55%～65%。其中化学修饰剂为丙烯腈或丙烯酰胺；高聚物为聚乙烯醇、丙烯腈、粘胶、丙烯酰胺。

②蚕蛹蛋白纺丝液体的制备

将对分子质量在1万～8万之间、蛋白质含量在75%以上的蚕蛹蛋白，放入温度为60℃左右的软水中反复漂洗，直至蚕蛹蛋白充分澎润，漂洗液的pH值为6～7，然后脱水，得到漂洗后的蚕蛹蛋白。

按蚕蛹蛋白：氢氧化钠=1:0.08～1:0.2（固体重量比）的氢氧化钠水溶液中，恒温搅拌3h～5h，得到蚕蛹蛋白液体。

将上述蚕蛹蛋白液体降温至40℃～45℃，加入浓度为0.05%～0.3%过氧化氢进行引发后，再按蚕蛹蛋白：丙烯酰胺或丙烯腈=1:0.1～1:0.3（固体重量比）加入丙烯酰胺或丙烯腈，经充分搅拌得到蚕蛹蛋白纺丝液体。蚕蛹蛋白纺丝液的组成及配比为：蚕蛹蛋白15%～20%，丙烯酰胺或丙烯腈1.5%～6%，软水77%～80%，氢氧化钠0.7%～4%，过氧化氢0.05%～0.1%。

③蚕蛹蛋白复合长纤维（蚕蛹-粘胶共纺纤维）的制取

按蚕蛹蛋白：氢氧化钠=1:0.08～1:0.2（固体重量比），将蚕蛹蛋白溶液在温度为45～50℃、浓度为1.2%～2%（重量比）的氢氧化钠水溶液中，经过滤得到蚕蛹蛋白溶液，再在温度为40℃～45℃的蚕蛹蛋白溶液中加入0.5%～1%的过氧化氢进行引发后，按蚕蛹蛋白：丙烯酰胺=1:0.1～1:0.15（固体重量比）加入丙烯酰胺，经充分搅拌得到蚕蛹蛋白纺丝液。

按蚕蛹蛋白：粘胶=1:2～1:2.5（固体重量比），将蚕蛹蛋白纺丝液同粘胶纺丝液分别脱色后，在常温下共混，采用纺前注射和静态混合直接纺丝，制得纤维。

最后，将纤维在45℃～55℃凝固浴中进行处理，然后将经凝固浴后的纤维用醛化液进行醛化处理1 h～3h。凝固浴的组成及浓度（g/l）为：硫酸钠250～360，硫酸80～130，凝固浴的比重为1.25～1.32。醛化液的组成及浓度（g/l）为：甲醛25%～50%，硫酸7%～25%，硫酸钠130%～250%。

（2）蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维

①蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维纺丝原液的制备

第一步是配制蚕蛹蛋白硫氰酸钠溶液：取硫氰酸钠（分析纯），加入无离子水，配制成50%～75%的硫氰酸钠浓溶液，再取固定量的蚕蛹蛋白（相对分子质量为1万～6万）溶于50%～75%浓溶液中，溶解温度为50℃～80℃，溶解时间为30min～120min，经过滤再加入无离子水45%～48.5%的蚕蛹蛋白硫氰酸钠溶液。

第二步是配制聚合液：按比例将蚕蛹蛋白硫氰酸钠溶液83.62%～89.445%（重量百分比下同）、丙烯磺酸钠或甲级丙烯磺酸钠（分析纯）0.05%～0.30%、偶氮二异丁腈（分析纯、引发剂）0.005%～0.08%、丙烯腈（分析纯）10%～14.5%、甲醛丙酸甲酯或丙烯酸甲酯（分析纯）0.5%～1.5%，按顺序一次加入，搅拌使固体物料完全溶解，然后倒入反应器中。

第三步是接枝共聚反应：搅拌并升温使上述已在反应器内的聚合液进行接枝共聚反应，搅拌速度为50r/min～200r/min，升温速率控制在(1±0.1)℃/min。当反应温度为65℃时，使温度缓慢上升，升温速度控制在(5±0.5)℃/min，在70℃～85℃时反应1.5h～2.5h，反应后的接枝共聚物经脱泡、脱单后制得蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维的纺丝原液，其落球黏度为210s～410s，聚合物相对分子质量为6.4万～8.3万。

②蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维的制取

将上述配制的纺丝原液经计量泵压入，通过（80～300）×0.08nm的喷丝板喷出；喷出原液细流在硫氰酸钠溶液浓度8%～15%、温度5℃～15℃，凝固浴长0.8m～1.5m的凝固浴中凝固成形，得到初生纤维。

初生纤维经温度为60℃～80℃，硫氰酸钠溶液浓度为3%～8%的预热浴中进一步凝固，并施行1.2～2.5倍的牵伸；预热拉伸后的纤维经无离子水水洗；再经温度为95℃～100℃、拉伸倍数为1.5～4.0倍的第一沸水拉伸及温度为95℃～100℃、拉伸倍数为2.0～4.0倍的第二沸水拉伸；最后进行上油、干燥，得到蚕蛹蛋白-丙烯腈接枝共聚纤维。

5蚕蛹蛋白纤维的产品开发

蚕蛹蛋白粘胶长丝兼具真丝和粘胶纤维的优良性能，在一定程度上优于真丝，其织物既可以达到高度仿真的效果，且在很多方面比真丝更具优势，还可以与真丝、精梳棉交织开发出高档机织和针织服装面料或内衣。其产品以高档衬衫、内衣、春夏季服饰面料及家纺织物为主。

不同织物组织的织物性能比较列于表3中。

由上表可见，由于织物组织结构不一样，其织物风格也有所不同，作为服装面料都有一定的特点，常用作春夏季服装面料。

蚕蛹蛋白粘胶长丝开发较多的产品是针织圆机产品， 针织物具有良好的透气透湿性、弹性和悬垂性。蚕蛹蛋白粘胶长丝手感光滑、光泽好、卫生性能优良，纯针织物可充分利用蚕蛹蛋白纤维的保健性能，用于贴肤内衣、高档睡衣、T恤衫、夏季裙子等服装。如与其他原料交织可以达到性能的互补作用，改善织物性能上的不足，扩大蚕蛹蛋白纤维的应用领域，并可提高织物的弹性、耐磨性、蓬松感和丰满度，提升服装的档次，使蚕蛹蛋白粘胶长丝的应用领域扩大到秋冬季的服装面料。但是，在选择交织面料时应注意避免使用与蚕蛹蛋白粘胶纤维化学性能相反的原料，以免在后整理中影响蛋白质纤维的性能。为了使织物具有细密的外观和柔软的手感，应选择具有较高机号的圆机进行编织，如32G、28G和24G。

蚕蛹蛋白粘胶纤维长丝除了可开发机织面料和针织圆机产品外，还可开发横机产品。在横机产品中，以开发时装羊毛衫为主。采用氨纶包芯纱和羊毛与蚕蛹蛋白粘胶纤维长丝交织，后者为织物提供闪色效应。另一方面，氨纶和羊毛提高了织物的厚度，增加了织物的蓬松感和丰满度，提升了服装的档次。所开发的横机产品如表4所示。

表4蚕蛹蛋白粘胶纤维长丝横机产品

参考文献：

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[2]陈峰，张佩华.蚕蛹蛋白粘胶长丝的性能和在针织上的应用[J]. 上海纺织科技,2000(10):41-43.

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[5]王建坤.新型服用纺织纤维及其产品开发[ M].北京：中国纺织出版社,2006.

（作者单位：王红，北京联合大学商务学院；曹小红，中国纤维检验局；翁杨，湖南华升株洲雪松有限公司）