刘东奇， 王 喆， 王 翔， 尹翠玉， 张宇峰

(1. 天津工业大学 天津市先进纤维与储能技术重点实验室， 天津 300387；2. 新乡白鹭化纤集团有限责任公司， 河南 新乡 453242)

甲醇蛋白改性粘胶纤维的结构与性能

刘东奇1，2， 王 喆1， 王 翔1， 尹翠玉1， 张宇峰1

(1. 天津工业大学 天津市先进纤维与储能技术重点实验室， 天津 300387；2. 新乡白鹭化纤集团有限责任公司， 河南 新乡 453242)

为提高粘胶纤维的附加值，利用甲醇蛋白与粘胶原液共混制备了甲醇蛋白改性粘胶纤维，并使用凯氏定氮仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和纤维力学性能测试等手段研究了甲醇蛋白改性粘胶纤维性能与结构的关系。结果表明：与普通粘胶纤维相比，甲醇蛋白改性粘胶纤维的结晶度降低，截面异形度略有降低，锯齿型趋势减弱，光泽略有变暗，纤维断裂强度降低，断裂伸长也降低；由于甲醇蛋白的引入可赋予其蛋白纤维的特征，从纤维的红外图谱观察和纤维含氮量测试结果推测已经成功制得了甲醇蛋白改性粘胶纤维。

甲醇蛋白； 粘胶纤维； 改性； 结晶度； 拉伸性能

天然蛋白质纤维如羊毛、蚕丝等是优良纺织材料，其纺织品深受消费者喜爱，但其价格相对较高，且产量较低，很难满足消费需求，因此，制备再生蛋白改性纤维成为热门课题之一[1]。早在19世纪末20世纪初，国外就开始了对再生蛋白纤维的研究。日本油脂公司在1938年开发出了以大豆为原料的纤维。1945年，美国、日本研究出了大豆蛋白复合纤维，其吸水率为11%。1993年，王其等从豆粕中提取出大豆球蛋白，并对其进行改性处理，于1998年成功纺制出大豆蛋白复合纤维[2-3]。1969年，日本东洋纺公司以新西兰牛奶为原料与丙烯腈接枝共混制得了牛奶蛋白质复合纤维，并实现了工业化生产。1995年，上海正家牛奶服饰有限公司独立研发出了牛奶蛋白质复合纤维面料[4]。角蛋白也被用于湿法纺丝纺制纤维的研究，2003年姚金波等尝试了羊毛角蛋白与聚丙烯腈的共混纺丝[5-6]。

本文研究采用甲醇蛋白与粘胶原液共混，利用传统粘胶纤维制备工艺制备了甲醇蛋白改性粘胶纤维，利用凯氏定氮仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和纤维力学性能测试等手段研究了纤维性能与结构的关系。该纤维的生产工艺相对简单，其产品汇集天然蛋白纤维和纤维素纤维的优点于一身，纤维具有天然蚕丝的光泽度和手感，与人体皮肤亲和性能好，含有人体所需的氨基酸，对人体起到良好的保健作用，还可加工成短纤维可以替代羊毛、羊绒，制成长丝可以替代蚕丝和假发。而甲醇是煤化工生产中的代表产物，含量丰富且价廉，为获取甲醇蛋白提供了资源。

1 实验部分

1.1 实验材料

甲醇蛋白：自制(蛋白质、脂肪、纤维、水、灰分的质量分数分别为75%、5%、5%、10%、5%)。

甲醇蛋白溶液：用NaOH(120 g/L)溶液将甲醇蛋白调至pH值为10.0，其中蛋白质质量分数为15%。

粘胶原液：自制，甲种纤维素质量分数为8%，落球黏度为42 Pa·s。

1.2 实验仪器

RVDV-Ⅱ+旋转黏度计(美国Brookfrield公司)，Kjeltec 8400凯氏定氮仪(瑞典FOSS公司)，R535纺丝机(新乡化纤股份有限公司)，TENSOR37傅里叶变换红外光谱仪(德国 Bruker公司)，JSM-6490LV扫描电子显微镜(日本电子公司)，D/max-2500X射线衍射仪(日本理学公司)，XQ-1纤维强力仪(常州纺织仪器有限公司)。

1.3 纤维的制备

在粘胶原液中加入15%甲醇蛋白溶液混匀，20 ℃下静置脱泡。输送到纺丝机纺丝成型，纺丝速度为137 m/min，纺丝品种为150 dtex/44 f。具体工艺路线如图1所示。

2 分析与讨论

2.1 甲醇蛋白改性粘胶纤维的红外光谱

图2示出粘胶纤维、甲醇蛋白和甲醇改性粘胶纤维的红外光谱图。可以看出，甲醇蛋白在1 680～1 630 cm-1处有很强的吸收峰，归属为蛋白中酰胺谱带I及酰胺Ⅱ峰。甲醇蛋白改性粘胶纤维在此处的吸收峰比纤维素纤维有所增加，可以确认主要成分甲醇蛋白的存在；在2 900 cm-1附近的吸收峰是蛋白质的N—H的伸缩振动峰，3 500 cm-1附近的吸收峰是纤维素和蛋白质上—OH特征峰缩振动峰[10]。由此，也可以确认甲醇蛋白改性粘胶纤维主要成分甲醇大豆蛋白和纤维素的存在[11-12]。

图1 甲醇蛋白改性粘胶纤维生产流程图

图2 纤维的红外光谱图

2.2 甲醇蛋白改性粘胶纤维的XRD谱图

图3示出甲醇蛋白改性粘胶纤维与普通粘胶纤维的X射线衍射(XRD)谱图。可以看出：甲醇蛋白改性粘胶纤维与普通粘胶纤维的晶型相同，都为纤维素II型，但随甲醇蛋白的引入，2θ在12°、20°、26°附近的纤维素II型衍射峰相对强度减弱，结晶度减小。甲醇蛋白改性粘胶纤维与普通粘胶纤维的结晶度分别为49.44%和37.05%，这是因为高结晶度的纤维中混入结晶度较低的蛋白质，结晶度一定会下降[13-14]。

图3 纤维的X射线衍射谱图

2.3 纤维形貌分析

甲醇蛋白改性粘胶纤维的扫描电子显微镜(SEM)照片如图4所示。可以看出：甲醇蛋白改性前后，从纤维丝桶外观上看，并无明显的变化，光泽略有变暗，其原因可以从纤维的截面和纵向外观的SEM照片上推测，因为其截面异形度略有降低，锯齿型截面趋势减弱，所以纤维折光性降低。

图4 纤维的SEM照片(×2 000)

2.4 甲醇蛋白改性粘胶纤维的氮含量

用凯氏定氮法(Kjeldahl)定量测试改性后粘胶纤维和未改性的粘胶纤维中甲醇蛋白的质量分数。结果显示，粘胶纤维的氮含量和计算后甲醇蛋白的质量分数均为0，而甲醇蛋白改性粘胶纤维的氮含量和计算后甲醇蛋白的质量分数分别为0.9%和5.93%，这说明有一部分甲醇蛋白被引入到了粘胶纤维中[15-16]，但是对比粘胶溶液中15%的甲醇蛋白加入量，改性粘胶纤维制备过程中还是有很大的流失，这也是进一步研究需要改进的地方。

2.5 甲醇蛋白改性粘胶纤维的力学性能

普通粘胶纤维与甲醇蛋白改性粘胶纤维的力学性能测试结果如表1所示。可以看出：与普通粘胶纤维相比较，甲醇蛋白改性粘胶纤维的断裂强度降低，断裂伸长率也降低。其原因可能是纤维素和甲醇蛋白的相容性不够好、结晶度降低的结果。从表1还可看出：甲醇蛋白改性粘胶纤维的初始模量增加、断裂伸长率降低，可使纤维的抗变形能力加大，其织物的抗皱性能和尺寸稳定性提高。

表1 纤维力学性能比较

3 结 论

本文通过甲醇蛋白与粘胶溶液共混，制备了改性的粘胶纤维。从纤维的红外图谱观察和纤维氮含量测试结果推测，已经成功制得了甲醇蛋白改性粘胶纤维；与普通粘胶纤维相比，甲醇蛋白改性粘胶纤维的结晶度降低，截面异形度略有降低，锯齿型趋势减弱；从纤维丝桶外观上看，并无明显变化，光泽略有变暗；与普通粘胶纤维相比，甲醇蛋白改性粘胶纤维的断裂强度降低，断裂伸长率也降低。改性粘胶纤维的制备过程中甲醇蛋白流失率较高，需要进一步研究改进。

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Structure and properties of methanol protein modified viscose fiber

LIU Dongqi1，2, WANG Zhe1, WANG Xiang1, YIN Cuiyu1, ZHANG Yufeng1

(1.TianjinMunicipalKeyLaboratoryofAdvancedFiberandEnergyStorage,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China; 2.XinxiangBailuChemicalFiberGroupCo.,Ltd.,Xinxiang,Henan453242,China)

In order to improve the added value of visscose fiber, viscose fiber modified by methanol protein was prepared by blending methanol protein and viscose concentrate, and its structure and performance were investigated by means of Kjeldahl nitrogen determination apparatus, infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and fiber mechanical properties experimental methods.The results show that compared with ordinary viscose fiber, the crystallinity of the methanol protein modified viscose fiber decreased, cross section abnormity degree slightly lowered, zigzag trend abates, burnish is slightly darker, fiber fracture strength is reduced, and the elongation at break decreased. The fiber shows characteristics of protein fiber and it can be viewed from the infrared spectra of the fiber and fiber nitrogen content test results that methanol protein modified viscose fiber has been successfully prepared.

methanol protein; viscose fiber; modification; crystallinity; tensile property

10.13475/j.fzxb.20151200304

2015-12-01

2016-03-30

刘东奇(1971—)，男，博士生。研究方向为粘胶纤维的改性。张宇峰，通信作者，E-mail：zyf9182@163.com。

TS 102.5

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