粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维理化性能对比研究.doc

精品论文推荐粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维理化性能对比研究刘 迪，张元明，吴 燕 纤维新材料与现代纺织实验室，青岛大学，山东青岛（266071） E-mail:zhangyuanming001摘要：粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维均为大豆蛋白纤维，但二者因其基体具有较大的不同，因此，二者在理化性能上亦具有较大的差别。维纶基大豆蛋白纤维因问世较早其性能已为人 共知，而粘胶基大豆蛋白纤维因其为潍坊海龙公司新型开发的一种新型纺织纤维，其性能尚 未为人知晓，为了对比粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维之间的性能差异，同时使人们能够深入 了解粘胶基大豆蛋白纤维的性能，对两种纤维的形态结构以及各项基本性能指标进行了对比 分析。结果表明：两种大豆蛋白纤维的纵向形态类似，而横截面形态有一定的差异；两种纤 维均具有优良的物理机械性能和吸湿性，摩擦性能较好，耐热性及耐日光性能优异，化学性 能较稳定。关键词：大豆蛋白纤维；性能；维纶；粘胶；分析 中图分类号：TS 102.2文献标识码：A大豆蛋白纤维属于再生植物蛋白合成丝，它是从榨掉油脂的大豆豆渣中提取球状蛋白质 与成纤高聚物基体为原料，通过添加功能性助剂，改变蛋白质空间结构，采用生物工程等高 新技术处理，经湿法纺丝而成1-3。因此，大豆蛋白纤维集天然纤维和化学纤维的众多优点 于一身，以其丝绸般的手感和光泽，赢得纺织界的重视。维纶基大豆蛋白纤维是由我国自主研发，在世界上率先取得工业化生产，并于2001年获 得国家发明的具有独立知识产权的原创性新型纤维，以聚乙烯醇为基体与大豆蛋白共混纺丝 加工而成；粘胶基大豆蛋白纤维是山东潍坊海龙化纤集团研发的以纤维素磺酸酯为基体与大 豆蛋白共混纺丝加工而成的新型纤维，是粘胶纤维的蛋白质改性纤维,它兼具纤维素纤维和 蛋白质纤维的优点,具有良好的力学性能和显明的天然风格。为了比较两种大豆蛋白纤维的 基本理化性能，现对粘胶基和维纶基两种大豆蛋白纤维的基本性能进行对比研究，以期对两 种纤维的形态特征、化学与物理机械性能等有较全面的了解，同时也为纤维的定性，纺织加 工技术研究及其新产品开发提供依据。1. 实验1.1 实验材料167dtex×38mm粘胶基大豆蛋白纤维和167dtex×38mm维纶基大豆蛋白纤维1.2 实验方法形态特征采用生物电子显微镜观察纵、横截面形态特征。物理性能主要采用相应的国家 标准测试方法。耐磨性能测试采用Y151型纤维摩擦系数仪（绞盘法）进行测试；耐热性能 的测定采用XTL熔点仪在不同的温度条件下对纤维处理30min，然后用FAVIMAT型单纤维强 力仪来测定强力，结合目测纤维颜色的变化，来确定纤维的耐热性能；耐日光性能用人工模 拟实验法进行测定，光源采用30W 紫外线灯，距纤维50cm的高度，垂直照射120h后测试强 力；纤维质量比电阻采用LFY-405型纤维比电阻仪进行测定；纤维的卷曲性能采用YG361型 卷曲弹性仪进行测定；化学稳定性参照纺织纤维鉴别中的溶解法进行测定。- 4 -2. 结果与讨论2.1 纤维的形态结构粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维的纵横向表面形态如图1、2所示。a粘胶基b 维纶基 图1 粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维的纵向形态结构a 粘胶基b 维纶基 图2 粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维的横截面形态结构表面形态是纤维结构的重要方面，它影响织物风格和舒适性4。从图1可以看出，两种 纤维的纵向表面形态结构比较类似，纤维表面不光滑，并且都具有纵向沟槽，但粘胶基大豆 蛋白纤维的沟槽数明显多于维纶基大豆蛋白纤维，由于纵向沟槽结构可增加纤维的比表面 积，因此对纤维的吸湿导湿性能有一定的影响，因此粘胶基大豆蛋白纤维比维纶基大豆蛋白 纤维的吸湿导湿性能更好，更适用于制作针织内衣织物。从图2可以观察到粘胶基大豆蛋白 纤维的横截面形态呈锯齿形，比常规粘胶纤维更明显；而维纶基大豆蛋白纤维的横截面形态 呈扁平哑铃形，使得纤维具有一定的抗弯性能。两种纤维的横截面形态之间不同也导致了纵 向形态之间的差异。2.2 大豆蛋白纤维的基本性能对粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维主要理化性能的测试结果如表1、2所示。表1 粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维主要性能表纤维性能粘胶基大豆纤维维纶基大豆纤维备注细度1.67dtex1.67dtexGB/T14335-1993长度（机切）38mm38mmGB/T14336-1993色泽淡黄色暗黄色干态3.826.66GB/T14337-1993断裂强力断裂伸长率 强力变异系数湿态3.726.53GB/T14337-1993 湿热处理3.676.43 100沸水处理 干态12.53%17.25%GB/T14337-1993 湿态12.82%20.51%GB/T14337-1993 湿热处理13.00%21.58% 100沸水处理 干态20.55%17.67%GB/T14337-1993 湿态28.72%29.41%GB/T14337-1993 湿热处理23.81%20.52% 100沸水处理卷曲率4.61%11.52 %卷曲弹性摩擦系数残留卷曲率2.38%4.87%卷曲弹性回复率54.24%42.62% 动0.220.31 静0.410.52GB/T14338-1993绞盘法（纤维与 纤维）回潮率13.98%9.49%13.98%质量比电阻1.16×107g/cm24.30×109g/cm2GB/T14342-1993无熔点，150时变为浅黄耐热性色，强力下降不大，200 时变为浅褐色，250时变 为褐色，开始炭化，长度 收缩，300时完全炭化， 尺寸明显收缩。无熔点，150时变黄，强 力下降，200变为褐色， 长度明显收缩，250时变 为深褐色，纤维完全炭化。XTL熔点仪耐日光性断裂强力3.266.30 断裂伸长率10.57%21.16% 强力变异系数21.75%26.29%紫外线灯照射耐酸性耐碱性 耐溶剂性：乙醇、乙醚、苯、37%盐酸，75%硫酸常温 可溶解，甲酸40下可溶 解，溶解后均有微量残留 物质5%苛性钠常温下强力几 乎不下降，100下强力下 降17.28%，重量有损失37%盐酸，75%硫酸常温 可溶解，甲酸40下可溶 解，溶解后均有微量残留 物质5%苛性钠常温下强力几 乎不下降，100下强力下 降12.76%，重量有损失丙酮、甘油、汽油不溶于一般溶剂不溶于一般溶剂表2 粘胶基和维纶基大豆蛋白纤维溶解性能对照表粘胶基大豆 蛋白纤维维纶基大豆 蛋白纤维溶剂棉羊毛蚕丝麻盐酸（37%，24）IISI硫酸（75%，24）SISS氢氧化钠（5%，煮沸）ISSI甲酸（85%，24）IIII冰醋酸（24）IIII间甲酚（24）IIII二甲基甲酰胺（24）IIII二甲苯（24）IIII注：S-溶解；SS-微溶；P-部分溶解；I-不溶解（棉、羊毛、蚕丝、麻5）。2.2.1 外观SS SS PPSSS(40)II SSSS IIII两种大豆蛋白纤维都是长度为38mm，细度为1.67dtex的棉型纤维，但色泽略有不同，粘胶基大豆蛋白纤维呈现淡黄色，而维纶基大豆蛋白纤维呈现暗黄色。2.2.2 力学性能 两种大豆蛋白纤维的干态、湿态及湿热处理后的断裂强力均呈现出干态>湿态>湿热处理的规律，粘胶基大豆蛋白纤维湿态较干态、湿热处理较湿态分别下降2.62%和1.34%；维纶基大豆蛋白纤维分别下降1.95%和1.53%。同一种状态下两种纤维的强力差异比较大，粘 胶基大豆蛋白纤维低于维纶基大豆蛋白纤维。断裂伸长率则均呈现出与断裂强力相反的规 律，即湿热处理>湿态>干态，并且粘胶基大豆蛋白纤维的断裂伸长率仍然低于维纶基大豆 蛋白纤维。断裂强力变异系数均呈现出湿态>湿热处理>干态的规律，强力变异系数较大， 并且粘胶基大豆蛋白纤维略高于维纶基大豆蛋白纤维。以上情况说明纤维吸湿后，水分子进 入纤维内部，拆开了大分子之间的交联，使得分子间力下降，大分子链容易发生滑脱，纤维 强力下降，变异系数较大，纤维内部存在较明显的强力不匀，这对后续的纺纱工艺将会有一 定的影响6。2.2.3 卷曲性能 两种纤维的卷曲率及残留卷曲率较高，粘胶基大豆蛋白纤维低于维纶基大豆蛋白纤维，但卷曲弹性回复率均较低，尤其是维纶基大豆蛋白纤维（不到43%），这不利于成纱时的纤维抱合，给成纱带来一定困难，同时也将影响织物的服用性能，如抗皱、保暖、手感等，所 以需改进成纤加工工艺，并提高纤维本身的刚度与弹性5。2.2.4 摩擦性能 两种纤维均具有适度的摩擦系数，维纶基大豆纤维的动静摩擦系数高于粘胶基大豆纤维，这有利于提高成纱过程中纤维之间的抱合力，提高纱线的强力，并且动静摩擦系数的差值维（0.21）>粘（0.19），使得维纶基大豆蛋白纤维的柔软性优于粘胶基大豆蛋白纤维。2.2.5 吸湿导电性能维纶基大豆蛋白纤维的质量比电阻为4.30×109g/cm2，非常接近蚕丝的质量比电阻（1091010g/cm2），远远低于涤纶（10131014g/cm2）等合成化纤，这表明该纤维的电学性能较好，对后面的纺织加工及服用有利。而粘胶基大豆蛋白纤维的质量比电阻为1.16×107g/cm2，跟普通粘胶的相当，比维纶基大豆蛋白纤维低很多，大大提高了纤维的抗 静电性能。维纶基纤维的回潮率明显低于粘胶基纤维，这跟质量比电阻的测定结果相符合。2.2.6 耐干热性能 从测试结果来看，两种纤维的耐干热性能较好，随着温度的升高，强力均呈下降趋势，且温度超过150时，颜色开始发生变化，粘胶基纤维呈浅黄色，维纶基大豆纤维呈黄色；超过200时，颜色变化明显，粘胶基纤维呈浅褐色，长度收缩不明显，维纶基纤维呈褐色，长度明显收缩；超过250时，粘胶基纤维变为褐色，长度收缩并开始炭化，维纶基纤维变为深褐色，纤维收缩炭化为黑色固体物质；至300时粘胶基纤维完全炭化，长度明显收缩。两种纤维强力随干热温度变化的情况如图3所示，从图中也可以看出，粘胶基纤维的耐干热性能优于维纶基纤维，但维纶基纤维的强力总体上高于粘胶基纤维。7.0- 6 -6.56.0维纶基大豆纤维5.55.04.54.0强力（ CN）3.53.0粘胶基大豆纤维2.52.01.520 40 60 80 100 120 140 160 180200温度（ ）图3 两种纤维强力随干热温度变化曲线图2.2.7 耐日光性能两种纤维在紫外线灯下照射120h后强力均有下降，粘胶基纤维下降14.66%，维纶基纤 维下降5.4%，而断裂伸长率则是维纶基纤维有较大增加，粘胶基纤维略有降低；两种纤维 的强力变异系数的变化规律是一致的，都是有所增加。这说明两种纤维均具有较好的耐日光 性能，而维纶基纤维优于粘胶基纤维。2.2.8 化学稳定性 两种纤维的溶解性能及与其他纤维的对比情况如表2所示。两种纤维对一般溶剂和碱的稳定性较好，在淡碱溶液中，纤维重量都有微量损失，这是因为纤维表面蛋白质大分子被分解所致，在5%沸碱溶液中两种纤维的断裂强力都有明显降低，粘胶基和维纶基纤维分别降 低17.28%和12.76%；但两者对浓度较高的酸溶液则会分解，表现出对酸的不稳定性，这在 化学加工中应予以注意。3. 结论1)两种大豆蛋白纤维的纵向形态非常类似，都有纵向沟槽，而横截面形态有一定差异， 粘胶基大豆蛋白纤维呈锯齿形，维纶基大豆蛋白纤维呈扁平状哑铃形。两种纤维均具有适度 的摩擦性能，卷曲率及优良的抗静电性能，这有助于提高纺纱时纤维之间的抱合力，增强纺成纱线的强力，使两种纤维具备了优良的可纺性能。2)通过主要物理机械性能的比较可知, 粘胶基纤维呈淡黄色，维纶基纤维呈暗黄色，两 种纤维均具有良好的物理机械性能，具有良好的开发及应用前景。干态、湿态及湿热处理后 的断裂强力均呈现干态>湿态>湿热处理的规律，断裂伸长率则呈显出与断裂强力相反的规 律，断裂强力变异系数则呈现出湿态>湿热处理>干态的规律。卷曲率及残留卷曲率较高， 但卷曲弹性回复率均较低，不利于成纱时的纤维抱合，给成纱带来一定困难。两种纤维均具 有优良的摩擦性能、耐干热性能、耐日光性能、吸湿导电性能和化学稳定性。参考文献1张毅.大豆蛋白纤维性能探讨J.纺织学报.2003(4):103-105. 2朱玉华,姜少华,姜芸.大豆纤维定性定量分析J.中国纤检。2005（1）：32-34. 3潘葵，李选刚. 大豆蛋白纤维溶解性能的测试J.印染.2002（7）：34-35.4张瑞文,章 伟.大豆蛋白/粘胶共混纤维的结构与性能J.纤维素科学与技术.2007（6）：49-52. 5 韩光亭.王彩霞.孙永军等.大豆蛋白纤维性能分析研究.纺织学报.2002（10）：381-382. 6姚穆等.纺织材料学.北京：中国纺织出版社.1980.2：366-371.Comparative study of properties of soybean protein/viscose fiber and soybean protein/PVA fiberLiu di, Zhang Yuanming，Wu yanLaboratory of New Fiber Materials and Modern Textile, the Growing Base for State KeyLaboratory, Qingdao University, Qingdao,Shandong(266071)AbstractSoybean protein/viscose fiber and soybean protein/PVA fiber are both protein fibers. However, thephysical and chemical properties of soybean protein/viscose fiber are different from those of soybean protein/PVA fiber due to the difference of their matrix. Soybean protein/PVA fiber has been on the market for a long time and its properties are well known, while the performances of soybean protein/viscose fiber are rarely been know for its a new kind of textile fiber recently exploited by Weifang Helon Co., Ltd. The structure and properties of both fibers were investigated for comparison. The results showed that the longitudinal shape of soybean protein/PVA fiber is similar to that of soybean protein/viscose fiber, while the section shape differs a lot. Both soybean protein/viscose fiber and soybean protein/PVA fiber has fine tensile and absorption properties, good friction properties and chemical stability, excellent heat-resistant and lightfast properties.Keywords:soybean protein fiber; property; PVA; viscose; study作者简介： 刘迪，女，1984年生，硕士研究生； 张元明，男，青岛市宁夏路308号国家重点实验室培育基地，电话：13854265090。