大豆蛋白纤维优越特性及制造技术

作者：翁卸元 摘要：介绍了蛋白纤维发展概况、生产工艺与设备、产品及其织物特点 关键词：绿色纤维，生产工艺，特性 中图分类号：TQ341.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7093（2002）03-0035-03 现代科技成果开辟了纤维更加广泛的来源和应用领域，人们也从绿色角度对纤维消费品提出了新的要求。发展绿色纤维是21世纪的全球性主题，是事关人类生存质量和实现纺织业可持续发展的重要课题。 大豆蛋白纤维是一种绿色纤维，是迄今为止唯一由我国自主开发，具有完全知识产权的纤维材料。我国万吨大豆蛋白纤维生产线已开始建设，将对纺织产品的创新产生较大的影响。 1 蛋白纤维发展概况 1.1 再生蛋白纤维 再生蛋白纤维的研究历史较早，大约在19世纪末和20世纪初国外就开始了研究。1894年在明胶液中加入甲醛进行纺丝，制得明胶纤维；1904年Todtenhaupt用从牛乳中提炼的酪素纤维进行了研究，意大利SINA公司开发了酪素纤维；1936年英国Courtaulds公司开发了酪素纤维；1938年英国ICI公司制造了花生蛋白纤维，商品名为Ardil，该纤维吸水率为14％左右，断裂强度为0.7cN/dtex；1938年日本油脂公司开发了以大豆为原料的纤维；1939年Corn Product Refining公司将从玉米中提炼的蛋白用醇或碱溶解纺丝制得玉米蛋白纤维，商品名为Vicara Ardiln Fiber，该纤维比重为1.25，吸水率10％左右，断裂强度为1.1cN/dtex-1.3cN/dtex。40年代初，美国和英国研制了酪素纤维，商品名分别为Aralic和Fibalane，比重为1.9，吸水率14％，断裂强度为0.7cN/dtex-0.9cN/dtex，延伸度为15％，耐水性不好；1945年美国和日本研究了大豆蛋白纤维，美国商品名为Soylon，吸水率为11％左右；1948年美国Varinia Carol Chemical公司开发了玉米蛋白纤维Vicara；1969年日本东洋纺公司研制和试生产牛奶蛋白纤维，取名为Chinon，是由牛奶蛋白和丙烯腈接枝共聚合反应而制得。 1.2 大豆蛋白纤维 大豆蛋白纤维是一种再生植物蛋白纤维，从大豆中提炼出来的蛋白质溶解液经湿法纺丝而成。我国从20世纪90年代开始，由河南省濮阳华良化学生物工程联合集团公司李官奇等同志耗资6000多万元，开发研究大豆蛋白纤维，并率先获得成功。2000年3月由河南省遂平华康生物工程有限公司在世界上首次实现工业化生产。 大豆蛋白纤维原料来自生物资源的大豆粕，原料丰富、数量大，且具有可再生性，不会对资源造成掠夺性开发，在大豆蛋白纤维生产过程中不会对环境造成污染，且大部分助剂和半成品纤维均可回收重新使用，而提纯蛋白后留下的残渣还可以作为饲料。其生产过程完全符合环境要求，大豆蛋白纤维既具有天然蚕丝的优良性能，又具有合成纤维的机械性能，既满足了人们对穿着的舒适性、美观性的追求，又符合服装免烫，洗可穿的潮流。 2 大豆蛋白纤维性能及其织物特点 2.1 大豆蛋白纤维产品性能 目前尚未有大豆蛋白纤维的国家标准或行业标准，其产品的主要技术参数引用华康集团对外公布的参数： 纤度：0.85dtex-2.2dtex 湿断裂强度：3.04cN/dtex 湿断裂伸长率：22.7％ 干断裂强度：3.25cN/dtex 干断裂伸长率：20.53％ 回潮率：12.38％ 2.2 大豆蛋白纤维织物特点 2.2.1 舒适性好 大豆蛋白纤维面料不但有优异的视觉效果，而且在穿着舒适性方面更有不凡的特性。以大豆蛋白纤维为原料的面料摩擦性能、弯曲性能和悬垂性优于蚕丝和棉纤维，手感柔软、滑爽，悬垂性较好；其吸湿性与棉相当，而导湿透气性远优于棉，是制作高档内衣和时装的首选面料。 2.2.2 染色性好 大豆蛋白纤维本色为淡黄色，很像柞蚕丝色。其结构中含有羟基、氨基、羧基等极性基团，可用酸性染料、活性染料和直接染料染色。尤其是采用活性染料染色，产品颜色鲜艳而有光泽，同时其日晒牢度和浸渍牢度也非常好，与真丝产品相比解决了染色鲜艳度与染色牢度之间的矛盾（真丝产品日晒牢度和汗渍牢度极差，很容易掉色）。 2.2.3 物理机械性能好 该种纤维的干强3.8cN/dtex-4.0cN/dtex，伸长18％-21％，湿强2.5 cN/dtex-3.0cN /dtex，弹性模量0.69Mpa-1.27Mpa，标态回潮率8.6％。干强比羊毛、棉、蚕丝的强度都高，仅次于涤纶等强度高的化学纤维。湿强与棉纤维相近，表明其能够承受许多机械和化学处理，不致于使织物强力损伤而失去服用价值。而其纤度已可达到0.8dtex。目前利用1.27dtex的棉型纤维在棉纺设备上已纺出6dtex的高品质纱，可开发高档的高支高密面料。由于大豆蛋白纤维的初始模量偏高，而沸水收缩率低，故面料尺寸稳定性好。在常规涤纶下不必担心织物的收缩，抗皱性也非常出色，且易洗、快干。 2.2.4 保健功能性 大豆蛋白纤维与人体皮肤亲和性好，且含有多种人体所必须的氨基酸，具有良好的保健作用。在大豆蛋白纤维纺丝工艺中加入一定量的有杀菌消炎作用的中草药与蛋白质侧链以化学键相结合，药效显著且持久，避免了棉制品用后整理的方法开发功能性产品其药效难以持续的缺点。大豆蛋白纤维填补了我国作为纺织大国在纺织原料开发方面的一项空白。它的出现必将在棉纺、毛纺、绢纺领域掀起新产品的开发浪潮，给纺织企业带来新的发展机遇。 大豆蛋白纤维的品种适应性较广，可纯纺、混纺或交织，既可制得风格类似棉织物的棉型产品和类似毛织物的毛型产品，又可织制丝绸型产品。但对其在纺纱中抗静电、上浆中的压力、织造中的上机张力、染色中的温度等问题要引起高度重视。 3 大豆蛋白纤维生产工艺 大豆蛋白纤维是以豆粕为原料，利用生物工程技术提取豆粕中的球蛋白并提纯，提纯的球蛋白改变空间结构，再添加羟基和氰基高聚物配制成一定浓度的蛋白纺丝液，经熟成后用湿法纺丝工艺纺成单丝0.9dtex-3.0dtex的丝束，通过醛化稳定纤维的性能，再经过牵伸、卷曲、热定型、切断等工序生产出各种长度规格的大豆蛋白短纤维。 3.1 工艺流程 豆粕水浸→分离→沉淀→水洗→再次沉淀→甩干→溶解→过滤→接枝→二次接枝→熟成→过滤→贮存→过滤→胶泡→过滤→纺丝→脱水→湿牵伸→浴牵伸→烘干→预热→热定型→冷却→集束→致密→水洗→上油→烘干→卷曲→热定型→切断→打包→入库 3.2 原料 本产品所需主要原料为豆粕，是油脂车间的副产品，在我国资源十分丰富，属废物综合利用。资源取之不尽，用之不竭。而以石油为主要原料的合成纤维会因资源问题而影响其发展。 3.3 工艺设备 生产大豆蛋白纤维的工艺设备均为国产设备。 制液车间：主要是提取蛋白质和纺丝原液的制备，其主要设备为低压容器釜，使用压力0.3Mpa，温度110℃左右，材质为不锈钢，由濮阳华康集团制造。 纺丝：大豆蛋白纤维纺丝机选用山西经纬纺织机械厂生产的YWH7401型纺丝机及配套设备，该机是在原维纶纺丝机的基础上设计的大豆蛋白纤维专用纺丝机。 后整理：包括醛化、烘干等配套设备，醛化机选用邵阳二纺机生产的长丝醛化机，烘干机选用郑纺机生产的长丝烘干机。 4 结束语 （1）纺制大豆蛋白纤维的原料从大豆豆粕中提取，该豆粕是农副产品榨过油的饼粕，从而能大大提高农副产品的附加值，有效促进农副产品的结构调整和农业经济的发展。 （2）大豆蛋白纤维资源丰富，是21世纪的绿色环保新纤维。