牛奶纤维的发展与应用.pdf

《牛奶纤维的发展与应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牛奶纤维的发展与应用.pdf（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、2 0 0 7 年4 期( 总第 1 4 0 期)山 东 防 织 经 济 牛奶纤维的发展与应用* 储云陈峰余旭飞 ( 宁波大学浙江宁波 魏丹毅 3 1 5 2 1 1 ) 摘 要: 牛奶纤维属于再生纤维中的再生动物蛋白 质纤维。 它在生产过程中无污染、 不破坏环境， 并且其使用后的废弃物能够自 行降解， 是2 1 世纪的主要纷织原料之一。 本文阐述牛奶纤维的发展历史、 实际应用情况以及未来的发展。 关键词: 牛奶纤维; 再生蛋白纤维;开发 中图分类号: T S 1 0 2 . 5 1 + 2文献标识码: A文章编号: 1 6 7 3 - 0 9 6 8 ( 2 0 0 7 ) 0 4 - 0

2、0 6 3 - 0 4 近年来发达国家大量废弃的服装已造成环境污 染， 研制新型 “ 绿色”生态纺织品已 成为人们的迫 切需要。为了解决纺织品生态环保问 题， 一些国家 投入了大量的科研经费和人力进行绿色纺织品的研 究开发。 如月前国内外市场上已经和正在出现的众 多的绿色纺织品， 他们采用的是生产过程无污染的 纤维， 像牛奶纤维、甲 壳素纤维、罗布麻纤维、 木 浆纤维、 竹纤维、 豆饼纤维、玉米纤维、 天然彩色 棉纤维以及有机天然纤维。 其中 牛奶纤维是2 0 世纪 末， 人们根据蚕丝天然蛋白质纤维的吐丝原理， 利 用仿生学制成的高蛋白质纤维。 一、牛奶纤维发展历史 再生纤维是由 天然聚合物或

3、失去加工价值的纤 维原料， 经溶解或熔融， 再抽丝制得的纤维， 包括 再生纤维素纤维、 再生蛋白质纤维、人造特种有机 化合物纤维、 人造无机纤维等。 其中， 再生蛋白质 纤维是从天然牛乳或植物 ( 如花生、 玉米、 大豆等) 中提炼出的蛋白质溶液经纺丝而成的n 1 ， 可分为再生 植物蛋白质纤维与再生动物蛋白质纤维。牛奶纤维 就属于再生纤维中的再生动物蛋白质纤维，它是从 牛奶中提取的蛋白质分子与某种大分子化合物 ( 如 聚丙烯睛纤维) 反应接枝而成的一种有别于天然纤 维和化学纤维的新型纤维。 牛奶蛋白 纤维含1 7 种氨 基酸2 1 ， 有着良好的服用性能， 是T 恤、 内衣、 唐装、 旗袍和

4、晚礼服的高档面料。 再生蛋白质纤维的研究可追溯到1 9 世纪末期。 其研究方法有两种: 一种是将蛋白质溶液与其他高 聚物材料进行共混纺丝，另一种是将蛋白质与其他 高聚物进行接枝共聚。前一种方法属于机械混合， 后一种方法属于化学结合。 国外从1 9 世纪末、 2 0 世纪初即开始对再生蛋白 质纤维进行研究。 1 8 6 6 年英国人E . E . 休斯首先成功 地从动物胶中制出人造蛋白质纤维。他将动物胶溶 于乙 酸， 在硝酸醋的水溶液中 凝固 抽丝， 然后以亚 铁盐溶液脱硝， 进一步加工得到蛋白 质 纤维， 但未 工业化。 1 8 9 4 年， 在明胶液中 加入甲 醛进行纺丝， 制 得明胶纤维;

5、1 9 0 4 年，T o d t e n H a u p t 用从牛乳中 提炼的 酪素进行纺丝， 制得酪素纤维; 1 9 3 5 年意大 利科学家、1 9 3 8 年英国I C I 公司、1 9 3 9 年C o r n P r o d u c t R e f i n i n g 公司曾 分别探 讨从牛乳、 花生、 玉 米、大豆豆粕中提取蛋白质， 再进行纺丝;同时在 1 9 3 8 年，日 本油脂公司开发了以大豆为原料的纤 维。 2 0 世纪4 0 年代， 美国、 英国 研制了 酪素纤维， 商品名为A r a l i a( 美) ， F i b r a l a n e( 英) ; 1 9 4

6、 5 年， 美 国、日 本研究了大豆蛋白纤维，美国商品名为 S o y l o n ; 1 9 4 8 年， 美国V a r g i n i a C a r o l C h e n i c a l 公 司开发了玉米蛋白纤维3 1 0 综上所述， 在当时研究开发蛋白质纤维的目 的 是为了制造出 仿真丝纤维( e x q u i s i t e l y s i l k - l i k e ) ， 但 由于受早期科技水平的限制， 上述研制的再生蛋白 质纤维因强力低、纤维粗、 物理和机械性能差、无 服用性价值、制造的难度大等种种原因而未能实现 工业化生产，而和天然真丝相比性能相差也很大， 没 有实 用

7、 价值， 如 表1 4 1所 示。 浙江省宁波市工业科研攻关项目 ( 项目 编号: 2 0 0 6 $ 1 0 0 0 6 6 ) 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 山 东 坊 A R经 济2 0 0 7 年4 期( 总第 1 4 0 期) 暗翻.峨习 表 1各种蛋白质纤维的性质比较 纤维名称 ( 单位) 干强度干伸长湿强度湿伸长 c N d t e x - I%c N d t e x - I% 真丝 2 . 6 5 一3 . 5 41 . 5

8、一2 5 1 . 8 6 一2 . 4 8 2 7 一3 3 羊毛1 . 0 63 8 0 . 85 0 玉米制蛋白 纤维1 . 0 63 00 . 6 23 3 大豆制蛋白 纤维0 . 6 2 6 00 . 2 76 0 花生制蛋白 纤维0 . 7 14 00 . 2 78 0 牛奶乳酪0 . 6 2 3 00 . 2 78 0 我国在2 0 世纪5 0 年代、7 0 年代曾分别对再生 蛋白质纤维进行过初步的探索， 但未获成功。 二、 牛奶纤维的开发现状 牛奶纤维属于再生纤维中的再生动物蛋白质纤 维。 现在世界各国对各类再生蛋白质纤维都进行了 深入研究。 美国杜邦公司对玉米蛋白纤维的制造过程

9、和纤 维性能进行了研究。 将玉米蛋白质溶解于溶剂中可 进行干法纺丝， 将玉米蛋白质溶解于碱液中， 并加 入甲醛或多聚叛酸类交联剂可进行湿法纺丝。含有 交联剂的玉米蛋白纤维具有耐酸、 耐碱、 耐溶剂性 和防老化性能， 且不蛀不霉， 它具有棉的舒适性、 羊 毛的保暖性和蚕丝的手感等特性。 加拿大尼克西生物技术公司则通过遗传工程， 将蚕的基因植入非洲普通山羊体内，培养出的山羊 产的奶中 所含蛋白质的结构与天然真丝蛋白质结构 相同， 从而以该种山羊奶为原料生产丝绸。后又转 而研发再生蜘蛛丝， 据称每只山羊每天每升羊奶中 可产1 0 克蜘蛛丝蛋白， 一年就是3 . 6 5 公斤。 日 本自 开发了组成似

10、真丝结构的新型牛奶 长丝之后东洋纺公司重新开发出以新西兰牛奶 为原料与丙烯睛接枝共聚的再生蛋白质纤维 11 c h i n o n “ ， 它是目 前世界上唯一实现了 工业化生产 的酪素蛋白 纤维5 7 。 根据真丝是丝素由纤维蛋白质组 成， 各种氨基酸由肤键联结而形成肤链， 再由 肤链 构成蛋白质。在丝素上存在两种区域，它们对纤维 性质有影响: 一种是肤链排列比较整齐密集， 称结 晶区，以结晶结构形式存在， 赋予纤维的机械强度 等性质。另一种则是肤链排序不整齐， 疏松的无定 形结构，赋予纤维易变形、手感、染色和质轻的性 质。由此启发了要使新制的纤维作为无定形部分必 须是以大豆、花生、玉米和牛

11、奶乳酪中提炼的蛋白 质，而接枝在丙烯腊聚合体中，以丙烯睛作为结晶 部分， 这种特殊的接枝共聚体是取二者性能之优一 既有蛋白质吸水、光泽、 手感等特点， 又有一定强 度的聚丙烯睛纤维的特点。 1 9 6 9 年日 本东洋纺公司 以牛奶乳酪为蛋白质原料制成的工业化牛奶长丝， 商品名为 “ c h i n o n “获得了工业化的成功，经过组 成分析对比和真丝相似( 见表2 ) 16 7 。它同时具有天然 丝般的光泽和柔软手感，有较好的吸湿性和导湿性 能， 极好的保温性，穿着舒适，但纤维本身呈淡黄 色， 耐热性差， 在干热1 2 0 以上易泛黄， 该纤维可 做针织套衫、T恤、衬衫、日 本和服等。 表

12、2 名称 C h i n o n和真丝结构组成对比 结晶部分% C h i n o n7 0( 聚丙烯睛) 无定形部分% 3 0( 牛奶乳酪) 真 丝一“ 0一2 0 美国科学家利用转基因的办法， 开发了高强度 的牛奶纤维。美国生物学家安妮 穆尔发现， 一种 叫“ 黑寡妇” 的蜘蛛可以分泌出两种不同类型的丝， 用于织蜘蛛网。其中一种丝， 在拉断之前可以延伸 2 7 % ， 客观存在的强度超过其他蜘蛛丝的两倍; 另 一 种丝， 在拉断之前很少延伸， 但具有很高的防断裂 强度，比制造防弹背心的 “ 凯芙拉”纤维的强度还 高得多。科学家们将蜘蛛的蛋白基因注入到奶牛的 胎盘内进行特殊的培育。 奶牛长成

13、后， 所产下的奶 中就含有 “ 黑寡妇”蜘蛛的蛋白纤维， 再用乳品加 工设备将蜘蛛丝蛋白从牛奶中过滤出来， 然后纺制 成纤维， 这种新颖的纤维，既保持了牛奶纤维的精 美与柔韧， 又能促使它的强度比钢的强度大1 0 倍。 因此被称为 “ 牛奶钢” ，也称 “ 生物钢” ， 这也是目 前世界上最引人注目的生物钢之一。这种超强坚韧 的轻型牛奶钢， 又能进行生物降解， 不会对环境产 生污染， 可以替代白色污染的包装塑料与捕捞网 具， 以及用于医学方面的手术线或人造腹肌， 更能制造 防弹背心、坦克和飞机的装甲，用途十分广泛。据 生物专家介绍， 一头奶牛每月产下的牛奶所提取的 纤维， 可以制成多件防弹背心

14、。1 9 9 9 年美国科学家 利用转基因的办法， 准备培养繁殖大量改良型的奶 牛，以满足大规模生产 “ 生物钢”的需求17 1 上海正家牛奶服饰有限公司是我国第一家在 1 9 9 5 年就独立开发研制出牛奶丝面料的民营企业。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 7 年4 期( 总第 1 4 0 期)山 东 纷 8 R交 乏 济 经过多年钻研， 牛奶丝生产技术已日 趋成熟，国产 牛奶纤维的主要物理和化学性能指标均已 达到和接 近日 本同类产

15、品的水平。由于牛奶纤维柔韧、富于 弹力， 且与肌肤有很好的亲和力，因此日 本和上海 正家公司都用牛奶纤维开发了牛奶丝贴身内衣。 江苏红豆实业股份有限公司2 0 0 1 年成功地开发 了用1 0 0 %牛奶纤维织造而成的红豆牛奶丝T 恤衫， 用牛奶纤维生产出的T恤衫， 面料质地轻柔， 有悬 垂感; 穿着透气、导湿、爽身; 外观色泽优雅。 与羊毛、羊绒、蚕丝、棉、竹、天丝、莫代尔 等有很好的混纺性的牛奶短纤维，最近在山西恒天 纺织新纤维科技有限公司研制成功。 这种牛奶蛋白 纤维以丙烯睛为单体，纤维定性为 “ 牛奶纤维 1 0 0 % “ ， 并经瑞士纺织检定有限公司鉴定， 获得国际 生态纺织品O

16、e k o - T e x S t a n d a r d 1 0 0 绿色纤维认 证书s 1 三、牛奶纤维的发展前景 世界上的蛋白质 资源十分丰富， 并且许多蛋良 质属于再生资源，因此， 再生蛋白质纤维的发展具 有可持续性、可循环性。从原料供应方面看， 再生 蛋白 质 纤维作为纺织品的新型原 料， 其发展 前景十 分可观， 具有相当大的竞争力; 并且， 再生蛋白质 纤维的发展不会造成资源的掠夺性开发， 将低附加 值的农副产品 加工制造成具有高附加值的纺织原料， 符合世界纺织业发展的趋势， 并且对资源的利用和 保护也起到一定的作用。 再生蛋白质纤维属于绿色纤维，它在生产过程 中无污染、不破坏环

17、境，并且其使用后的废弃物能 够自 行降解， 对环境十分友好， 是2 1 世纪的主要纺 织原料之一。 我国 具有大力开发应用牛奶纤维技术的稳固基 础及广阔远景: 1 、 牛奶纤维在我国已经得到提炼和生产， 并已 成功地制成了牛奶纤维服饰， 经专业技术标准检测， 国产牛奶纤维的主要物理和化学性能指标均已 达到 和接近日 本同类产品的水平。 2 、 实用价值大， 牛奶纤维制成服装后， 悬垂性、 通透性都相当好，吸水率是棉的两倍，又兼有天然 纤维的舒适和合成纤维的牢度;既可制作内衣，又 可制作轻盈的外装， 甚至凡是和人体皮肤接触多的 服饰用品都可以应用，如床上用品、女性专用的卫 生品等。 3 、原料有

18、保障，我国拥有丰富的奶牛资源。 4 、 价格相对较低， 国产牛奶纤维服装的价格只 相当于日 本同类产品的四分之一。 牛奶钢的发展前景也具有难以想象的潜力。 2 0 0 1 年中国科学研究院上海生命科学院生物化学与 细胞生物学研究所科研人员用“ 电穿孔” 的方法， 让 蜘蛛和家蚕 “ 结亲”即在只有半粒芝麻大小的 蚕卵中 “ 注射”不同的基因， 使家蚕分泌出含有蜘 蛛拖延丝的蚕丝，获得成功。这对我国发展 “ 生物 钢”技术奠定了良好的基础。转基因动物的乳腺中 产生的重组蛋白是完全水溶性的，不需使用有机溶 齐 ， 对环境不会造成污染， 是可再生的资源。 “ 生物 钢”转基因奶牛可以用传统方法加以饲

19、养，不需要 复杂的化工设备和工艺， 提纯和纺丝及调制都很方 便， “ 生物钢” 的强度是芳纶的3 - 4 倍， 而重量仅有 芳纶的2 5 % 。生产成本与其他合成方法相比均具有 竞 争 力 910 四、 牛奶纤维的成纤原理及基本生产过程 牛奶中蛋白质之所以能成纤， 是因为它具备成 纤高聚物的基本条件。蛋白质大分子有两种: 一种 是链状的，即线型的， 称之为纤维蛋白;另一种是 球状的， 称之为球蛋白。 奶中 蛋白 即酪蛋白 是线型 的， 可以成纤; 而血红蛋白是球蛋白， 则不能成纤。 此外， 大分子链具有一定的柔性和分子间力。蛋白 质与水形成胶体溶液， 经纺丝后， 随着水分的去除， 大分子相互靠

20、拢， 分子间形成氢键， 多肤链平行排 列， 甚至扭在一起， 转化为不溶于水的固化丝条。 丝 条的抗张强度可达到2 . 5 c N / d e x 以上， 能满足纺织 纤维的基本要求。 牛奶再生蛋白质纤维的制造工艺流程包括以下 几个方面: 1 、 因为牛奶中8 5 %以上是水分， 所以首先要浓 缩蒸发牛奶中的水分， 使含水达到6 0 % . 2 、 牛奶中的脂肪密度小于其它成份， 首先要除 6 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 山 东 防 A A盛

21、 乏济2 0 0 7 年4 期( 总第 1 4 0期) 去脂肪，通过采用离心脱脂的方法，除去绝大部分 脂肪。 3 、 通过加入适量的N a O H， 进行碱化处理， 以 进一步除去脂肪，制备成不含脂肪的纺丝原液，将 纺丝原液进行过滤和脱泡处理后， 进人干法纺丝机 采用干法纺丝，纺丝成形后， 再将纺出的丝条进行 牵伸、干燥、定形等加工，便得到牛奶再生蛋白质 纤维。 五、牛奶再生蛋白 质纤维的性能简介及其应用 1 、牛奶蛋白纤维的性能 ( 1 )物理机械性能 牛奶蛋白 纤维的强度高， 伸长率好， 初始模量 大， 具有较强的抵抗变形的能力， 并且它有良好的 吸湿性能。牛奶蛋白纤维的质量比电阻较大，静

22、电 现象突出， 特别是在纺纱过程中， 须加防静电剂， 并 且纺纱过程中对温湿度的要求也较严格。 ( 2 )化学及染色性能 牛奶蛋白纤维具有较好的耐碱性， 耐酸性稍好。 它有很好的耐光性， 适用的染料种类较多， 上染率 高且上染速度快， 吸色均匀透彻， 不宜褪色。牛奶 纤维面料特别适用于活性染料染色， 产品色泽鲜艳， 日 晒性和汗渍牢度好。 ( 3 )保健性能 牛奶蛋白纤维含有多种人体所必需的氨基酸， 所以对皮肤的亲和性非常好， 具有营养皮肤的作用。 同时， 牛奶中的蛋白质大分子含有许多亲水性基团。 如 一 C O O H 、 - O H 、 - N H 2 等， 对 皮 肤 具 有 非 常 好

23、 的 滋润作用1 0 1 2 、牛奶再生蛋白质纤维加工面料的特点 ( 1 ) 牛奶再生蛋白质纤维针织面料， 仿真丝感 强，外观华贵，悬垂性能良好，光泽柔和，质地轻 柔， 透气导湿性好， 是符合生态环保要求的新型环 保面料。 ( 2 )牛奶再生蛋白质纤维针织面料， 具有抗菌 保健功效， 牛奶纤维属于天然蛋白质纤维， 其丰富 的蛋白质与人体接触不会发生不良反应， 具有独特 的润肌养肤和抗菌消炎的保健功能， 面料比羊毛防 霉、 防蛀性能好， 不会发生霉变， 不易滋生细菌， 加 工的针织面料吸水率高， 兼有天然纤维和合成纤维 的优点。 ( 3 ) 牛奶再生蛋白质纤维与毛、 麻、 真丝等多 种纤维交织加

24、工的高档面料， 织物色彩鲜艳、 风格 6 6 独特， 具有顺滑柔软的手感，穿着舒适。 ( 4 )牛奶再生蛋白质面料，染色性能好，弹性 大， 上染率高且上染速度快， 适用的染料种类多， 颜 色鲜艳，色牢度强，与真丝产品相比，解决了染色 鲜艳与染色牢度之间的矛盾; 稳定性好， 防皱性佳， 具有可洗性和免熨烫性， 恢复性较好， 尺寸稳定性 好， 抗皱性好，易洗快干和耐用1 0 1 0 3 、牛奶再生蛋白 纤维的应用 牛奶蛋白纤维可以与棉、羊毛、蚕丝等天然纤 维或化学纤维混纺， 用它加工的面料具有良好的透 气、 透湿性能， 悬垂性和延伸性、 尺寸稳定性好。 牛 奶纤维的实用价值较大， 不仅可做内衣，

25、还可加工 轻盈的外装， 甚至和人体皮肤接触较多的服饰产品 如床上用品、女性专用品等。 六、结束语 我国开发 “ 生物钢”有一定基础，牛奶纤维在 我国已得到提炼和生产， 并早在几年前就销售过牛 奶纤维服饰， 提取含有蜘蛛丝纤维基因的牛奶纤维， 应该也有生物基础。目前我国牛奶纤维的生产能力 与日 本大约年产量相去甚远， 按照日 本的生产水准， 发展空间极为广阔。 我国是个巨大的消费市场， 若 能开发多规格、多品种的牛奶丝面料， 牛奶纤维将 生命力长久，魅力无穷。今 参考文献: I 官爱华， 张健飞， 张春娟. 新型再生蛋白质纤 维 J . 合成纤维， 2 0 0 6 ; ( 6 ) . t 2 郑

26、宇. 牛奶蛋白纤维的特性、 应用 和定性检测 J .上海纷织科技，2 0 0 6 ; ( 6 ) . 习 ， 5 ) 杨庆斌， 孙永军， 于伟东 大豆蛋白纤维 的开发与应用【 J .山东纷织 科技， 2 0 0 6 ; ( 6 ) . 4 l , 6 苏寿南， 章潭莉， 胡学 超. 牛奶纤维的新 崛起 J 1 . 合成技术及应用，1 4 ( 4 ) . 口 D r . M a n is h a M a t h u r , M a n is h a H ir a . S p e c ia lit y F ib r e s 一 I I S p id e r S ilk J . M a n - m

27、a d e T e x t ile s in In d ia , 2 0 0 5 ; ( 3 ) . $ l 杨建慧. 牛奶纤维2 1 世纪的生态纤维材 料 J .四川丝绸，2 0 0 1 ; ( 4 ) 9 李锡军， 李晶元， 王力民， 刘江波. 牛奶蛋白 纤维前处理实践 J .印染， 2 0 0 5 ; ( 8 ) . 1 0 赵博. 牛奶再生蛋白 纤维性能及产品开发 J 1 . 四川丝绸， 2 0 0 4 ; ( 2 ) . 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark