牛奶蛋白纤维的结构与性能

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1、牛奶纤维的结构与性能研究摘要：牛奶纤维是牛奶蛋白和聚乙烯醇共混纺丝形成的一种新型再生纤维，结构分析显示聚乙烯醇分子规则排列构成结晶部分，牛奶蛋白形成无定形区。对牛奶纤维性能的测试和研究表明，牛奶纤维是集蚕丝和合成纤维的性能优点于一身的优良的纺织新材料。关键词：牛奶纤维加工结构性能中图分类号：TS182文献标识码：A1.前言牛奶纤维是将液状牛奶去水、脱脂，制成牛奶蛋白质，与聚乙烯醇共混，经湿法纺丝而成[1][2]的再生纤维。牛奶纤维不仅具有合成纤维的强度高、收缩小、防霉、防蛀的品质，又具有天然纤维的柔软

2、、亲肤、吸湿、透气、染色好、色牢度强等优点，其光泽和导湿性也是其它合成纤维无法比拟的。用牛奶纤维生产的纺织品尺寸稳定性能良好，同时还具备易洗、快干等特点[3]。牛奶纤维是一种集天然纤维和合成纤维优点于一身的优良的纺织原料。2．牛奶纤维加工由于牛奶中水占85％以上，首先要除去多余的水分[4]，经蒸发浓缩使其含水率为60%左右；然后经脱脂、碱化等加工，制得无脂的乳浊液，并通过半透膜分离，将蛋白质（酪素）收集起来后，再与聚乙烯醇进行共混纺丝。牛奶纤维的加工工艺流程如下：图1牛奶纤维的加工工艺流程图3．材料与

3、方法3.1材料1.40dtex×36.4mm牛奶纤维，由郑州天羽蛋白纤维有限公司提供。3.2方法纤维截面和表面形态用日立S-570扫描电子显微镜观察；D/Max-3C型X射线衍射仪测定牛奶纤维的结晶结构，测试条件：Ni滤波，Cu靶Kα射线，管压40kV，管流40mA，扫描速度2o/min，从5o到50o。用绞盘法测定了纤维的摩擦性能；用XQ-1纤维强伸度仪测定纤维的机械性能；用YG321型纤维比电阻仪测试纤维比电阻[5]，三种测试均在标准大气条件下完成。在20℃下进行纤维吸湿性能的测定，测试前纤维放在

4、恒温恒湿的房间平衡24小时。4．结果与讨论4.1形态结构牛奶纤维的横截面及纵向表面形态用电子显微镜观察如图2（a）和2（b）所示。纤维横截面呈扁平状，哑铃形或腰圆形，属于异型纤维，并且在截面上有细小的微孔，这些细小微孔对纤维的吸湿、透湿性有很大的影响。从图中观察到纤维的纵向表面不光滑，有不规则的沟槽和海岛状的凹凸，这些沟槽和凹凸是在纺丝过程中，由于纤维的表面脱水、取向较快形成的，它们的存在是纤维具有良好的导湿性、优异的吸湿和放湿性能的主要原因，对纤维的光泽和刚度也有重要影响。纤维表面的不光滑和一些微细

5、的突兀变化可以改变光的吸收、反射、折射和散射，从而影响纤维的光泽性，纤维表面粗糙时，具有柔和的光泽，而不会出现“极光”现象[6][7]。牛奶纤维具有一定的卷曲，外观为微黄色，手感柔软。图2（a）牛奶纤维的横截面结构图2（b）牛奶纤维的纵向结构4.2结晶结构用广角x一射线衍射仪记录得到的牛奶纤维的衍射曲线如图3所示。图4为两种聚乙烯醇纤维（PVA）的衍射曲线[8]。由图3可知，牛奶纤维的聚集态结构存在着结晶——无定型的两相结构，有明显的结晶峰，进一步比较图3和图4可知，牛奶纤维的衍射峰和PVA纤维的衍射

6、峰完全一致，均出现在2θ为11.3o、16.4o、19.5o、22.6o、27.3o和32.5o处，没有出现其它的衍射峰。特别是和高强高模PVA纤维相比，衍射曲线的形状完全一致，由此可推测牛奶纤维可能是酪素（牛奶蛋白）和PVA的共混物，因为一般接枝共聚物的衍射强度曲线不会如此相似。图3还说明了牛奶纤维的结晶区由PVA构成，酪素存在于牛奶纤维的无定形区。这是因为牛奶纤维中，酪素的含量比较少，仅占30%左右，而且酪素是多种氨基酸以肽键相连的高分子蛋白质，其氨基酸组成复杂、分散，绝大部分具有较大的侧基，因此

7、不易结晶[6]。牛奶纤维的结晶度和晶粒尺寸用分峰法[6]计算后如表1所示。其结晶度和晶粒尺寸与聚乙烯醇纤维非常接近，结晶度低于蚕丝纤维。图3牛奶纤维的X衍射曲线图4PVA纤维的X衍射曲线（A.水溶性维纶；B.高强高模维纶）[8]表1牛奶纤维晶结构参数纤维结晶度/%晶粒尺寸L100/nm牛奶纤维704.54水溶性维纶[8]734.52高强高模维纶[8]774.57蚕丝丝素[4]80---4.2牛奶纤维的吸湿性能由表1可以知道，牛奶纤维的无定形区要比蚕丝大，但标准状态下，牛奶纤维的回潮率约为7.65%，略

8、低于蚕丝的标准回潮率8-9%，但高于维伦纤维的5%，这是因为纤维吸湿性是由纤维的微观结构和亲水基团共同决定的。水分子很难渗透到纤维结晶部分的内部，但结晶表面对吸湿是起作用的，蚕丝结晶部分仍是亲水性较大的肽链分子，而牛奶纤维则是亲水性稍差的聚乙烯醇缩甲醛。20℃时，牛奶纤维的吸湿等温线如图5所示，曲线呈反S形，遵守常规纤维的吸湿机理。图6是牛奶纤维在温度为20℃，相对湿度60%时的吸湿滞后性曲线。对比维纶的吸湿性能，可以发现，牛奶纤维无定形区的蛋白质肽链分