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第25卷 第3期 长春工业大学学报(自然科学版) V ol125 N o.3 2004年9月 Journal of Changchun University of T echonology(Natural Science Edition) Sep12004 文章编号:100622939(2004)0320025203大豆蛋白质纤维的成形及其结构分析Ξ姜 岩, 王业宏, 宋晓峰, 葛英颖(长春工业大学艺术设计学院,吉林长春 130022)摘 要:简述了大豆蛋白质纤维的成形过程,并对该种纤维分子结构进行了分析,同时,采用JS M25600型扫描电子显微镜对其形态结构进行了观察。
关键词:大豆;蛋白质;纤维;成形;结构中图分类号:TS102.51 文献标识码:A0 引 言 大豆蛋白质纤维是一种新型的环保产品,也是唯一由我国科技工作者开发成功,并取得自主知识产权的纺织用纤维材料。
目前,我国第一条年产1500t大豆蛋白质纤维的工业试验生产线已经建成并投入使用。
由于大豆蛋白质纤维性能优良,所以具有良好的开发前景。
1 大豆蛋白质纤维的成形过程 大豆蛋白质纤维的成形主要有两个部分:一是大豆蛋白质纤维的原料制备;二是大豆蛋白质纤维的纺丝成形。
111 大豆蛋白质纤维的原料制备 大豆蛋白质纤维的原料制备包括大豆脱脂和大豆蛋白分离两个过程。
1.1.1 大豆脱脂 大豆脱脂可采用压榨法和浸出法,由于压榨法在榨油过程中挤压和摩擦生热,易使蛋白质变性,并且榨油率偏低,所以不适合于大豆蛋白质纤维的生产。
浸出法是利用溶剂从压扁的大豆中抽取出油脂的一种方法,视其所使用的溶剂不同又可以分为低温浸出粕和高温浸出粕。
显然,低温浸出粕适于生产大豆蛋白质纤维,所使用的溶剂为正己烷,沸点68～70℃,脱脂率可达98.5%～99.0%以上。
大豆脱脂通常在油脂厂进行,大豆脱脂以后形成豆粕,将豆粕粉碎成脱脂豆粕粉,以供大豆蛋白的分离。
1.1.2 大豆蛋白的分离 分离大豆蛋白从制品角度讲就是一种高纯度的大豆制品,分离大豆蛋白质含量高达90%以上。
大豆蛋白纤维的特性及应用大豆蛋白纤维的主要成分与羊绒和真丝类似，它是一种再生植物蛋白纤维。
大豆蛋白纤维的单丝细度细、密度小、强伸度较高、耐酸耐碱性好，用它纺织成的面料具有羊绒般的手感、蚕丝般的柔和光泽，兼有羊毛的保暖性、棉纤维的吸湿性和导湿性，穿着十分舒适，而且能使成本下降30% ~40%。
大豆蛋白纤维既具有天然蚕丝的优良特性，又具有合成纤维的机械性能，它的出现满足了人们对穿着舒适性、美观性的追求，符合服装免烫、洗可穿的潮流。
一、大豆蛋白纤维的生产大豆蛋白纤维属于再生性植物纤维，它的主要原料来自于自然界的大豆粕，通过采用生物工程新技术从大豆的豆粕中提炼出的蛋白质经由其他助剂和生物酶的处理，以湿法纺丝而成，具体的生产工艺如下。
(1)以出过油的大豆废粕为原料，通过浸泡提取大豆蛋白质，利用生物工程新技术提取提纯球蛋白，再借助助剂、生物酶的作用，使提纯的球蛋白改变空间结构。
(2)溶解提纯的蛋白质，通过控制大豆蛋白质溶液的pH值和在蛋白质溶液中加入甲醛、乙二醛或戊二醛、多聚羧酸等交联剂，使蛋白质分子内或分子间形成交联，从而减少蛋白质的水溶性，制成一定浓度的非常稳定的蛋白纺丝液。
(3)将按比例混合搅拌成的蛋白纺丝原液过滤，用湿法纺丝工艺纺成单丝线密度为0.9~3. Odtex的丝束，然后通过凝固浴将丝条凝固，再经过牵伸等工序制成半成品。
(4)由于半成品中的羧基、氰基高聚物并没有完全发生共聚，还具有相当的水溶性，故需经过缩醛化处理以稳定纤维的性能。
(5)稳定后的半成品经水洗、上油、烘干、卷曲定形和切断，即可生产出各种长度规格的纺织用大豆蛋白纤维。
由于使用的大豆粕原料数量多，再生性强，不会对生态资源造成掠夺性开发。
生产过程中所使用的大部分助剂和半成品纤维均可回收再用，不会污染环境，且提纯蛋白.二、大豆蛋白纤维的性能1．外观和手感大豆蛋白纤维的原色为淡黄色，很像柞蚕丝的颜色。
其横截面呈扁平状哑铃形或腰圆形，纵向表面呈现不明显的沟槽，纤维具有一定的卷曲，但卷曲度不如细羊毛明显。
大豆蛋白纤维的生物降解性研究随着环境保护意识的提高和可持续发展的要求，研究生物降解材料变得愈发重要。
大豆蛋白纤维作为一种天然的生物降解材料，因其独特的结构和优良的性能而备受关注。
本文将对大豆蛋白纤维的生物降解性进行研究，并探讨其在环境保护和可持续发展中的应用前景。
大豆蛋白纤维是一种由大豆蛋白质提取而得的纤维素材料。
它具有许多优良的性能，如良好的强度、柔软度、透气性和抗菌性。
在纺织行业，大豆蛋白纤维常被应用于服装、床上用品和家居用品等领域。
然而，与传统的合成纤维相比，大豆蛋白纤维的生物降解性能具有显著优势。
生物降解性是评价材料对环境友好性的重要指标之一。
对于大豆蛋白纤维而言，其生物降解过程主要分为酶解和微生物降解两个阶段。
在酶解阶段，蛋白酶将大豆蛋白纤维分解为小的多肽链和游离氨基酸。
而在微生物降解阶段，微生物会进一步分解这些多肽链和氨基酸，最终将大豆蛋白纤维完全降解为无毒的物质，如水、二氧化碳和氨。
这个过程不会对环境造成污染，并且可以为土壤提供养分。
大豆蛋白纤维的生物降解性能受多种因素影响。
首先，大豆蛋白纤维的结构对其生物降解性能有重要影响。
大豆蛋白纤维由多肽链交织而成，而这些多肽链的结构特性决定了酶解和微生物分解的难易程度。
其次，环境条件也对大豆蛋白纤维的生物降解性能有一定影响。
例如，适宜的温度、湿度和酸碱度可以促进大豆蛋白纤维的降解过程。
最后，降解酶和微生物的种类和数量也是影响大豆蛋白纤维生物降解性的关键因素。
适当的选择和调控这些因素可以提高大豆蛋白纤维的生物降解性。
在环境保护和可持续发展方面，大豆蛋白纤维的生物降解性能使其成为替代传统合成纤维的理想选择。
与合成纤维相比，大豆蛋白纤维不会对环境和健康造成负面影响。
此外，大豆蛋白纤维的生产过程也相对环保，因为它主要通过天然的提取和化学合成过程完成。
因此，大豆蛋白纤维在纺织行业的应用前景广阔，并且在可持续发展方面具有重要意义。
然而，尽管大豆蛋白纤维的生物降解性能在理论和实验室研究中表现出良好的潜力，但在实际应用中仍面临一些挑战。
可再生蛋白纤维——大豆蛋白纤维本文主要介绍了大豆蛋白纤维的发展概况、生产工艺与设备、产品及其织物特点，从而为大豆纤维在纺织工业的应用提供技术和理论指导，同时也为纺织产品的创新开辟新的途径。
主要研究结果如下：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.大豆蛋白纤维织物特点：（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）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(真丝产品日硒牢度和汗渍牢度极差，很容易掉色)。
（3）保健功能性：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。
大豆蛋白纤维的导电性能研究导电纤维在电子器件和纺织品领域具有广泛的应用前景。
然而，常见的导电纤维使用的是以合成材料为基础的碳纳米管或金属纳米粒子，而这些材料存在资源消耗、环境污染和生物兼容性等问题。
因此，寻找可替代材料，具有良好导电性能且具备可持续发展优势的导电纤维具有重要意义。
大豆蛋白纤维作为一种天然、可再生的生物质材料，在纤维结构和化学组成上具备许多优势。
近年来，大豆蛋白纤维因其良好的生物相容性和可降解性，而成为制备生物材料的重要组成部分。
而且，大豆蛋白纤维具有一定的机械强度和柔软度，具备潜在的应用于纺织品和电子器件的能力。
因此，研究大豆蛋白纤维的导电性能具有重要意义。
首先，研究人员对大豆蛋白纤维进行了表征和分析。
利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）等仪器设备，对纤维的形貌、化学组成和结晶性进行了详细的分析。
研究发现，大豆蛋白纤维具有纤维状的形貌，并呈现出一定的多孔结构。
化学组成分析表明，蛋白质在纤维中占据了主要成分。
XRD结果显示，纤维具有一定的结晶性，表明纤维内部具备一定的有序性。
接下来，研究人员对大豆蛋白纤维进行了导电性能的测试。
利用四探针电阻率测量仪，研究人员对纤维的电导率进行了定量分析。
结果显示，大豆蛋白纤维表现出一定的导电性能，其电导率明显高于非导电材料。
进一步的测试表明，在一定频率范围内，导电性能随着频率的增加而增加，表现出一定的频率依赖性。
这种频率依赖性可能与大豆蛋白纤维内离子传导、电子跃迁以及电荷输运等相关。
为了进一步了解大豆蛋白纤维的导电性能机制，研究人员进行了相关分析。
利用拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FTIR），研究人员对纤维中的化学键及其振动模式进行了分析。
结果显示，大豆蛋白纤维中存在多种可提供电子输运路径的化学键，如胺基和酮基。
这些化学键的存在可能对纤维的导电性能产生积极影响。
此外，研究还发现，纤维中的水分含量也对导电性能有一定的影响。
大豆纤维的发展现状摘要大豆纤维的主要成分与羊绒和真丝类似，是一种再生植物蛋白纤维，其许多的优异性能，如吸湿性、透汽性、保暖性和可纺性能都于棉、毛、麻、丝等天然纤维相仿，而主要原料来源于榨过的大豆粕，原料数量大且可再生，生产过程环保，本文将就大豆纤维的发展历史进行阐述，并对大豆纤维所具有的性能及其性能在产品开发方面的研究成果与应用范围进行论述。
关键词：大豆纤维；纤维性能研究；产品性能测量；产品开发；ABSTRACTThe main soybean fiber and components similar to cashmere and silk, is a renewable vegetable protein fiber, and many of the excellent performance If hygroscopicity, steam, and heat retention properties are in spinning cotton, wool, linen, silk and other natural fibers similar to, and the main raw materials from the juice off soybean meal, a large quantity of raw materials and renewable, environmentally friendly production processes. This article presents the development of soybean fiber elaborate history, soybean fibers with the performance and its performance in product development results of research and application scope of this paper.Keywords：Soybean fiber; Fiber Properties; Product performance measurement; Product development;目录1．大豆纤维的发展历史 (1)1．1大豆纤维国外的发展情况 (2)1．2 大豆纤维国内的发展情况 (2)2．对大豆纤维各项性能的研究成果 (3)2．1大豆纤维的摩擦性 (3)2．2 大豆纤维的弯曲性 (3)2．3 大豆纤维抗静电性 (3)2．4 大豆纤维弹性 (3)2．5 大豆纤维耐晒、耐热、耐酸碱和耐霉菌性 (3)2．6 大豆纤维的混纺与交织性 (4)3．大豆纤维的生产与产品开发现状 (4)3．1 大豆纤维的生产与纺制 (4)3．2 大豆纤维的产品开发现状 (5)4．大豆纤维织物的产品性能研究领域与原理 (5)4．1 大豆纤维的产品结构基本参数 (5)4．2 织物耐久性研究范围与原理 (6)4．2．1拉伸断裂试验 (6)4．2．2顶破强力试验 (7)4．3大豆纤维的导湿性和透气性 (7)4. 4 大豆纤维的保暖性 (7)4．5 大豆纤维起球性能 (8)4. 6 大豆纤维的染色性 (8)4．7 织物外观保持性研究范围与原理 (9)4．8 织物风格研究范围与原理 (9)4．8．1织物的悬垂性 (9)4．8．2 织物的刚柔性测试 (10)5．文章总结 (10)参考文献 (11)1．大豆纤维的发展历史大豆蛋白纤维的主要成分与羊绒和真丝类似，是一种再生植物蛋白纤维，它是从大豆粕中提取蛋白高聚物，配制成一定浓度的蛋白纺丝液，成熟后，用施法纺丝工艺纺成单纤0。
第八大人造纤维——大豆蛋白纤维摘要介绍了新一代的绿色纤维大豆蛋白纤维的结构形态，并重点分析了其织物的特点及应用前景。
关键词大豆蛋白纤维结构形态织物性能大豆蛋白纤维是将大豆蛋白接枝在氰基羟基高聚物上，用湿法纺丝而制得的高性能纤维。
它源于可再生且易降解的植物蛋白质，被誉为“第八大人造纤维”，既继承了天然植物蛋白的优良性能，又发展了合成纤维的机械性能，正在被越来越多的有关专家所推崇，享有“人造羊绒”的美誉。
1 组成和形态大豆蛋白纤维属多组分复合纤维，主要由3部分组成：外层改性蛋白质、中层缩醛聚乙烯醇和内芯含硫酸基单体的聚内烯腈。
其纤维含有18~20种α氨基酸。
在再生大豆蛋白质纺丝过程中，大豆蛋白质中的酪氨酸、组氨酸等能与聚乙烯醇的羟基反应，形成交联，成为再生大豆蛋白纤维。
由表1可知，大豆蛋白纤维中氨基酸的总含量高达22.5%，这为纤维亲肤保健等功能奠定了基础［1］。
如图1，纯大豆蛋白纤维色泽自然纯朴，表面毛羽丰富，不结球，手感滑爽，柔软异常,悬垂飘逸［2］。
在显微镜下，大豆蛋白纤维的纵向表面（图2（a））不光滑，形成具有一定卷曲的沟槽，可以导湿。
横截面（图2（b））属海岛结构，呈不规则的哑铃形，中间存在透气导湿的细微孔隙［3］。
它具有明显的皮芯结构。
皮层结构紧密厚韧，芯层在脱溶剂时形成许多海绵多孔状的空隙结构。
2 织物特点2.1 外观雅致大豆蛋白纤维面料具有怡人的真丝般的光泽，其悬垂性也极佳，给人以飘逸脱俗的感觉。
用高支纱织成的织物，表面纹路细洁、清晰，是高档的衬衣面料。
2.2 舒适度高大豆蛋白纤维的纵截面沟槽和横截面空隙都可导湿，这样其吸湿性与棉相当而导湿透气性远胜于棉，保证了穿着的舒适与卫生。
纤维最外层是改性蛋白质，犹如人体第二肌肤，与皮肤有极好的亲合力，因此以大豆蛋白纤维为原料的针织面料手感柔软、滑爽，如真丝与山羊绒混纺的感觉。
2.3 染色性能优良大豆蛋白纤维本色为淡黄色，它的分子结构中有多种极性基团，如羟基、缩醛基、氨基等都具吸色性能。
大豆蛋白纤维大豆蛋白纤维是一种再生植物蛋白纤维，是从豆渣中提取球蛋白、辅之以特殊添加剂制成，主要成分与羊绒和真丝类似，是世界人造纤维史上第一种由中国自主开发并投入工业化应用的纤维。
大豆蛋白质纤维单丝细度细、比重小、强伸度较高、耐酸耐碱性好，用它纺织成的面料，具有羊绒般的手感、蚕丝般的柔和光泽，兼有羊毛的保暖性、棉纤维的吸湿和导湿性，穿着十分舒适，而且能使成本下降30％～40％。
大豆蛋白纤维既具有天然蚕丝的优良特性，又具有合成纤维的机械性能，它的出现满足了人们对穿着舒适性、美观性的追求，符合服装免烫、洗可穿的潮流。
大豆蛋白纤维织物的优点外观华贵。
面料具有真丝般的光泽，非常怡人；其悬垂性也极佳，给人以飘逸脱俗的感觉；用高支纱织成的织物，表面纹路细洁、清晰，是高档的衬衣面料。
舒适性好。
以大豆蛋白纤维为原料的针织面料手感柔软、滑爽，质地轻薄，具有真丝与山羊绒混纺的感觉，其吸湿性与棉相当，而导湿透气性远优于棉。
染色性好。
大豆蛋白纤维本色为淡黄色，很象柞蚕丝色。
它可用酸性染料、活性染料染色。
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、汗渍牢度也非常好。
物理机械性能好。
单纤断裂强度在3.0cN/dtex以上，比羊毛、棉、蚕丝的强度都高，仅次于涤纶等高强度纤维，纤度可达到0.9 dtex。
初始模量偏高，而沸水收缩率低，故面料尺寸稳定性好。
在常规洗涤下不必担心织物的收缩，抗皱性也非常出色，且易洗、快干。
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定量的有杀菌消炎作用的中草药与蛋白质侧链以化学健相结合，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,药效难以持续的缺点。
大豆蛋白纤维分子的化学结构大豆蛋白纤维是由聚乙烯醇和大豆蛋白双组分构成。
聚乙烯醇属于碳链高聚物，大分子呈碳一碳链连接，其分子链上含有大量的羟基，平均一个大分子有1 400—1 800个。
