王聪聪大豆蛋白纤维的研究进程 成稿文档格式.docx

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newcenturyofhealthcomfortfibre"

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soybeanproteinfiber；

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futuredevelopment

目录

前言...........................................................................................................1

第一章大豆蛋白纤维的发展历史.........................................................2

1.1大豆蛋白纤维的国外发展情况......................................................2

1.2大豆蛋白纤维国内发展情况.........................................................3

第二章大豆蛋白纤维的特性.................................................................5

2.1大豆蛋白纤维的化学组成.....................................................................5

2.2物理性能.............................................................................................5

2.3化学性能.............................................................................................6

2.4大豆蛋白纤维的制造方法.....................................................................6

2.5大豆蛋白纤维与其它纺织纤维性能比较................................................7

2.6大豆纤维与其它纺织纤维耐酸性能和耐虫蛀，耐霉菌性能比较..............7第三章大豆纤维的开发.........................................................................9

3.1开发的主要产品..................................................................................9

3.2开发的作用和市场前景.......................................................................9

参考文献..................................................................................................11

致谢..........................................................................................................12

前言

大豆（学名：

Glycinemax），中国古称菽，是一种其种子含有丰富的蛋白质的豆科植物。

大豆呈椭圆形、球形，颜色有黄色、淡绿色、黑色等，故又有黄豆、青豆、黑豆之称。

大豆最常用来做各种豆制品、榨取豆油、酿造酱油和提取蛋白质。

豆渣或磨成粗粉的大豆也常用于禽畜饲料。

在中国，日本和朝鲜，不同软硬的豆腐已经吃了几千年了。

欧美现代也开始吃豆腐，但是一般用来代替奶制品。

大豆除了作为食品外也有其特殊的作用。

亦即大豆蛋白纤维，大豆蛋白纤维属于再生植物蛋白纤维类，是以榨过油的大豆豆粕为原料，利用生物工程技术，提取出豆粕中的球蛋白，通过添加功能性助剂，与腈基、羟基等高聚物接枝、共聚、共混，制成一定浓度的蛋白质纺丝液，改变蛋白质空间结构，经湿法纺丝而成[1]。

第一章大豆蛋白纤维的发展历史

大豆纤维是以脱去油脂的大豆豆粕作原料，提取植物球蛋白经合成后制成的新型再生植物蛋白纤维，是由我国纺织科技工作者自主开发，并在国际上率先实现了工业化生产的高新技术，也是迄今为止我国获得的唯一完全知识产权的纤维发明。

在成为纤维之前，要从大豆中提取蛋白质与高聚物为原料，采用生物工程等高新技术处理，经湿法纺丝而成。

这种单丝，细度细、比重轻、强伸度高、耐酸耐碱性强、吸湿导湿性好[2]。

优于羊绒的手感，光泽能与蚕丝相媲美，棉的保暖性和良好的亲肤性等优良性能，还有明显的抑菌功能，被誉为“新世纪的健康舒适环保纤维”。

以50%以上的大豆纤维与长绒棉混纺的高支纱，用于生产春、秋、冬季的薄型绒衫，其滑糯、轻盈、柔软，能保留精纺面料的光泽和细腻感，增加滑糯手感，也是生产轻薄柔软型高级西装和大衣的理想面料。

用大豆纤维与真丝交织或与绢丝混纺制成的面料，既能保持丝绸亮泽、飘逸的特点，又能改善其悬垂性，消除产生汗渍及吸湿后贴肤的特点，是制作睡衣、衬衫、晚礼服等高档服装的理想面料。

此外，大豆纤维与亚麻等麻纤维混纺，是制作功能性内衣及夏季服装的理想面料；

与棉混纺的高支纱，是制造高档衬衫、高级寝卧具的理想材料；

或者加入少量氨纶，手感柔软舒适，用于制作T恤、内衣、沙滩装、休闲服、运动服、时尚女装等，极具休闲风格[3]。

1.1大豆蛋白纤维的国外发展情况

国外早期对蛋白质纤维的研究从十九世纪末和二十世纪初就开始了，直到现在已近一个世纪，开发的纤维概括如下：

1935年，意大利科学家Ferretti从牛乳中提炼出酪素蛋白质，进行实验室纺丝，制得人造蛋白纤维。

1938年，英国ICI公司制造了花生蛋白质纤维，商品名为Ardit，该纤维吸水率14%左右，断裂强度为0.8ɡ/d，纤维较粗，强力差。

1939年，CornProductRefining公司将从玉米中提炼的蛋白质用醇或碱溶解，纺丝制得玉米蛋白纤维，商品名为VicraRrdilenfibre，该纤维比重为1.25，吸水率10%左右，断裂强度为1.2——1.5ɡ/d，但纤维粗，无实用性。

20世纪40年代初，美国、英国研制了酪素纤维，商品名为Aralic（美国）、Fibralane（英国）,比重1.9，吸水度14%，断裂强度为0.8—1.0ɡ/d，延伸度为15%，耐水性差，无实用性。

1945年左右，美国、日本研制了大豆蛋白纤维，美国商品名为Soylon，吸水率为11%，强力差，色泽黄，但无工业化生产的纤维产品。

1948年，美国通用汽车公司首先从豆粕中提取了大豆纤维，因达不到纺织要求的指标而中断研究。

近年来，日本东洋纺织公司开发了以新西兰牛奶为原料的再生蛋白质纤维，商品名为Chinon，它是用牛奶酪素与丙烯睛接枝而成，它是世界上目前唯一实现工业化生产的再生蛋白质纤维，据资料介绍：

它具有天然丝一样的光泽，手感柔软，有较好的吸水性，穿着舒适等。

但纤维本身呈淡黄色，耐热性差，在干热120℃以上易泛黄，强力下降。

而且，100千克牛奶只能提取2千克蛋白质，缺乏市场竞争力。

由于纤维制造成本高，无法大量推广应用，据介绍目前已无法维持正常生产[4]。

到目前为止，国外尚无用于纺织品的大豆蛋白质纤维产品。

1.2大豆蛋白纤维国内发展情况

我国在50年代、70年代分别对蛋白质纤维进行过初步的探索，但未成功。

在90年代，四川省曾对蚕蛹蛋白质纤维进行了研制，制备纤维的方法有两种：

一种是将蚕蛹蛋白质与丙烯睛等单体接枝，在进行纺丝，但未实现工业化生产；

另一种是将蚕蛹蛋白质与粘胶纺丝液混合进行复合纺丝，已实现了小批量生产[5]。

虽然这种蚕蛹蛋白粘胶丝吸水性好于蚕丝，但蛋白质含量较低，而且干强较低，由于强度太低，在织造和印染加工中存在很多问题，严重影响了该类产品的开发和技术推广。

90年代，上海东华大学、金山石化曾对酪素/丙烯睛接枝共聚物的纺丝进行过研究，但亦停留于理论探讨，未见其产品，上海复旦大学和东华大学曾对再生丝素溶液的纺丝进行过研究，亦未能实现工业化生产。

最近我国上海正家服装有限公司，开发出了牛奶纤维，纤维性能优良，但成本极高，难以大量推广。

90年代初，河南濮阳华康工程联合集团开始对大豆蛋白质纤维进行深入系统的研究开发，于2000年3月试纺成功，在国际上首次进行了工业化实验，目前第一条工业化生产线能力为1500吨，所生产的纤维单纤维细度分别为0.9—1.1和1.2—1.7dtex,切断成短纤维长度38㎜或76㎜，该纤维与国内外开发的再生蛋白质纤维相比，具有较高的强力和其他优良性能，而且所用蛋白原料来源于农副产品—大豆豆粕。

国产大豆蛋白质纤维开发成功填补了国际空白，是国际创新纤维材料[6]。

第二章大豆蛋白纤维的特性

2.1大豆蛋白纤维的化学组成

大豆蛋白纤维是由大豆蛋白（SPF）与聚乙烯醇（PVA）共混纺丝形成的，其中蛋白质25%——45%和聚乙烯醇55%——75%组成。

在大豆蛋白纤维中，羟乙烯基高聚物大分子式以平面锯齿直线及大豆蛋白大分子是以空间弯曲直线形砌入的

（1）羟乙烯基高聚物大分子带有大量羟基，大豆蛋白带有较多的羟基、胺基、羧基和含硫基等，这些极性基团在单组分和双组分大分子间形成氢键、盐式键和双硫键等交联，在纺丝的条件下，可能产生能量较高的化学键，如酰胺键和酯键等

（2）。

特别是纤维成形后的缩醛化处理中，甲醛参与了化学反应，在单组分和双组分大分子间形成了交联（3）。

因此，大豆蛋白纤维的聚集态结构是以直线形大分子网状结构为主体的。

这些不同性质的化学基团，使各种染料对大豆蛋白纤维染色出现不同效果。

但从总体来说，大豆蛋白属于蛋白纤维，它和酸性染料有亲和力。

而聚乙烯醇大分子主要携带羟基，这一点和棉纤维相似，因此对碱性染料有亲和力。

唐人成等在研究各种染料对大豆蛋白纤维染色时也发现酸性染料对大豆蛋白纤维的染色深度低，这主要是由于大豆蛋白组分含量低所致。

2.2物理性能

——导湿性与透气性：

纤维导湿、透气干爽。

——保暖性：

与棉纤维保暖性处于同一水平，高于晴纶，低于羊毛。

——摩擦、弯曲和悬垂性：

大豆蛋白纤维摩擦系数比棉小，抗弯弹性模量小于棉，故纤维柔软程度比蚕丝与棉均为好具有羊绒般手感，制成织物悬垂性比蚕丝还要好。

——起球起毛性能：

由纤维摩擦系数小，卷曲牢度低，制成织物易起毛而不易起球。

——抗静电性能：

质量比电阻小于其他纤维，接近于蚕丝纤维静电效应小，有利于纺织加工和衣着。

——弹性：

卷曲率与卷曲牢度低于一般化纤，从而使纤维性较差。

——耐晒性能：

耐日晒能力强，且抗紫外线能力优于棉，更优于粘胶和蚕丝。

——耐热性能：

纤维和沸水和干热空气中收缩率较大，故染色和定型湿度不宜超过100℃。

——耐酸碱性能和耐虫蛀、耐霉菌性能：

耐酸耐碱性能与羊毛、蚕丝相同，耐虫蛀性能优于羊毛、蚕丝。

由于纤维中加入抗霉剂，能扼制大肠杆菌、脓包菌和孢芽菌。

——染色性能：

弱酸性活性、直接染料适用大豆纤维染色，但直接染料由于水洗牢度较差，除个别色相外通常不用。

——物理性能：

大豆蛋白纤维，纤度目前有1.15d、1.3d、1.5d多种规格，长度棉型为38m/m，毛型有65～67m/m，断裂强度高达5.4CN/dtex，湿强为4.3CN/dtex干湿伸长率为15%与13%，比重为1.28，回潮率6.80%。

断裂强度高于羊毛、蚕丝，但伸长率较低，比重轻，回潮率也比羊毛、蚕丝低。

综上所述：

大豆蛋白纤维的优点是：

强力高、导湿透气、保暖、光滑柔软、悬垂性好，静电效应小，耐日晒、耐虫蛀、耐霉菌性好。

其缺点是摩擦系数小，弹性、抗绉性差、不耐热、缩水变型大、易起毛等，根据其性能特点的后加工中应扬长避短，发挥纤维的优良性能，开发出高品质的纺织品。

2.3化学性能

该纤维耐一般有机溶剂性较好；

有较好的耐碱性；

5%苛性纳常温下强力基本保持不变，100℃下强力稍有下降重量稍有损失；

耐酸性不好；

37%盐酸、75%硫酸下常温可溶解、甲酸40℃下可溶解，溶解后均有少量残留物质。

大豆纤维适用的染色剂种类较多，上染率高且上染速度快，但由于纤维本身的黄色，使所染纤维或成品色泽暗淡，缺乏光泽。

大豆纤维经紫外线照射120h后，强力下降9.8%，变异系数和燃烧性能比羊毛好，接近火焰时，纤维收缩，在火焰中一团，离开火焰后能够续然，冒烟散发出烧毛发气味，燃后灰烬为黑色，其中含有黑色粗硬颗粒。

耐高温性差100℃时很容易发生收缩，温度越高收缩越大，因此不宜将未染色的大豆纤维与涤纶混纺或交织。

湿热性能不稳定，经沸水处理，收缩率可高达.5%，纤维卷曲增多，强力下降，伸长变大。

大豆纤维湿热性能的不稳定会给染整加工带来困难。

2.4大豆蛋白纤维的制造方法

方法一：

将大豆中分离提纯的大豆蛋白质溶解在温度40—60℃、浓度为1%—5%的氢氧化钠水溶液中得到大豆蛋白溶液，在大豆蛋白溶液中加入重量比为0.01%—0.1%的引发剂，再按大豆蛋白质的固体重量比加入丙烯酸胺0.01%—0.3%，搅拌混匀在温度30—60℃的条件下反应1—4h，将上述溶液过滤后得到大豆蛋白纺丝液。

将大豆蛋白纺丝液按所需比例与纤维素黄酸酯混合后，根据生产需要用相应的工艺生产出大豆蛋白纤维素纤维粘胶长丝和粘胶短纤维。

方法二：

采用生物化学和化学等方法，从豆粕中提取球状蛋白质，再通过添加剂功能性助剂，改变蛋白质空间结构，最后经轻丝法纺丝而成，纤维本身主要由蛋白质组成，且生产过程对环境无污染。

2.5大豆蛋白纤维与其它纺织纤维性能比较

性能

大豆纤维

棉

粘胶

蚕丝

羊毛

断裂强度（CN/dtex）

3.8—4.0

1.9—3.1

1.5—2.0

2.6—3.5

0.9—1.6

干湿

2.5—3.0

2.2—3.1

0.7—1.1

1.9—2.5

0.7—1.3

干断裂延伸度（%）

8—21

7—10

18—24

14—25

25—35

初始模量（kg/mm2）

700—1300

850—1200

850—1150

650—1250

钩接强度（%）

75—85

70

30—65

60—80

结节强度（%）

85

92—100

45—60

80—85

回潮率（%）

8.6

9.0

13.0

11.0

14—16

比量（g/cm3）

1.29

1.50-1.54

1.46—1.5

1.34—1.38

1.33

2.6大豆纤维与其它纺织纤维耐酸性能和耐虫蛀，耐霉菌性能比较

种类

耐酸性

耐稀酸

（好）耐稀酸

（好）不耐热稀酸耐稀酸（较好）

耐碱性

耐稀碱（纯碱）不耐烧碱

耐烧碱

耐虫蛀

不耐虫蛀

耐霉菌

不耐霉菌

第三章大豆纤维的开发

3.1开发的主要产品

目前，国外尚无用于纺织品的大豆纤维产品。

据国外资料报道，可将大豆蛋白与PVA共混纺丝。

应戊二醛作交联剂制成大豆蛋白可将解性高聚物，用于塑料、粘合剂、薄膜、包装材料、增强材料等应用领域。

我国于2000年3月大豆纤维试纺成功，在国际上首次成功的进行了大豆蛋白复合纤维的工业化生产，改写了在工业化学纤维制造领域中中国原创技术5的历史。

2000年10月在中国纺织工业协会、纺织工业科学技术发展中心的领导支持下，大豆纤维的产品开发和纤维制造规模的扩大得到迅猛发展[7]。

大豆蛋白纤维的今后发展趋势主要集中在三个方面。

一是开发针织面料。

一般是内衣和睡衣，因为大豆蛋白纤维细度细，内衣制品手感特别柔软、光滑，穿着非常舒服，同时大豆蛋白纤维外层基本是蛋白质，制品对人体皮肤更具有保健作用，因此，大豆蛋白纤维在内衣领域上大有开发潜力；

二是开发衬衫面料。

大豆蛋白纤维的梭织产品在光泽上具麻绢混纺风格，手感比绢挺、悬垂性好，抗皱性优于真丝且可用活性染料染色，染色牢度好，是制作高档衬衫的理想面料；

三是开发混纺面料。

以50%以上的大豆纤维与长绒棉混纺的高支纱，用于生产春、秋、冬季的薄型绒衫，其滑糯、轻盈、柔软，能保留精纺面料的光泽和细腻感，增加滑糯手感，也是生产轻薄柔软型高级西服和大衣的理想面料。

用大豆纤维与真丝交织或绢丝混纺制成的面料，既能保持丝绸亮泽、飘逸的特点，又能改善其悬垂性，消除产生汗渍及吸湿后贴肤的特点，是制作睡衣、衬衫、晚礼服等高档服装的理想面料。

与棉混纺的高支纱，是制作高档衬衫、高级寝卧具的理想面料；

或者加入少量氨纶，手感柔软舒适，用于制作T恤、内衣、沙滩装、休闲服、运动服、时尚女装等，极具休闲风格。

3.2开发的作用和市场前景

用于纺织品的再生纤维素纤维和合成纤维经过多年的发展历程，虽进行了不间断的研究改性，任何事物都有其缺点，大豆蛋白纤维若要真正打入市场需克服其不足之处，在纺纱时由于纤维蓬松、抱合力差。

静电严重，给生产带来一定的麻烦；

在织造时经纱上浆及退浆和漂白前处理时，由于纤维耐热性差，必须严格控制工艺条件，特别是染色时，耐热性较差会使染色后易暴露出纤维结构的不匀性，所以要对活性染料和弱酸性染料进行选择，以确保大豆蛋白纤维堆织物染色均匀，上色率好。

所以，我们还要不断进行开发。

大豆蛋白纤维作为以后新型的再生植物纤维具有良好的发展前景和潜力。

新型大豆蛋白纤维制成的衣物具有三大舒适功能:

（1）热湿舒适功能：

吸热导热快、透气好、干爽舒适、耐热性能好。

夏季出汗不会紧贴身体，大豆纤维表面有微空和凹槽，盐渍被吸附不会产生汗渍圈。

（2）接触舒适功能：

3般手感、柔软、滑爽、弹性好。

（3）压感舒适功能：

轻柔、蓬松、亲肤性能好，与皮肤有极好的亲和力，犹如人体第二肌肤。

四大健康功能：

（1）抗菌功能：

大豆纤维具有有效的抑制大肠杆菌、葡萄球菌、念球菌、肺炎菌、淋病霉菌等功能。

（2）远红外功能：

大豆蛋白纤维具有较强的远红外线辐射功能。

特别是对人体有益的远红外波长6um__14um就占到87%左右，经检测当体表温度超过25℃时会与皮肤产生远红外辐射，促进皮肤毛细血管血液的微循环，有效消除皮肤瘙痒。

并能释放少量负氧离子，使人体皮肤细胞保持新鲜的活力。

（3）抗紫外线功能：

大豆纤维堆织物能抵抗对人体有害的紫外线。

能有效减少皮肤病变。

（4）负氧离子功能：

负氧离子可以杀菌，清洁空气，给人以清新舒适环境，有助上班族减轻疲劳和压力。

参考文献

[1]李义有.大豆蛋白纤维及其织物的性能特点[J].纺织学报，2004，25（6）：

31-32.

[2]官爱华等.新型再生蛋白质纤维[J].合成纤维，2006（6）：

24-27.

[3]祝来燕等.大豆蛋白纤维理化性能及其利用[J].丝绸，2008（11）：

43-44.

[5]程醉．大豆蛋白纤维行业乱象[J]．中国纤检，2010（15）：

36-38.

[6]姜岩等．大豆蛋白质纤维的结构研究（Ⅱ）：

聚集态结构[J].纺织学报，2005，26

（1）：

30-32.

[7]姜岩等．大豆蛋白质纤维的结构研究（Ⅲ）：

共混结构[J].纺织学报，2005，26

（2）：

51-58.

[8]赵晓芳．织物组织对大豆蛋白纤维机织物的性能影响[J].广西纺织科技，2009，38

（1）：

29-30.

致谢

首先感谢我的所有老师，是你们给了我更多的知识，让我的知识结构更加稳固。

本课题在选题及研究过程中得到**老师的悉心指导，多次研究询问研究过程，并为我指点迷津，帮助我研究开拓思路。

**老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅受我以文，而且教我做人，再次表示诚心的感谢。

感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！