维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第１期 纺织科技还展 ・４５・ 牛奶蛋白纤维的生产及开发应用 王自强，成玲 （天津工业大学纺织与服装学院，天津３００１６０） 摘要：牛奶蛋白纤维作为一种新型的纺织用纤维，以其优良的性能越来越引起广泛的关注。介绍了牛奶蛋白纤维 的生产、纺纱织造及后整理情况。阐述了牛奶蛋白纤维目前在纺织中的开发和应用前景。 ‘关键词：牛奶蛋白纤维；纺纱织造；后整理 中图分类粤：ＴＳ１０２．５１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３－－０３５６（２００８）０１－－００４５－－０３ 牛奶蛋白纤维是一种新型含蛋白的功能性环保纤维。它的 白，而牛奶中的蛋白——酪蛋白是线型的。 断裂强度和模量适中，伸长大，纺纱织造性能好（其基本性能指 （２）具有一定的大分子柔顺性和较高的分子问力。蛋白质 标见表１［１］）。由于牛奶蛋白纤维的基体与蛋白质的双组份特 可视为多种不同的 氨基酸，通过胺基和羧基问的脱水缩合而 性以及腰圆型或哑铃型的截面和纵向呈无规则凹槽的形态特 成，这种反应连续缩合多次形成多肽，蛋白质比多肽分子量更 点 ｊ，使纤维本身具有优良的吸湿性和透气性。牛奶蛋白纤维 高，结构更复杂，其中含有无数个肽键。肽键使大分子具有很好 膨松细软平滑，比重小，使其具有羊绒般的柔软手感和蚕丝般的 的柔性，且使大分子之间能形成氢键，从而使其有较高的分子问 天然光泽。此外，牛奶蛋白纤维中蛋白含量较高，有１０多种对 力。蛋白质的分子间力除主要来源于氢键力外，还有其他极性 人体有益的氨基酸以及蛋白质天然保湿因子 ，能起到营养、保 基团如一ＳＨ、一ＰＨ。等的辅助。 健肌肤的作用，使皮肤更加柔润光滑，因而。用牛奶蛋白纤维加 （３）具有较好的可纺性。蛋白质与水形成胶体溶液，经纺丝 工的各类高档服饰，可以满足人们多方位的需求。 后，随着水分的去除，大分子相互靠拢，分子间形成氢键，多肽链 牛奶蛋白纤维主要以牛奶为原料，原料的来源丰富，由于在 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 生产过程中采用高科技工艺处理，产品不会污染环境，因此牛奶 抗张强度可达到２．５ ｃＮ／ｄｅｘ以上，能满足纺织纤维的基本要 蛋白纤维被称为２１世纪的绿色纤维，在纺织业中具有较广阔的 求。 应用前景。 １ ２生产方法 表１ 山西恒夭牛奶蛋白纤维的基本性能 牛奶蛋白纤维的生产方法有两大类，即纯牛奶蛋白纤维的 生产和牛奶复合蛋白纤维的生产。 １ ２ １ 纯牛奶蛋白纤维 牛奶中水分要占８５ 以上，所以成纤的第一步是要去除多 余的水分，使牛奶浓缩到含水６Ｏ 以下后，加碱（Ｎａ０Ｈ）脂肪分 解。反应后的乳浊液中除蛋白质外都成为可溶于水的低分子 物。蛋白质分子量大，不能穿过半透膜，利用这一性质，将蛋白 质和低分子物通过透析法分离开来，达到蛋白质纯化的目的。 此外，也可用盐析法，即在乳液中加无机盐（ＭｇＳＯ４）等，使蛋白 质从中析出，达到纯化。其纺丝生产流程如下 Ｊ： 蒸发一脱脂一碱化一分离一揉合一过滤一脱泡一纺丝一拉 伸一干燥一定形一分级一包装。 ’ １牛奶蛋白纤维的生产 减压蒸发：温度最好低于７０℃，７０℃以上会使蛋白质变 性。蒸发器内压力要求低于８０ ｋＰａ，浓缩到含水６０ 以下。 １ １生产原理 脱脂：去除奶中脂肪是纺前处理的一个重要环节。为减少 牛奶的主要成分包括蛋白质、水、脂肪、乳糖、维生素及灰分 碱化负担，降低碱耗量，节约成本，在碱化前先进行离心脱脂。 等，其中蛋白质是生产牛奶蛋白纤维的基本原料。牛奶中的蛋 即根据脂肪的密度小于奶中其他成分的密度，利用离心机将大 白质之所以能够纺丝成纤。是因为它具备成纤高聚物的基本条 部分脂肪去除。离心机转速应高于１ ０００ ｒ／ｍｉｎ，分离效果才 件 。 好。 （１）大分子是线型的。蛋白质大分子有两种，一种是链状 碱化：为进一步去除脂肪，在离心脱脂后的乳液中加入 的，即线型的。称之为纤维蛋白；另一种是球状的，称之为球蛋 Ｎａ０Ｈ水溶液，使脂肪分解。碱液中碱水摩尔比为１：２０。碱 量太少，脂肪不能完全分解；太多，除使脂肪分解外，还会促使蛋 收稿日期：２００７—１（｝－２０；修回日期：２００７一ｌ１—２８ 白质分解。 作者简介：王自强（１９８２一）．男，河南中牟人，天津工业大学纺织与服装学院 分离：用半透膜将碱化反应后的乳浊液中的蛋白质分离出 在读硕士研究生，所学专业为纺织工程。 来。或者加入ＮａＣｌ使蛋白质沉淀析出。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・４６・ 纺织科技还展 ２００８年第１期 揉合：将析出的蛋白质收集，加无离子水，加蛋白质粘合剂， 送人揉合机并加热至６Ｏ℃。经充分混匀成特别揉合流体后即 可作为纺丝液。 由于牛奶蛋白纤维摩擦系数较低、抱合力差，质量比电阻较 大，因此，纺纱中需要进行一定的预处理，其中上机回潮率的控 制（１６ 左右）和抗静电剂的筛选及用量的多少（１ 左右）对于 保证成纱质量极为关键。 为满足人们对服装舒适化、高档化、保健化及时尚化的需 求，除了牛奶蛋白纤维纯纺纱的纱线产品外，已有多种牛奶蛋白 纤维混纺的纱线产品，如牛奶蛋白纤维／棉、牛奶蛋白纤维／羊 毛、牛奶蛋白纤维／羊绒、牛奶蛋白纤维／蚕丝、牛奶蛋白纤维／大 豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维／天丝、牛奶蛋白纤维／氨纶等牛奶蛋 白纤维同其他纤维混纺的纱线Ｌ６］。 ’ ２．２织造 浆纱是织造生产的重要环节。由于牛奶蛋白纤维表面光 过滤、脱泡：这是纺前准备工序，经过滤去除杂质和减压脱 除纺丝液中的气泡，可大大减少纺丝中的毛丝、断头，提高可纺 性。 纺丝：采用干法纺丝。将脱泡后的纺丝液预热至６Ｏ℃，加 入干法纺丝罐内，经齿轮计量泵输入纺丝机的喷丝头（喷丝孔径 为０．１５ ｍｍ）。从喷丝孔挤出后，细流进入湿球温度约为５５℃ 的空调环境中初步固化为连续长丝，接着经过１００℃的烘干区， 使水分含量降低至２Ｏ 以下，并卷绕在丝筒上。 拉伸：为提高纤维的断裂强度及其他物理机械性能，成形后 的丝条还需要进行１．５～２．０倍的热拉伸。拉伸后，大分子沿纤 维轴取向排列，分子间力增强，纤维性能得到改善。 干燥和定型：在定型锅内，于９Ｏ℃下进一步烘干，同时也起 到定型作用。锅内要抽真空，使水分不断汽化排出，纤维含湿量 低于１Ｏ 。经热处理后，蛋白质转化为变性蛋白质，成为永久 的不熔不溶性固化纤维，耐热水，耐软化，成为有实用价值的纺 织纤维。 １．２．２ 牛奶复合蛋白纤维 滑，纱线中的毛羽容易滑移，如果不充分将其毛羽伏贴，极易在 钢筘及综片处纠缠，造成纬向阻断，经纱断头也会相应增加。浆 纱过于硬挺，织造时易造成脆断头，增加断经疵点。所以牛奶蛋 白纤维浆纱的目的，关键在于伏贴毛羽，提高柔韧耐磨性。针对 牛奶蛋白纤维的特性，浆液宜采用高浓度、中粘度、重加压贴毛 羽、偏高上浆的工艺原则 ｊ。 浆料配方以丙烯酸和ＰＶＡ的混合浆为主［８］，为防止高上浆 率带来的脆断头，可使用后上油，既提高浆纱的耐磨性，又能使 浆纱柔软、滑爽，进一步提高织造开口清晰度，减少纱线断头，提 高织造效率。 目前，市场上出现的牛奶蛋白纤维主要是牛奶复合蛋白纤 维，它是以合成大分子（主要是聚丙烯醇或聚乙烯醇）为载体，与 牛奶蛋白共混共聚后制成的纤维。这类纤维的纺丝基本上均为 溶液纺丝，其原液的制备一般有共混法、交联法和接枝共聚 法Ｌ５Ｊ。 在织造工艺中，张力要求均匀一致、大小适中；温湿度严格 控制，湿度偏大掌握；保证纱线通道的光滑，避免不必要的摩擦， 减少静电的产生Ｌ９ｊ。 （１）共混法。以牛奶蛋白和聚丙烯腈（或聚乙烯醇）共混纺 丝，采用聚丙烯腈通常的纺丝方法制成纤维。 （２）交联法。以牛奶蛋白和丙烯腈（或乙烯醇）加入交链剂 进行高聚物交联化学反应，制成纤维。 ３牛奶蛋白纤维产品的后整理 牛奶蛋白纤维织物不耐强碱，在染整加工中可以用碱性较 弱的纯碱或酶退浆 ，用双氧水氧化或还原剂（如二氧化硫 脲）ｕｕ还原漂白等方式。牛奶再生蛋白质纤维适用的染色剂种 类较多，上染率高，可在常温下染色，色牢度好。 为了使牛奶蛋白纤维织物能够保持其柔软、滑爽的特性，其 产品一般要进行抗皱处理、柔软处理等后整理ｕ 。 （１）抗皱整理一（３）接枝共聚法。以牛奶蛋白和丙烯腈（或乙烯醇）在体系 中催化发生高聚物接枝共聚物，制成溶液，纺丝再制成纤维。 ２牛奶蛋白纤维的纺纱和织造 ２．１纺纱 一般应选择抗皱效果好的环保型整理剂， 牛奶蛋白纤维的纤维整齐度好、杂质少、蓬松、易开松，纤维 可纺性能较好。纺纱工艺流程主要为： 清花Ａ－０Ｏ２Ｄ—Ａ００６Ｂ－￣ＡＯ３６Ｃ（梳针）一ＡＯ９２一Ａ－０７６一梳 如聚马来酸整理剂ＤＰ６０、改性二羟甲基二羟基乙烯脲树脂ＧＱ ８１０、聚氨酯整理剂、交联剂ＤＩＮＦ整理剂和Ｔｕｒｐｅｔ Ｔｕｒｐｅｘ （２）柔软整理牛奶蛋白纤维织物本身具有较好的柔软 整理剂等。 性，在染整加工过程中，经高温、张力及抗皱整理，手感变硬。为 了使织物蓬松、丰满、柔软，需进行柔软整理。一般可选择有机 硅类柔软剂、脂肪酰胺柔软剂和阳离子柔软剂等。 （３）烘干应选择好烘干设备及方式，不能用直接接触式 高温烘干设备，因为直接接触高温，牛奶蛋白纤维在湿热情况下 手感变硬。牛奶蛋白纤维或织物脱水后热风烘干或松式烘干是 比较理想的烘干方式，烘干温度７０～８Ｏ℃。织物完全干燥后， 棉Ａ１８６Ｄ－－￣并条ＦＡ３０２（二道）一粗纱机Ａ４５４Ｇ一细纱ＦＡ５Ｏ２ 一络筒村田Ｎｏ．７—７型。 表２为天津工业大学以山西恒天纺织新纤维科技有限公司 的牛奶蛋白纤维为原料，纺纱得到的纱线成纱质量情况［ 。 表２．成纱质量（纯纺） 牛奶蛋白纤维织物可经热定形处理，热定形温度可在１８０℃左 右。 ４牛奶蛋白纤维产品的开发应用 目前市场上已有多种牛奶蛋白纤维的面料，主要包括： 注：牛奶蛋白纤维细度１．５２ ｄｔｅｘ，长度３８．００ ｒｎｍ。 （１）在纯牛奶蛋白纤维产品开发方面，主要是以平纹和抽条 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００８年第１期 纺织科技迁展 ・４７・ 罗纹面料为主。产品质地轻盈、柔软、滑爽、悬垂感强、穿着透气、 的功效。但是，牛奶蛋白纤维还存在耐热性差（其在低于水的沸 导湿、舒适，外观光泽优雅、色彩艳丽，而且牛奶蛋白纤维润肌养 点达到９２．７℃时，有一个分解峰值，耐热水性低于９Ｏ℃）［“］、 肤、亲肤保健、抑菌洁肤，是制作内衣的极好材料，也可制作男女 抗皱性差、淡黄色不易去除、价格相对较高等问题，随着对牛奶 Ｔ恤等休闲家居服装。上海正家公司已开发了牛奶丝贴身内 蛋白纤维研究的不断深入发展及其生产工艺的完善和成熟，这 衣，江苏红豆公司也成功开发了用１００ 牛奶蛋白纤维织造而 些问题有望得到解决，牛奶蛋白纤维及其产品将具有更加广阔 成的Ｔ恤衫 。 的发展空间。 ‘ （２）在牛奶蛋白纤维混纺产品开发方面，主要有牛奶蛋白纤 参考文献： 维与羊绒口 、羊毛、天丝口 、棉ｌ】 等其他纤维混纺织造而成的 ［１］杨锁廷，季益萍，朱若英．牛奶蛋白改性纤维的纺纱加工技术［Ｊ］． 各类毛纺、棉纺面料，在保留原有纤维的特性外，使面料更具独 纺织导报，２００５，（９）：６８—７１． 特的个性和品质，可以制成春夏季Ｔ恤、衬衫、内衣等服饰。春 ［２］李辉芹．牛奶蛋白纤维的性能与制备ｆＪ］．江苏丝绸，２００６，（４）：７— 季穿着具有轻盈、柔软、飘逸、悬垂的风格。夏季穿着具有透气、 ９． 导湿、爽身的特性。 ［３］官爱华，张建飞，刘中君．牛奶蛋白纤维的力学性能测试及应用性 （３）具有特色的牛奶蛋白纤维长丝产品。由牛奶蛋白纤维 能分析［Ｊ］．染整技术，２００５，２７（９）：８—１Ｏ． 和蚕丝交织而成的牛奶丝蚕丝缎、绉，集牛奶蛋白纤维和蚕丝的 ［４］王敏．牛奶蛋白纤维的生产与服用性能ｆＪ］．广西化纤通讯， 优点于一体，既能保持丝绸的优雅光泽，色彩艳丽。又能消除蚕 ２００３。（１）：３１—３２． 丝织物易起的汗渍，增强织物的悬垂感、吸湿导汗性，手感更加 ［５］苏寿南，章潭莉．牛奶蛋白纤维的新崛起［Ｊ］．合成技术及应用， １９９９。１４（４）：２３—２４． 柔软，是国际纺织界独创一格的新颖面料。特别适宜制作唐装、 ［６］王建坤．新型服用纺织纤维及其产品开发ｆＭ］．北京：中国纺织出 旗袍、晚礼服等高级服装。此外，由牛奶蛋白纤维长丝与氨纶织 版社。２００５． 造的弹力织物。¨ ，其品质柔软、弹力适度、兼具牛奶丝独有的特 ［７］伏广庆 牛奶蛋白纤维的性能分析及其机织产品的开发ｆＪ］．产品 性，非常适合针织运动上衣、韵律健身服和一般美体内衣，穿着 开发，２００４，（４）：３２—３５ 柔软舒适。 ［８］张淑梅 牛奶蛋白纤维混纺织物的生产实践ｆＪ］．山东纺织科技， （４）牛奶蛋白纤维也被大量用于功能纺织品的开发方面。 ２００６，（２）：２９—３１． 山西恒天新纤维科技开发有限公司生产的纳米牛奶蛋白改性纤 ［９］李绍东，朱彩红．牛奶蛋白纤维的织造生产实践［Ｊ］ 河南纺织高等 维ｌ１ｊ，具有优越的遮蔽紫外线、抗静电、抑菌功能，纳米材料嵌于 专科学校学报，２００４，１６（３）：４３—４５． 纤维内部，功能持久。对人体有很好的保健功效；北京雪莲羊绒 ［１Ｏ］赵爱国，刘成林，李晶元，王力民．牛奶蛋白纤维织物的染整工艺 股份有限公司与山西恒天成功研制了可发射负离子的智能调控 探讨ｆＪ］ 印染。２００６，（５）：２６—２８ 性牛奶蛋白纤维＿１ ，把高智能蓄能调温材料已经负离子发射材 ［１１］董勤霞，潘玉明，杜奇峰 牛奶蛋白纤维染色技术及其针织产品的 料植入牛奶蛋白纤维内部，然后通过专有的针织织造技术和后 开发ｆＪ］．针织工业，２００７，（７）：３８—４４． 整理技术加工而成。此类纤维内部含有许多具有高能量转换功 ［１２］邓沁兰．牛奶蛋白纤维织物的染整工艺探讨ｆＪ］．印染，２００６，（５）： ２６—２８． 能的变相材料，使其在环境温度变化时吸收和释放能量来调节 ［１３］杨建慧 牛奶蛋白纤维——２１世纪的生态纤维材料［Ｊ］．四川丝 温度（相变晗可达１４ Ｊ／ｇ以上，高于美国的ｏｕｔｌａｓｔＰＣＭ纤维）， 绸，２００４，（４）：４１—４２． 保持人体较长时间内都处于舒适的温度范围内；另外，纤维内的 ［１４］‘李梅，李博。刘力庆，等 牛奶蛋白纤维／涤纶／羊绒混纺纱的 负离子发射材料还具有恒久的负离子发射功能，释放人体需要 开发ｆＪ］．国际纺织导报，２００６，（４）；２６—２８． 的多种微量元素，促进人体血液循环，抗菌杀菌，有利于人们的 ［１５］毕庆亭，赵庆｝爵天丝／牛奶蛋白纤维混纺纱的产品开发ｆＪ］ 纺织 身体健康。 科技进展，２００５，（６）：８７—８８． ［１６］丛森滋，葛晓红．牛奶蛋白纤维与棉纤维混纺纱的开发ｆＪ］．棉纺 ５结语 织技术，２００５，３３（１１）：３９—４ｌ＿ ［１７］姚俊红，刘连军，张洪军，伊连云．牛奶蛋白纤维弹力纱的开发 牛奶蛋白纤维源于自然，是一种不可多得的新型环保型和 ｆＪ］ 棉纺织技术，２００６，３４（１）；３８—４Ｏ 保健型纤维，既具有天然纤维本身的良好性能，又具有合成纤维 ［１８］狄传霞．具有调温作用的新型纤维ｆＪ］．国外丝绸，２００６，（６）：３９— 的优良物理机械性能，用其织成的面料，外观华丽，悬垂性好，质 ４Ｏ． 地轻柔，有丝般质感和光泽，并且对皮肤有滋润营养、抗菌保健 Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｌｋ ｃａｓｅｉｎ ｆｉｂｅｒ ＷＡＮＧ Ｚｉ—ｑｉａｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｌｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ ａｎｄ Ｃｌｏｔｈｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｉｌｋ ｃａｓｅｉｎ ｆｉｂｅｒ ｉｓ ａ ｎｅｗ－ｓｔｙｌｅ ｓｏｒｔ ｏｆ ｆｉｂｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｂｌｉｃ ｏｗｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍ— ａｎｃｅ．Ｉｔｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｐｉｎｎｉｎｇ，ｗｅａｖｉｎｇ，ｄｙｅｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｌｋ ｃａｓｅｉｎ ｆｉｂｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｘｔｉｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｌｋ ｃａｓｅｉｎ ｆｉｂｅｒ；ｓｐｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｗｅａｖｉｎｇ；ｄｙｅｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｎｉｓｈｉｇｎ