蚕蛹蛋白改性纤维的优异性能与应用前景

蚕蛹蛋白纤维由于优越的光泽手感、保健舒适性能广泛应用于内衣、睡衣、夏季T恤等面料的开发。但该纤维物理机械性能不足使其应用于无缝运动面料存在一定难度，需要利于锦纶、氨纶、棉纱等纤维结合交织比例和组织结构进行交织改性，因此本课题针对这一问题，优化蚕蛹蛋白织物的物理机械性能，将其优越的保健舒适性能应用于无缝运动服面料，拓展蚕蛹蛋白纤维的应用领域。

1.蚕蛹蛋白纤维物理机械性能

由电子纤维强力仪测试可知，蚕蛹蛋白纤维的干态、湿态断裂强度、断裂伸长率均低于蚕丝，接近普通黏胶纤维；蚕蛹蛋白湿强/干强比约为40%～55%，因此在纺纱过程中应注意减少机械打击和摩擦，严格控制车间温度、湿度，可以选择涤纶等于与蚕蛹蛋白纤维交织或混纺以提高强度。

如表8-10所示，蚕蛹蛋白纤维的初始模量也比普通黏胶纤维小，织物的强力和保形性不如普通黏胶纤维。这是由于蛋白质主要分布于纤维无定型区，增大了黏胶分子链间的交连及分子间的间距，使得分子间作用力减小，分子链之间容易移动；另一方面可能由于蛋白质分子为亲水性分子，湿态下更有利于纤维溶涨，分子间距离变得更大，故蚕蛹蛋白纤维的干强和湿强较普通黏胶纤维小。

表8-10　机械性能测试

注　弹性测试是在单纱强力机上测得，初张力为0.53cN/dtex。

表8-11　蚕蛹蛋白纤维和普通黏胶的弹性

从弹性角度比较，由表8-11可知，蚕蛹蛋白纤维急弹性所占比例较小，弹性回复率小，弹性较普通黏胶纤维差，织物的尺寸稳定性差。纤维的弹性不仅影响织物的耐用性，还影响织物的外观抗皱性。

经过以上性能数据对比，显然蚕蛹蛋白纤维的物理机械性能较差，尤其是断裂强度、弹性、尺寸稳定性较差，故本课题主要解决的问题之一即为设计合理的无缝织造方案优化蚕蛹蛋白无缝运动织物综合性能。

2.蚕蛹蛋白纤维保健性和舒适性

在保健性方面，蚕蛹蛋白主要是由18种氨基酸组成的蛋白质化合物，如表8-12所示。蚕蛹蛋白纤维中，氨基酸的含量达到了65%，且这些氨基酸大多属于生物营养剂，与人体皮肤成分极为相似，对肌肤有很好的呵护作用。如表8-12所示，蚕蛹蛋白中的氨基酸如丝氨酸、亮氨酸、苏氨酸能够促进人体新陈代谢，加速伤口愈合，延缓皮肤衰老。

表8-12　蚕蛹蛋白氨基酸种类及含量

通过紫外线测试表明，280～320nm中波紫外线对蚕蛹蛋白纤维的透过率比较低，在320～400nm范围内，随着波长的增加，透过率不断增加，透过率为3.1031%。根据相关抗紫外线性能规定，UPF>30，UVA≤5%，就说明织物具有良好的抗紫外线性能，由此说明蚕蛹蛋白纤维本身就具有抗紫外线性能，这就是与蚕蛹蛋白中所含的色氨酸、酪氨酸有关，这类氨基酸具有抵御日晒侵害，吸收紫外线的优良功效。另外，蚕蛹蛋白中所含的丙氨酸还可以防止阳光辐射和血蛋白球减少，防止皮肤瘙痒。除此之外，蚕蛹蛋白纤维可在阳光和水的共同作用下自然降解，是一种纯天然的绿色环保纤维。在舒适性方面，蚕蛹蛋白纤维外观上色泽亮丽、光泽柔和，手感上滑爽如丝、亲夫如绒，外观及服用方面的舒适性极佳。且由于结构上的特殊性，该纤维兼具真丝和黏胶纤维的优良特性于一身，具有极优的吸湿性、透气性。

如表8-13所示，蚕蛹蛋白纤维的回潮率与普通黏胶长丝相似，接近于蚕丝；蚕蛹蛋白纤维的吸湿率为11%～13%，黏胶长丝12%～14%，蚕丝8%～10%，棉花为7%～9.5%，可见蚕蛹蛋白纤维的吸湿率与黏胶纤维相当，比蚕丝和棉花要高，说明该纤维的吸湿性能很好。另外，根据研究测试蚕蛹蛋白织物的透气性比同类组织的真丝织物高20%-30%，因此该纤维被称作“会呼吸的纤维”显然当之无愧。

表8-13　舒适性能对比

蚕蛹由于具有特殊的异味，早前绝大多数工业废弃蚕蛹都用作家畜的饲料。随着国内外对蚕蛹蛋白营养价值的重视，开始拓展蚕蛹蛋白食品开发，如将去腥的蚕蛹蛋白粉作为食品添加剂用于制作面食产品、饼干（蚕蛹威化饼干）、调味品、营养饮料加工（如蚕蛹酸奶、蚕蛹蛋白浆液等）等；随后进一步将脱脂蛹用于生产医药及保健药物，如复合氨基酸、“舒乐康胶囊”、蚕蛹蛋白丸。如此之外，以蚕蛹蛋白为原料的氨基酸类表面活性剂具有杀菌去污作用，甚至已开发一系列化妆品（防皱面霜、洗发沐浴露、香水等）。深加工后的蛹蛋白经济价值均以几倍甚至几十倍递增，从而吸引了更多厂商的开发拓展，我国对于蚕蛹蛋白纤维的开发则是在国内外这一市场环境中应运而生。

伴随石油工业的蓬勃发展，合成纤维和再生纤维的研制成为新纤维研究的焦点，相继出现黏胶、锦纶、腈纶、氨纶等纤维。但合成纤维常具有吸湿性和透气性差、穿着不舒适等缺点，且随着消费者对于服装产品的需求转向健康、舒适、自然，天然纤维逐渐成为广大消费者的新宠。不过天然纤维生产也具有一定局限性，比如棉、麻、羊毛、蚕丝等受到种植养殖面积的限制，无法大量发展。因此，从20世纪90年代开始，对于再生蛋白质纤维的研究热潮又重新点燃。而蚕蛹蛋白纤维则是我国独创研发的一种双组分再生纤维，并已获得国家发明专利，其性能也逐渐得到优化。(www.xing528.com)

蚕蛹蛋白纤维的开发始于1991年，最早由中国核动力研究院进行研究；随后，四川三线经济联合发展总公司在有关部门的协作下完成蛹蛋白同PVA共混纺丝技术[56]。

1998年，四川宜宾化学纤维厂与四川联合大学、中国纺织大学等联合开发“蚕蛹蛋白黏胶长丝”[57]。上海丝绸集团技术中心与东华大学共同承担“JC蚕蛹蛋白纤维新技术的开发研究”[58]。

2000年，陈峰对蚕蛹黏胶长丝性能进行研究，并织出针织圆机产品和针织横机产品，证明该纤维性能优异，可用于内衣和运动服的开发[59]。

2003年，张迎晨，吴红艳等对蚕蛹蛋白纤维在纺织加工中容易遇到的织造困难、长丝处理等问题进行研究，并对4组产品试样的撕裂强度、透气性、耐磨性进行测试，证明该纤维织物的风格和吸湿性能等优良，开发前景广阔[60]。

2004年，李建萍、李文彦等将蚕蛹蛋白黏胶长丝与蚕丝的结构和性能进行对比，对蚕蛹蛋白纤维的新产品开发提出合理对策[55]。

2005年，赵博、石陶然分析了蚕蛹蛋白黏胶长丝的性能，结合塞络菲尔纺纱生产实践，研究提高大豆蛋白纤维与蛹蛋白黏胶长丝混纺纱质量的技术关键。同年，郭正对蚕蛹蛋白黏胶长丝进行性能测试，得出该纤维强力较低，弹性好，摩擦系数较小，表面光滑，抗弯刚度较大，在性能分析基础上将该纤维与氨纶进行混纺改性，交织物在外观、尺寸稳定性和抗皱性等方面明显改善。2005年，竺君亚，张佩华对蚕蛹蛋白黏胶长丝横机织物容易出现线圈歪斜现象，分析线圈歪斜的原因并给出相应对策[63]。

2006年，李梅研究了蚕蛹蛋白纤维性能，并针对减少蛹蛋白黏胶长丝织物织造断头的问题提出有效措施[64]。同年，潘建军，孟家光以蚕蛹蛋白黏胶长丝为面纱原料开发纬编针织内衣，设计组织结构和工艺参数，开发具有保健功能的内衣面料[100]。2006年，东华大学田鲁平、闵洁研究了蚕蛹蛋白纤维的断裂强力，分析了其断裂机理及与黏胶纤维断裂机理的异同点，指出了蛹蛋白在PPV的断裂中可能起到的作用。研究干热对PPV断裂强力的影响，并与黏胶纤维做了比较[66]。

2007年，李文彦，李建萍探讨了蚕蛹蛋白黏胶长丝、彩棉、竹纤维及亚麻的性能，提出了蚕蛹蛋白黏胶长丝改性方案。同年，傅科杰，冯云等利用近代测试手段研究蚕蛹蛋白纤维的理化性能，为更准确、方便地鉴别蚕蛹蛋白纤维提供了参考[68]。

2011年，王红、曹小红等证实蚕蛹蛋白黏胶长丝具有很好的织造性能和服用性能。同年，高晓春，雷力等进行蚕蛹蛋白精纺衬衫面料的试制与生产，有一定收获，但仍存在技术难点，如蚕蛹蛋白纤维本身的金黄色使漂白难度增加。

2012年，刘慧娟，王琳等将蚕蛹蛋白纤维与普通黏胶进行性能对比，发现蚕蛹蛋白纤维的干态、湿态断裂强度、断裂伸长率和初始模量均低于普通黏胶纤维，回潮率与普通黏胶纤维相当，蚕蛹蛋白纤维的弹性和质量比电阻小于普通黏胶纤维[70]。2012年，唐旭东，王可通过合理整经、浆纱以及织造各工序的工艺参数，成功开发以蚕蛹蛋白纤维/Modal混纺纱为纬纱的宽幅缎条织物，织机效率达到87%[71]。

2013年，王美红、王文元等探讨了整经、浆纱、穿经、织造等关键技术，开发出蚕蛹蛋白纤维混纺缎条机织物[72]。2013年，刘慧娟，吴宝平等测试了蚕蛹蛋白改性黏胶织物的8个服用性能：导湿性、透湿性、透气性、悬垂性、褶皱回复性、耐磨性、强力、抗起毛起球行，对试验数据进行对比分析，得出该纤维透湿性、透气性、褶皱回复性、耐磨性和强力等综合性能优良，适合高档衬衣、女装、床上用品开发[73]。同年，白莉红、刘慧娟又利用origin软件分析蚕蛹蛋白、天丝、彩棉等纤维的芯吸性及湿传递性能，结果表明具有皮芯结构的蛹蛋白纤维混纺纱芯吸性能最好，放湿性表现突出[74]。

2014年，黄硕，王彩云等研究蚕蛹蛋白黏胶纤维与黏胶纤维性能的异同点，并探讨了两种纤维的定性、定量分析方法[75]。2014年，刘慧娟，王伟等对比分析蛹蛋白改性黏胶与普通黏胶性能，综合考虑生产成本与物理机械性能，最终选定最优织造方案：蚕蛹蛋白改性黏胶/涤纶/棉50/25/25　14.7tex混纺赛络纱为织物经纬纱进行提花格织物生产，机制效率达到90%[76]。