大豆蛋白纤维的结构及其性能特点

大豆蛋白纤维属于再生蛋白纤维，由大豆蛋白质溶液和聚乙烯醇溶液混合纺丝后经缩甲醛化制成，两者含量分别为23%～55%和77%～45%。

（一）大豆蛋白纤维的结构

1.大豆蛋白纤维的化学组成

大豆蛋白纤维中的氨基酸种类和含量见表1-10。

表1-10　大豆蛋白纤维中的氨基酸种类和含量

从表1-10可以看出，在大豆蛋白纤维中，蛋白质含量在25%以下。大豆蛋白纤维由18～22种氨基酸组成，在氨基酸的侧基上有不同的活性基团，如—OH、—NH2、—COOH等，能参与各种化学反应。在大豆蛋白纤维纺丝过程中，大豆蛋白质中的酪氨酸、组氨酸等能与聚乙烯醇分子上的羟基反应，形成交联。同时，在缩醛化交联过程中，聚乙烯醇分子间、大豆蛋白分子间以及聚乙烯醇分子和大豆蛋白分子间都有可能进行各种交联。因此，大豆蛋白纤维的化学结构十分复杂，而且，纤维纺丝、牵伸、交联、定型等过程的工艺条件对大豆蛋白纤维的化学结构和性能有很大影响。

表1-11是大豆蛋白纤维和其他几种蛋白质纤维的元素组成比较。

表1-11　大豆蛋白纤维和其他几种蛋白质纤维的元素组成比较

由表1-11可见，大豆蛋白纤维的蛋白质含量比羊毛、蚕丝低得多，仅为它们的1/5左右。红外光谱表明，未交联的大豆蛋白纤维分子以无规卷曲为主，少量呈α-螺旋构象，交联的大豆蛋白纤维分子以α-螺旋构象为主，其次为无规卷曲，少量呈β-折叠链状态。

2.大豆蛋白纤维的形态结构和聚集态结构

大豆蛋白纤维呈自由卷曲状，纵向和横截面如图1-10所示。纵向不光滑，横截面呈不规则哑铃形，在横截面上有微细孔隙（沟槽），这种形态结构使大豆蛋白纤维具有较好的透气导湿性能。

大豆蛋白纤维的结晶结构具有典型的PVA结晶特征。

图1-10　电镜下大豆蛋白纤维的纵截面和横截面形态(www.xing528.com)

（二）大豆蛋白纤维的主要性能

1.大豆蛋白纤维的化学性质

（1）大豆蛋白纤维的等电点。大豆蛋白纤维的等电点为4.6，当溶液pH值﹤4.6时，大豆蛋白纤维的溶解度随pH值的降低而增加，反之，溶解度变小。当溶液的pH值﹥4.6时，pH值升高，溶解度明显增大。

（2）大豆蛋白纤维的化学试剂溶解性能。目前还没有发现一种能全部溶解大豆蛋白纤维的溶剂。一般来说，低浓度的有机酸和纯碱对大豆蛋白纤维的结构和性能没有影响。常见化学试剂对大豆蛋白纤维的溶解情况如表1-12所示。

表1-12　常见化学试剂对大豆蛋白纤维的溶解情况

2.大豆蛋白纤维的物理机械性能

大豆蛋白纤维的外观呈柔和光亮的米黄色，类似于柞蚕丝的色泽。纤维中的有色成分和形成原因尚未搞清，采用常规的漂白方法很难达到理想的白度，漂白后的大豆蛋白纤维仍呈现淡黄色泽。大豆蛋白纤维和其他纤维的物理机械性能比较如表1-13所示。

表1-13　大豆蛋白纤维和其他纤维的物理机械性能比较

大豆蛋白纤维的弹性回复率为55.4%，低于一般的化学纤维（70%～80%）。因此，大豆蛋白纤维的弹性较差，易变形。

3.大豆蛋白纤维的热性能

大豆蛋白纤维的熔点为233℃，与PVA的结晶熔融温度（230℃）基本接近。沸水收缩率为2.2%，于180℃、2 min的干热收缩率为2.3%。大豆蛋白纤维在110℃的水浴中会发生明显收缩，但低于180℃的短时间干热处理对性能基本无影响。

4.大豆蛋白纤维的染色性能

从化学结构上看，大豆蛋白纤维可以用酸性染料、1∶1和1∶2型金属络合染料、媒介染料、活性染料、直接染料和部分分散染料染色。但直接染料染色耐洗牢度差，媒介染料染色对环境有污染，1∶1型金属络合染料染色pH值较低，会影响大豆蛋白纤维的强力。因此，这些染料一般不建议使用。分散染料在大豆蛋白纤维上的染色性能随化学结构的不同而有较大差异，而且，大多数分散染料在大豆蛋白纤维上的提升性较差，因此也不是合适的染料。根据对大豆蛋白纤维染色性能的初步研究，建议使用酸性染料、活性染料或中性染料。活性染料染色耐洗牢度好，但染深性差，酸性和中性染料染色染深性好，但耐洗牢度不及活性染料。