摘要：牛奶纖維是牛奶蛋白和聚乙烯醇共混紡絲形成的一種新型再生纖維，結構分析顯示聚乙烯醇分子規則排列構成結晶部分，牛奶蛋白形成無定形區。對牛奶纖維效能的測試和研究表明，牛奶纖維是集蠶絲和合成纖維的效能優點於一身的優良的紡織新材料。
關鍵詞：牛奶纖維加工結構效能
中圖分類號：ts 182 文獻標識碼：a
1.前言
牛奶纖維是將液狀牛奶去水、脫脂，製成牛奶蛋白質，與聚乙烯醇共混，經濕法紡絲而成[1][2]的再生纖維。牛奶纖維不僅具有合成纖維的強度高、收縮小、防霉、防蛀的品質，又具有天然纖維的柔軟、親膚、吸濕、透氣、染色好、色牢度強等優點，其光澤和導濕性也是其它合成纖維無法比擬的。用牛奶纖維生產的紡織品尺寸穩定性能良好，同時還具備易洗、快乾等特點[3]。
牛奶纖維是一種集天然纖維和合成纖維優點於一身的優良的紡織原料。
2．牛奶纖維加工
由於牛奶中水佔85％以上，首先要除去多餘的水分[4]，經蒸發濃縮使其含水率為60%左右；然後經脫脂、鹼化等加工，制得無脂的乳濁液，並通過半透膜分離，將蛋白質（酪素）收集起來後，再與聚乙烯醇進行共混紡絲。
牛奶纖維的加工工藝流程如下：
圖1 牛奶纖維的加工工藝流程圖
3．材料與方法
3.1 材料
1.40dtex×36.4mm牛奶纖維，由鄭州天羽蛋白纖維****提供。
3.2 方法
纖維截面和表面形態用日立s-570掃瞄電子顯微鏡觀察；d/max-3c型x射線衍射儀測定牛奶纖維的結晶結構，測試條件：ni濾波，cu靶kα射線，管壓40kv，管流40ma，掃瞄速度2o/min，從5o到50o。
用絞盤法測定了纖維的摩擦效能；用xq-1纖維強伸度儀測定纖維的機械效能；用yg321型纖維比電阻儀測試纖維比電阻[5]，三種測試均在標準大氣條件下完成。在20℃下進行纖維吸濕性能的測定，測試前纖維放在恆溫恆濕的房間平衡24小時。
4．結果與討論
4.1 形態結構
牛奶纖維的橫截面及縱向表面形態用電子顯微鏡觀察如圖2（a）和2（b）所示。纖維橫截面呈扁平狀，啞鈴形或腰圓形，屬於異型纖維，並且在截面上有細小的微孔，這些細小微孔對纖維的吸濕、透濕性有很大的影響。從圖中觀察到纖維的縱向表面不光滑，有不規則的溝槽和海島狀的凹凸，這些溝槽和凹凸是在紡絲過程中，由於纖維的表面脫水、取向較快形成的，它們的存在是纖維具有良好的導濕性、優異的吸濕和放濕效能的主要原因，對纖維的光澤和剛度也有重要影響。
纖維表面的不光滑和一些微細的突兀變化可以改變光的吸收、反射、折射和散射，從而影響纖維的光澤性，纖維表面粗糙時，具有柔和的光澤，而不會出現「極光」現象[6][7]。牛奶纖維具有一定的捲曲，外觀為微黃色，手感柔軟。
圖2（a） 牛奶纖維的橫截面結構圖2（b） 牛奶纖維的縱向結構
4.2 結晶結構
用廣角x一射線衍射儀記錄得到的牛奶纖維的衍射曲線如圖3所示。圖4為兩種聚乙烯醇纖維（pva）的衍射曲線[8]。由圖3可知，牛奶纖維的聚集態結構存在著結晶——無定型的兩相結構，有明顯的結晶峰，進一步比較圖3和圖4可知，牛奶纖維的衍射峰和pva纖維的衍射峰完全一致，均出現在2θ為11.
3o、16.4o、19.5o、22.
6o、27.3o和32.5o處，沒有出現其它的衍射峰。
特別是和高強高模pva纖維相比，衍射曲線的形狀完全一致，由此可推測牛奶纖維可能是酪素（牛奶蛋白）和pva的共混物，因為一般接枝共聚物的衍射強度曲線不會如此相似。圖3還說明了牛奶纖維的結晶區由pva構成，酪素存在於牛奶纖維的無定形區。這是因為牛奶纖維中，酪素的含量比較少，僅佔30%左右，而且酪素是多種氨基酸以肽鍵相連的高分子蛋白質，其氨基酸組成複雜、分散，絕大部分具有較大的側基，因此不易結晶[6]。
牛奶纖維的結晶度和晶粒尺寸用分峰法[6]計算後如表1所示。其結晶度和晶粒尺寸與聚乙烯醇纖維非常接近，結晶度低於蠶絲纖維。
圖3 牛奶纖維的x衍射曲線
圖4 pva纖維的x衍射曲線（a.水溶性維綸；b.高強高模維綸）[8]
表1 牛奶纖維晶結構引數
4.2 牛奶纖維的吸濕性能
由表1可以知道，牛奶纖維的無定形區要比蠶絲大，但標準狀態下，牛奶纖維的回潮率約為7.65%，略低於蠶絲的標準回潮率8-9%，但高於維倫纖維的5%，這是因為纖維吸濕性是由纖維的微觀結構和親水基團共同決定的。水分子很難滲透到纖維結晶部分的內部，但結晶表面對吸濕是起作用的，蠶絲結晶部分仍是親水性較大的肽鏈分子，而牛奶纖維則是親水性稍差的聚乙烯醇縮甲醛。
20℃時，牛奶纖維的吸濕等溫線如圖5所示，曲線呈反s形，遵守常規纖維的吸濕機理。圖6是牛奶纖維在溫度為20℃，相對濕度60%時的吸濕滯後性曲線。對比維綸的吸濕性能，可以發現，牛奶纖維無定形區的蛋白質肽鏈分子對其良好的吸濕性起主要作用，也進一步證明了對牛奶纖維的結構組成的分析是正確的。
4.3 牛奶纖維的機械效能
牛奶纖維的拉伸曲線有明顯的虎克區、屈服區和增強區（如圖7），其拉伸表現出特有的行為，即初始模量很高；至應變為1%左右時，發生屈服，拉伸曲線發生明顯的轉折；屈服後，應力緩慢增大。屈服點以前的高模量是由聚乙烯醇結晶部分貢獻的，在屈服點附近，由於拉伸導致某些構象的轉變以及鏈段的伸展，過屈服點後模量開始下降。結合牛奶纖維的結構可知，聚乙烯醇結晶部分佔主體，對纖維的力學效能起主要作用，因而纖維的拉伸曲線形狀和聚乙烯醇纖維有相似之處。
從牛奶纖維幹態和濕態效能對比可以看出（表2），牛奶纖維的幹態強力比濕態強力大，這說明牛奶蛋白纖維的含水率對其機械效能有一定的影響。但從表中資料可以看出，濕態下牛奶纖維的強力及伸長的變化比蠶絲小。由此可得出結論，牛奶纖維含水的多少對其機械效能影響不是很顯著，因此，在紡紗過程中，可以採用加濕的方法去除靜電。
表2所示為牛奶纖維與其它常見纖維的力學效能比較。
圖5牛奶纖維吸濕等溫線（測試溫度20℃）
圖6 牛奶纖維的吸濕滯後曲線（測試條件：溫度20℃，相對濕度60%）
圖7 牛奶纖維的拉伸曲線
表2 牛奶纖維與其它常見纖維的力學效能對比
4.4 牛奶纖維的摩擦效能
纖維的摩擦性質是纖維最重要的一項表面性質，不但影響到纖維的抱合和成紗，磨損和變形，還影響到成品的手感風格。由表3可知，牛奶蛋白纖維的摩擦係數較高，纖維間的抱合力好，因此，在採用機械方法加工時，可以不必進行捲曲加工。而且纖維成紗後，其強力較高，有利於紡紗加工。
很顯然牛奶纖維摩擦性質與其特有的表面形態結構有關，非圓形的橫截面和縱向表面的溝槽對纖維的摩擦性質起決定性作用。表4對比了牛奶纖維與一些常見纖維的摩擦性質。
4.5 牛奶纖維電學效能
牛奶蛋白纖維的比電阻與天然纖維相比偏高，較大多數合成纖維來說偏低（表5）。因而牛奶蛋白纖維在紡紗加工過程中靜電現象還是比較嚴重，須加適當的油劑和抗靜電劑。
表3 牛奶纖維的摩擦性質
表4 牛奶纖維與其它常見纖維摩擦性質對比
表5 牛奶纖維與其它常見纖維質量比電阻比較
5．結論
牛奶纖維是牛奶蛋白和聚乙烯醇共混紡絲形成的一種新型再生纖維，電子顯微鏡觀察表明，纖維橫截面呈扁平狀，啞鈴形或腰圓形，在截面上有細小的微孔，纖維的縱向表面有不規則的溝槽和海島狀的凹凸,這使纖維具有良好的導濕性、優異的吸濕和放濕效能；x衍射的測試表明牛奶纖維的結晶結構與聚乙烯醇纖維相似，其聚集態結構由兩部分組成，聚乙烯醇為主體的結晶部分和牛奶蛋白為主體的無定形部分；吸濕性能和力學效能的測試表明，這種特殊的結構使牛奶纖維克服了合成纖維吸濕性差和天然纖維強度低的不足，其比電阻也介於天然纖維和合成纖維之間；牛奶蛋白纖維的非圓形橫截面和縱向表面的溝槽使其具有較高的摩擦係數，纖維間的抱合力好，有利於成紗加工。
參考文獻
[1] 楊旭紅.牛奶纖維chinon的效能與特徵[j].絲綢,1999,(11):39-42.
[2] 楊建慧.牛奶纖維━━21世紀的生態纖維材料[j].四川絲綢,2001,89(4):41-42.
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編寫 榮巧梅審核 李紅玲批准2012年9月10日 姓名班級 學習目標 1 了解蛋白質的元素組成及基本組成單位 2 理解氨基酸的種類 3 了解氨基酸通過脫水縮合形成蛋白質的過程 4 理解蛋白質的結構和功能，認同蛋白質的結構和功能的關係 5.掌握蛋白質的相關計算。重難點 1 氨基酸的組成與結構。2 蛋白...