大豆纖維的結(jié)構(gòu)性能與染整加工研究.pdf

1、大豆蛋白/聚乙烯醇共混纖維是我國(guó)發(fā)明和制造的一種雙組分化學(xué)纖維，簡(jiǎn)稱大豆纖維。它具有手感柔軟、光澤柔和、吸濕導(dǎo)濕性好、服用舒適、強(qiáng)伸度高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在保形性差、易起毛起球等缺點(diǎn)，在染整加工中已暴露出漂白纖維白度低、淺色染色織物顏色不鮮艷、染深性和勻染性差、色牢度低、混紡交織物染色工藝流程長(zhǎng)、在不適當(dāng)?shù)娜菊庸l件下大豆蛋白易損失、耐濕熱性能差、手感易發(fā)硬等突出問題。本論文針對(duì)大豆纖維發(fā)展和實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題，在對(duì)大豆纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征

2、和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其耐濕熱性、耐干熱性能、耐堿性能、漂白加工、染色性能和染色機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。期望通過這些研究，更深入地了解大豆纖維的結(jié)構(gòu)和性能，掌握纖維結(jié)構(gòu)和性能與染整加工的關(guān)系，為大豆纖維紡絲技術(shù)的改善、染整加工實(shí)際生產(chǎn)選用合適的染化料和確定加工條件、提高印染產(chǎn)品質(zhì)量提供理論依據(jù)。 采用氨基酸分析儀、元素分析儀、傅立葉紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、廣角X射線衍射儀、差熱和熱重分析儀、燒堿化學(xué)溶解法對(duì)大豆纖維化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)

3、行研究，研究結(jié)果表明：大豆纖維由大豆蛋白和聚乙烯醇兩種物質(zhì)組成，大豆蛋白含量為20％，大豆纖維中谷氨酸和天門冬氨酸兩種酸性氨基酸的含量很高，酸性/堿性氨基酸含量比高于蠶絲和羊毛。大豆蛋白和聚乙烯醇的相容性較差，是相分離的，大豆蛋白在纖維中主要以團(tuán)塊狀、不連續(xù)狀分散于連續(xù)相的聚乙烯醇組分中。大豆纖維具有典型的維綸(縮醛化聚乙烯醇纖維)結(jié)晶結(jié)構(gòu)特征，其結(jié)晶程度與維綸相同，大豆蛋白對(duì)纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成無貢獻(xiàn)。大豆蛋白和聚乙烯醇之間、聚乙烯醇分

4、子之間交聯(lián)程度較低，大豆蛋白分子之間存在一定程度的交聯(lián)，聚乙烯醇分子內(nèi)存在大量的縮醛化結(jié)構(gòu)。大豆纖維的結(jié)構(gòu)和性能介于蛋白質(zhì)纖維和維綸之間，其化學(xué)和染色性能主要決定于大豆蛋白，耐熱和機(jī)械性能主要決定于聚乙烯醇，形態(tài)結(jié)構(gòu)主要決定于紡絲時(shí)形成的聚乙烯醇超分子結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)含量和分布對(duì)之也有重要影響。 大豆纖維的耐濕熱性能較差。在100℃以上的溫度下濕熱處理時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的收縮、手感硬化、泛黃和斷裂強(qiáng)力損失，紗線中的纖維會(huì)強(qiáng)烈地粘連在一起

5、，故大豆纖維在水浴中的加工溫度不宜超過95℃。儀器分析結(jié)果表明，在高溫濕熱處理時(shí)大豆蛋白基本未發(fā)生流失，大豆纖維中的聚乙烯醇組分結(jié)構(gòu)的規(guī)整性發(fā)生了降低，結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，主鏈發(fā)生了部分?jǐn)嗔?，次價(jià)鍵結(jié)合力削弱。大豆纖維耐濕熱穩(wěn)定差的根源在于聚乙烯醇組分的熱變性。 大豆纖維的耐干熱性能較好。在195℃以下干熱處理時(shí)，大豆纖維收縮率較小，白度所受影響較小，強(qiáng)力未降低，但可染性有一定程度的降低，195℃是大豆纖維安全干熱加工的最高臨界

6、溫度。干熱處理溫度超過195℃，大豆纖維易發(fā)生降解，降解嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生黃色降解產(chǎn)物，結(jié)晶結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。 大豆纖維對(duì)強(qiáng)堿的穩(wěn)定性較差。高溫?zé)龎A處理易導(dǎo)致大豆蛋白因水解而流失、未縮醛化的聚乙烯醇組分發(fā)生氧化和黃變、酸性染料可染性降低，但未改變聚乙烯醇縮醛化的化學(xué)結(jié)構(gòu)和聚乙烯醇結(jié)晶結(jié)構(gòu)的規(guī)整性。研究發(fā)現(xiàn)，大豆纖維中有四分之三的大豆蛋白易水解，這與大豆蛋白與聚乙烯醇的相容性較差、多數(shù)大豆蛋白分子量低、多數(shù)大豆蛋白交聯(lián)程度不高等原因有關(guān)；

7、有四分之一的大豆蛋白較難水解，這與少數(shù)大豆蛋白之間交聯(lián)程度高、少數(shù)大豆蛋白與聚乙烯醇發(fā)生了交聯(lián)有關(guān)。在低中溫低濃度的燒堿溶液、低中溫較高濃度的純堿溶液中進(jìn)行染整加工，基本不會(huì)對(duì)大豆蛋白造成大的損傷。 大豆纖維對(duì)還原劑的穩(wěn)定性好，對(duì)氧化劑的穩(wěn)定性因氧化劑的不同存在較大的差異。還原漂臼的大豆纖維白度和失重率很低，還原漂白對(duì)大豆蛋白含量和微細(xì)結(jié)構(gòu)基本無影響、對(duì)可染性的影響也很小。在氧化漂白中，亞氯酸鈉和雙氧水/四乙酰乙二胺(反應(yīng)生成過

8、乙酸)漂白纖維的白度很高；亞氯酸鈉漂白纖維的失重率高、大豆蛋白含量降低較大，漂白時(shí)大豆蛋白流失和被氧化極大地降低了可染性；雙氧水/四乙酰乙二胺和雙氧水漂白的纖維失重率低、大豆蛋白含量稍有降低，氧化劑對(duì)大豆蛋白堿性和羥基氨基酸和聚乙烯醇羥基的氧化作用導(dǎo)致了可染性的降低。 在大豆纖維染色性能方面，酸性、中性和活性染料均表現(xiàn)出良好的對(duì)大豆纖維的可染性，但這些染料在染色性能和工藝條件控制方面仍存在差別。中性染料的上染受pH值的影響較小，

9、酸性染料受pH值的影響較大，酸性染料染色的pH值應(yīng)低于4.5；活性染料需在堿性條件下染色，所需純堿用量比纖維素纖維低得多，只需低濃度的純堿即可。酸性和中性染料的染色溫度可采用90℃，活性染料的染色溫度因活性基不同而不同，在棉用活性染料中，中高直接性、活性基反應(yīng)性強(qiáng)(如乙烯砜和一氟均三嗪)的活性染料更適用于大豆纖維染色，也更適合染深濃色。酸性染料對(duì)大豆纖維的移染性很好，中性染料的移染性差于酸性染料，活性染料的移染性較差?；钚匀玖媳憩F(xiàn)出了最

10、好的耐洗牢度，中性染料的耐洗牢度也較好，但酸性染料耐洗牢度較差。 在染色機(jī)理方面，分子結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜和分子量大的雙磺酸基酸性染料在大豆纖維上的吸附更符合Langmuir+Nernst二元吸附模型，而分子結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的單磺酸基酸性染料符合Langmuir模型，這表明染料與大豆纖維大豆蛋白組分之間的離子鍵結(jié)合對(duì)染料吸附起著主要作用；另外，分子量大的雙磺酸基酸性染料與聚乙烯醇組分上的縮醛基之間的疏水作用、染料與聚乙烯醇羥基之間的氫鍵結(jié)合

11、、染料與大豆蛋白羥基和氨基的氫鍵結(jié)合，導(dǎo)致了分配型吸附。中性染料除了與大豆蛋白組分以離子鍵結(jié)合外，它還可以比酸性染料更強(qiáng)的范德華力和氫鍵與大豆蛋白組分和聚乙烯醇組分結(jié)合?；钚匀玖铣芘c大豆纖維中的大豆蛋白反應(yīng)外，還可與聚乙烯醇組分上的仲羥基反應(yīng)。由于中性和活性染料與大豆蛋白和聚乙烯醇兩種組分的結(jié)合力均較強(qiáng)，故選用這兩類染料對(duì)保證大豆蛋白和聚乙烯醇組分同時(shí)著色以及提高染色產(chǎn)品的濕牢度是十分有利的。 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下方面

12、： (1)系統(tǒng)深入地研究了大豆纖維的化學(xué)組成、形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)大豆纖維中大豆蛋白和聚乙烯醇兩種組分相容性較差，是相分離的，大豆蛋白在纖維中主要以團(tuán)塊狀、不連續(xù)狀分散于連續(xù)相的聚乙烯醇組分中。提出了大豆纖維紡絲后階段醛化處理時(shí)醛化劑與大豆蛋白和聚乙烯醇可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方式。 (2)系統(tǒng)深入地研究了大豆纖維的耐堿性、耐濕熱和耐干熱性能、可染性，并研究探討了大豆纖維結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，大豆纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)

13、和結(jié)晶規(guī)整性與維綸(聚乙烯醇縮醛化纖維)相似，大豆纖維的結(jié)構(gòu)和性能介于蛋白質(zhì)纖維和維綸之間，其化學(xué)和染色性能主要決定于大豆蛋白，耐熱和機(jī)械性能主要決定于聚乙烯醇，形態(tài)結(jié)構(gòu)主要決定于紡絲時(shí)形成的聚乙烯醇超分子結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)含量和分布對(duì)之也有重要影響。這些研究結(jié)果為大豆纖維染整加工性能中的～些問題提供了很好的解釋。 (3)對(duì)酸性和活性染料的染色機(jī)理進(jìn)行了研究，研究了染料在大豆纖維上的吸附和固著機(jī)理，并從染料擴(kuò)散和解吸、染色機(jī)理、染深性