大豆纤维的结构能与染整加工研究.pdf

中文摘要 大豆纤维的结构性能与染整加工研究 摘要 大豆蛋白／聚乙烯醇共混纤维是我国发明和制造的一种双组分化学纤维，简 称大豆纤维。它具有手感柔软、光泽柔和、吸湿导湿性好、服用舒适、强伸度高 等优点，但也存在保形性差、易起毛起球等缺点，在染整加工中已暴露出漂白纤 维白度低、浅色染色织物颜色不鲜艳、染深性和匀染性差、色牢度低、混纺交织 物染色工艺流程长、在不适当的染整加工条件下大豆蛋白易损失、耐湿热性能差、 手感易发硬等突出问题。本论文针对大豆纤维发展和实际生产中存在的问题，在 对大豆纤维结构进行表征和分析的基础上，对其耐湿热性、耐干热性能、耐碱性 能、漂白加工、染色性能和染色机理进行了深入的研究。期望通过这些研究，更 深入地了解大豆纤维的结构和性能，掌握纤维结构和性能与染整加工的关系，为 大豆纤维纺丝技术的改善、染整加工实际生产选用合适的染化料和确定加工条 件、提高印染产品质量提供理论依据。 采用氨基酸分析仪、元素分析仪、傅立叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、广 角X射线衍射仪、差热和热重分析仪、烧碱化学溶解法对大豆纤维化学组成和 结构进行研究，研究结果表明：大豆纤维由大豆蛋白和聚乙烯醇两种物质组成， 大豆蛋白含量为20％，大豆纤维中谷氨酸和天门冬氨酸两种酸性氨基酸的含量很 高，酸性／碱性氨基酸含量比高于蚕丝和羊毛。大豆蛋白和聚乙烯醇的相容性较 差，是相分离的，大豆蛋白在纤维中主要以团块状、不连续状分散于连续相的聚 乙烯醇组分中。大豆纤维具有典型的维纶(缩醛化聚乙烯醇纤维)结晶结构特征， 其结晶程度与维纶相同，大豆蛋白对纤维结晶结构的形成无贡献。大豆蛋白和聚 乙烯醇之间、聚乙烯醇分子之间交联程度较低，大豆蛋白分子之间存在一定程度 的交联，聚乙烯醇分子内存在大量的缩醛化结构。大豆纤维的结构和性能介于蛋 白质纤维和维纶之间，其化学和染色性能主要决定于大豆蛋白，耐热和机械性能 主要决定于聚乙烯醇，形态结构主要决定于纺丝时形成的聚乙烯醇超分子结构， 蛋白质含量和分布对之也有重要影响。 大豆纤维的耐湿热性能较差。在100℃以上的温度下湿热处理时，会发生严 重的收缩、手感硬化、泛黄和断裂强力损失，纱线中的纤维会强烈地粘连在一起， 中文摘要 故大豆纤维在水浴中的加工温度不宜超过95"C。仪器分析结果表明，在高温湿 热处理时大豆蛋白基本未发生流失，大豆纤维中的聚乙烯醇组分结构的规整性发 生了降低，结晶结构发生了变化，主链发生了部分断裂，次价键结合力削弱。大 豆纤维耐湿热稳定差的根源在于聚乙烯醇组分的热变性。 大豆纤维的耐干热性能较好。在195℃以下干热处理时，大豆纤维收缩率较 小，自度所受影响较小，强力未降低，但可染性有～定程度的降低，195"C是大 豆纤维安全干热加工的最高临界温度。干热处理温度超过195"C，大豆纤维易发 生降解，降解严重时产生黄色降解产物，结晶结构也发生了变化。 大豆纤维对强碱的稳定性较差。高温烧碱处理易导致大豆蛋白因水解而流 失、未缩醛化的聚乙烯醇组分发生氧化和黄变、酸性染料可染性降低，但未改变 聚乙烯醇缩醛化的化学结构和聚乙烯醇结晶结构的规整性。研究发现，大豆纤维 中有四分之三的大豆蛋白易水解，这与大豆蛋白与聚乙烯醇的相容性较差、多数 大豆蛋白分子量低、多数大豆蛋白交联程度不高等原因有关；有四分之一的大豆 蛋白较难水解，这与少数大豆蛋白之间交联程度高、少数大豆蛋白与聚乙烯醇发 生了交联有关。在低中温低浓度的烧碱溶液、低中温较高浓度的纯碱溶液中进行 染整加工，基本不会对大豆蛋白造成大的损伤。 大豆纤维对还原剂的稳定性好，对氧化剂的稳定性因氧化剂的不同存在较大 的差异。还原漂自的大豆纤维白度和失重率很低，还原漂白对大豆蛋白含量和微 细结构基本无影响、对可染性的影响也很小：在氧化漂白中，亚氯酸钠和双氧水 ，四乙酰乙二胺(反应生成过乙酸)漂白纤维的白度很高；亚氯酸钠漂白纤维的 失重率高、大豆蛋白含量降低较大，漂白时大豆蛋白流失和被氧化极大地降低了 可染性；双氧水／四乙酰乙二胺和双氧水漂白的纤维失重率低、大豆蛋白含量稍 有降低，氧化剂对大豆蛋白碱性和羟基氨基酸和聚乙烯醇羟基的氧化作用导致了 可染性的降低。 在大豆纤维染色性能方面，酸性、中性和活性染料均表现出良好的对大豆纤 维的