董勤霞，潘玉明，杜奇峰（上海題橋紡織染紗有限公司， 上海 ２０１１１４）作者簡介﹕董勤霞（１９５６—），女，教授級高級工程師。主要從事新技術、新產品研發及生產技術的應用管理工作。

    摘要﹕介紹了牛奶蛋白纖維的組成，對腈綸基及維綸基牛奶蛋白纖維及混紡織物的物理性能、漂白染色性能進行了分析、對比、研究，确定了合理的工藝技術路線和技術參數。給出了開發純牛奶蛋白纖維及高比例牛奶蛋白纖維混紡針織物的染整工藝及實際生產中應注意的技術關鍵。

    關鍵詞﹕牛奶蛋白纖維﹔物理性能﹔染色﹔漂白



    牛奶蛋白纖維是繼天竹纖維、大豆纖維之后， 我國又一項擁有自主知識產權， 能夠工業化生產的新型紡織纖維。

    牛奶纖維是一种再生的乳酪蛋白纖維。它具有羊絨般柔軟的手感，真絲般滑爽的質感，人造絲般亮麗的光澤。加上自身含有多种人体所需的氨基酸蛋白質和保濕因子，表現出親膚、養膚，吸濕、透气，營養保健的功能。采用牛奶蛋白纖維開發的針織產品，柔軟舒适，外觀華貴，光澤亮麗，抗菌抑菌，不怕虫蛀。長絲產品高雅、細膩、柔軟，類似于真絲高檔品﹔短纖維可以純

紡， 可与天然的棉、麻及再生纖維素的天絲、莫代爾、天竹纖維， 天然蛋白質的羊絨、羊毛、絹絲等多种紡織纖維以任何比例混紡。适合開發高檔貼身的針織內衣、襯衫、休閑服裝、家用服飾及床上用品。

    １ 牛奶蛋白纖維的組成与特性

    目前，牛奶蛋白纖維的生產工藝主要分為兩大系列﹕一是將制成牛奶乳酪蛋白的線形大分子接枝共聚在“合成羊毛之稱”的聚丙烯腈大分子上﹔ 二是接枝在“合成棉花之稱”的聚乙烯醇大分子上。也就是以合成大分子為載体，共聚共混之后再制成紡織用的牛奶蛋白纖維。由于牛奶纖維生產技術的不同，所以纖維性能也存在較大的差异。主要反映在牛奶纖維及織物的染色性能、物理机械性能、耐熱性能等諸多方面。

    １﹒１ 牛奶蛋白纖維的組成

    牛奶纖維是天然乳酪蛋白与合成高分子的共聚產物。它既不同于天然的羊毛、羊絨、兔毛及蚕絲蛋白纖維，也不同于腈綸、維綸、滌綸合成纖維。它主要含有７０％左右的合成高分子，３０％的乳酪蛋白類氨基酸大分子，共聚后表現出的性能發生了質的變化。理論上牛奶蛋白纖維适合于陽离子染料、弱酸性

染料、活性染料、載体分散染料染色。實踐証明，它更适合于活性染料染色。該纖維采用多組分的濕法紡絲工藝，纖維內部結构复雜。在紡絲加工中，由于乳酪蛋白聚乳糖高溫分解极易產生黃變，加上蛋白質不耐鹼、不耐高溫、纖維收縮率大等因素， 給染色加工帶來很多新的技術問題。

    １﹒２ 漂白難度大

    聚乙烯醇類牛奶蛋白纖維在紡絲過程中受到高溫、醛化、卷曲、定形的影響，乳酪蛋白聚乳糖分解使纖維黃變。在纖維或紡織品的染前漂白時，若保護蛋白質不被破坏就很難達到象棉纖維的漂白白度。聚丙烯腈類牛奶蛋白纖維雖呈

奶白色，但由于聚丙烯　的不耐熱和不耐鹼性，以及蛋白質部分的熱分解性等，也很難做到象棉纖維的漂白白度，且影響其染色的鮮艷度。

    １﹒３ 同色性差

    牛奶蛋白纖維是由多組成分組成的，雖然共聚后改變了其中合成大分子的性能，可采用活性染料染色，但是在染中、深色時，還是會出現色差、色不勻、色不平、多色及“閃色”現象，要達到顏色一致還有待深入研究。

    １﹒４ 耐熱性差

    通過差示掃描熱分析，牛奶纖維在低于水的沸點達到９２﹒７ ℃時，有一個分解峰值，它的耐熱水性低于９０ ℃。熱天平分析時，４８ ℃開始慢慢失重，當達到１４９ ℃時失重４％，４４０ ℃時失重３０％，蛋白質基本被全部破坏。牛奶蛋白纖維類似于棉、麻，屬于無熔點纖維，燃燒不會產生熔滴燙傷。

    １﹒５ 收縮率大

    采用濕法紡絲的牛奶蛋白質纖維，橫截面呈現不規則的圓形或鋸齒形，布滿了大大小小的空穴，見圖１，縱向有許多不規則的溝槽，見圖２。蛋白質覆蓋在載体的表面，纖維能夠吸濕透气的同時，提供了染料容易染色的染座。但是太多不規則的微孔和溝槽，導致纖維溶脹后收縮率大。

    

    １﹒６ 勻染性差

    由于濕法紡絲的牛奶纖維微孔多， 對染料的吸附性強。蛋白質大分子覆蓋在纖維表面， 合成大分子排列于纖維內部， 導致吸附速度過快而染料分子難以滲透、移染到纖維內部。非常容易產生色花、色泳移、色不勻等現象。

    １﹒７ 染色后不易回修

    活性染料的剝色， 多數采用升溫法使部分染料水解而變淺。高鹼度還原法是破坏已上染的染料而變淺。高濃度氧化法是使上染的染料被氧化而去除殘留的染料。無論哪种回修方法， 對牛奶蛋白纖維強度、柔軟度等都是不利的。

    ２ 漂染工藝試驗

    ２﹒１ 試驗材料

    試驗材料見表１。

    

    ２﹒２ 試驗儀器与設備

    瑞士ＵＳＴＥＲ烏斯特紗線條干測試儀、紗線強力机、中國台灣全

自動滴料机、染色小樣机、意大利ＴＥＣＮＯＲＡＭＡ全自動打樣机、美國

Ｄａｔａｃｏｌｏｒ測色、配色系統、Ｓｐｅｃｔｒａ-ｌｉｇｈｔⅢ光源箱、瑞士ＳＳＭ電腦控制自動松式絡筒机、高勛筒子紗染色机、意大利卡瓦尼高頻紗線烘干机、筒紗線蒸汽烘干机、美國ＡＴ－ＬＡＳ干、濕摩擦牢度測試儀、染料

升華牢度机、日晒牢度机、德國ＴＨＩＥＳ多環染色机、意大利ＭＣＳ气流／液流染色机、意大利奧利就針織大圓机、德國邁耶提花針織大圓机、德國布魯克超喂拉幅定形机、意大利拉菲爾拉、磨、剪毛机、意大利摩士平幅針織布預縮机、國產絨毛針織物燙光机。

    ２﹒３ 漂白試驗

    目前紡織品常用的漂白技術分為﹕

    氧化漂白法——雙氧水、次氯—酸鈉、亞氯酸鈉漂白﹔還原漂白法——保險粉、漂毛—粉、二氧化硫　漂白。

    經過近百次的正交試驗， 得出如下結論﹕聚乙烯醇載体的牛奶蛋白纖維接近于彩棉的淺黃色和深褐色。在染中、深色時需要雙氧水漂白，染淺色時需要采用雙氧水复漂或先氧化漂白再還原漂白的方法。對于增白的產品目前只能做到奶白色， 達不到純棉產品的漂白白度。特別注意的是牛奶蛋白纖維含有氨基酸， 不能采用氯漂或亞漂。

    聚丙烯腈載体的牛奶蛋白纖維雖然呈現奶白色，但是由于載体的生產批次不同，牛奶乳酪蛋白的產地不同，每批牛奶蛋白纖維的顏色也不同雙氧水對聚丙烯腈載体部分的漂白效果不明顯与它的不耐熱性有關。當牛奶蛋白纖維以高比例与纖維素纖維混紡的產品進行漂白時，過高的漂白溫度會引起牛奶纖維的泛黃。

    ２﹒４ 染色試驗

    根据牛奶蛋白纖維的性能和特點， 分別進行了陽离子染料、弱酸性染料、活性染料、中性染料、載体分散染料等多种染色試驗研究。實踐証明﹕ 純的牛奶蛋白纖維或与天然纖維素、再生纖維素類纖維混紡的產品， 采用活性染料染色， 工藝技術穩定可靠， 色牢度高， 染料的利用率高。但是對于特殊的敏感

色及中、深色存在一定程度上的“色不平或閃色”現象，聚丙烯腈載体的牛奶纖維更為嚴重。如果与天然蛋白質類的羊毛、絹絲、兔毛纖維混紡，适合采用一浴兩步法，先用陽离子染料染色，補加酸之后再用弱酸性染料染色。色牢度基本上能夠達到同類天然蛋白質纖維的要求。對于聚乙烯醇載体的牛奶蛋白纖維，可進行載体分散染料染色， 与維綸性能基本相似，染料上色率低， 顏色不鮮艷。明顯不如采用活性染料染色的效果好。

    ２﹒５ 染色牢度試驗

    根据反复多次的試驗研究，我們确定采用活性染料的染色工藝進行牛奶蛋白纖維染色的深入研究。通過正交試驗選擇了最佳的技術路線、工藝條件和工藝處方。并對常用的活性染料進行了篩選分析，制定了合理的技術方案，优化篩選了适合染淺、中、深色的染料組合，并進行了提高染色牢度的試驗研究。詳細試驗結果見對比分析部分。

    ３ 試驗結果的對比与分析

    ３﹒１ 牛奶蛋白纖維与其他蛋白質纖維的性能比較

    牛奶蛋白纖維与其他蛋白質纖維的性能對比見表２。從表２可知﹕

   

    ａ﹒ 干態斷裂強度和斷裂強力﹕在相同條件下醇系載体的大于腈系的牛奶纖維，也大于羊毛、棉和天絲纖維。主要是由聚乙烯醇載体強力所決定的。

    ｂ﹒ 干斷裂伸長率﹕ 醇系載体的小于腈系的牛奶纖維， 大于羊毛、棉、蚕絲。

    ｃ﹒ 濕態斷裂強度和斷裂強力﹕醇系的大于腈系牛奶蛋白纖維和羊毛纖維。

    ｄ﹒ 濕斷裂伸長率﹕醇系的小于腈系牛奶蛋白纖維，小于羊毛纖維。

    ｅ﹒ 回潮率﹕兩類牛奶蛋白纖維的回潮率比較接近，低于棉、蚕絲、羊毛。

    ３﹒２ 牛奶蛋白纖維紗線測試指標的對比分析

    牛奶蛋白纖維紗線測試指標的對比見表３， 從表３可見﹕

    

    ａ﹒ 相同支數的純牛奶纖維紗線比純棉紗線密度大，斷裂強力高而捻不勻大﹔与棉混紡紗線斷裂強力小，粗細節、棉節明顯增加。原因是原料混得不充分， 條干指標下降。 

    ｂ﹒ 牛奶蛋白纖維混紡紗線染色前后， 失重在８％-１１％左右。染色時， 紗線收縮導致捻回數增加、捻度不勻率、粗細節增加， 強力不勻率下降。原因是紗線收縮率大所至。

    ３﹒３ 牛奶蛋白纖維筒子紗線染色的牢度指標測試分析

    牛奶蛋白纖維筒子紗線染色的牢度指標測試見表４。

   

    ３﹒４ 牛奶蛋白纖維針織面料產品的物理指標測試分析

    牛奶蛋白纖維色織針織面料的物理指標測試見表５， 部分牛奶蛋白纖維針織面料染色產品的物理指標測試見表６。

   

    

    分析表４、表５、表６可見﹕

    ａ﹒ 牛奶蛋白纖維可以与棉、毛、麻、絹絲、天絲、竹纖維、羊毛等多种紡織纖維以任何比例混紡。

   ｂ﹒ 牛奶纖維及其混紡紗線和織物，可根据混紡原料的性能采用活性染料、弱酸性染料、陽离子染料染色。

    ｃ﹒ 牛奶蛋白纖維与天然或再生纖維素纖維的混紡產品，采用活性染料染色的各項牢度指標完全能夠達到棉纖維的染色標准。

    ｄ﹒ 牛奶蛋白纖維与天然蛋白質纖維毛、絹絲的混紡產品，其染色后的各項牢度指標應該參照毛、絹絲產品的標准要求。

    ｅ﹒ 牛奶蛋白纖維与竹纖維、天絲、莫代爾混紡的產品縮水比較大，尺寸穩定性差， 有待進一步的

   

    純鹼（ ８０７）     ５ ｇ／Ｌ

    ＴＱ－ ＭＩ０３助劑     ０﹒７-１﹒０ ｇ／Ｌ

    浴比      １︰ １０

    溫度      ８０ ℃

    時間      ５０ ｍｉｎ

    ４﹒４﹒１ 染料選擇

    對于多种纖維的混紡產品，在采用活性染料一浴法染色時，由于不同纖維對染料的吸色率不同，加上牛奶蛋白纖維自身又屬于多組分纖維，很容易產生色花、色不勻、閃色、多色現象。所以， 在選擇染料組合時，應特別注意染料的配伍性、同色性、染料的上染速率曲線等，應盡量減輕或避免不同色性、“閃色”現象的產生。

    ４﹒４﹒２ 升溫速度的控制

    由于牛奶纖維中大部分蛋白質存在于纖維的表面， 相對于纖維內部的載体合成部分， 上色快、吸附快、移染慢， 容易產生色花。因此， 特別注意嚴格控制染料的上染速率， 使快速上染的染料能夠慢慢地轉移到纖維內部， 達到充分移染、吸收、固色的目的。

   ４﹒５ 染色后處理工藝

    該工藝根据所染顏色的深淺決定是否需要皂洗。以上所舉的例子為淺色， 所以不需要皂洗， 僅采用熱水洗→冷水洗→酸中和→柔軟整理。

    物硬化直接影響到手感。嚴重時織物強力下降， 布面硬如紙板。

    ５ 筒子紗線染色的工藝技術

    對于牛奶蛋白纖維及其混紡紗線的筒子紗染色技術， 可以參照織物染色的工藝執行。值得注意的是以下几個關鍵技術問題。

    ５﹒１ 紗線的卷繞密度

    它是解決層差， 保証染色均勻性的技術關鍵。具体措施在于松式絡筒時卷繞密度的控制， 一般的卷繞密度在０﹒２６-０﹒３０ ｇ／ｃｍ３之間。

    ５﹒２ 紗線染色的升溫速度

    參照織物染色工藝技術要點進行。

    ５﹒３ 紗線的烘干

    紗線烘干時， 要特別注意烘干的溫度。建議采用蒸汽烘干， 如果采用高頻微波烘干， 必須嚴格控制烘干的溫度和烘干的速度。以防止烘干溫度過高引起紗線內部的黃變、硬化， 直接影響到紗線的手感和強力。

    ６ 結論

    ６﹒１ 牛奶蛋白纖維具有多种染料的可染性， 可与各种紡織纖維以任何比例混紡。

    ６﹒２ 牛奶蛋白纖維含有多种人体所需的氨基酸蛋白質和保濕因子，具有親膚、養膚， 吸濕、透气， 營養保健等功能。

    ６﹒３ 适合制作貼身穿的內衣， 休閑服裝， 床上用品及護膚用的紡織產品。

    ６﹒４ 牛奶蛋白纖維的耐熱性差，在生產加工及熨燙時， 水中濕熱溫度最高控制在９０ ℃以下， 干熱溫度在１１０-１３０ ℃以內。

    ６﹒５ 牛奶蛋白纖維的耐鹼性差，在染色加工時， 鹼的用量應該控制在常規棉用量的４０％-５０％之間。

    ６﹒６ 牛奶蛋白纖維及其產品的漂白工藝复雜，根据所染的顏色及亮度， 選擇氧漂、雙氧水复漂、氧化与還原漂白， 注意控制鹼的用量。

    ６﹒７ 在染料組合上，應選擇上染率接近、配伍性好的染料，适當控制升溫速度。

    ６﹒８ 筒紗染色的卷繞密度控制在０﹒２６-０﹒３０ ｇ／ｃｍ３之間， 以防止染不透、染不勻。

    總之， 牛奶蛋白纖維如果克服了纖維黃變， 改進漂白性能， 改善收縮率等缺點之后， 將是一种非常有發展前途的紡織新材料。