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蛹蛋白/壳聚糖/粘胶纤维的结构与性能

程博闻a庄旭品a廖周荣b，贾卫平b,龙国强c，张慧琴c
(a天津工业大学，天津，300160；b宜宾惠美线业有限责任公司，四川宜宾，644002；c成
都华明玻璃纸股份有限公司技术中心,成都610304)

摘要：复合功能纤维已成为功能纤维开发的方向。本文将O-羟乙基壳聚糖黄酸酯、蛹蛋白
纺丝液与粘胶共混，利用粘胶生产线和工艺制备了蛹蛋白/壳聚糖/粘胶共混纤维，并对其表
面微观结构、物理机械性能、抗菌性能进行了测试，结果表明该纤维表面存在沟槽结构，具
有良好的吸湿性、抗静电性，抗菌性和抗菌耐洗涤性，是一种综合性能良好的生态复合功能
纤维。

关键词：蛹蛋白壳聚糖粘胶纤维功能纤维

1.引言
粘胶纤维工业因存在环境污染、能耗高等问题，其发展先后遭遇到了欧美国家大规模关
闭工厂，环境友好的溶剂纺发展的挑战。但我国粘胶纤维工业经过40多年的建设发展，产量
则逐年增加，占据了国际主要市场。尤其近几年我国粘胶工业发展增速较快，发展了竹浆[1]、
汉麻浆[2]等新原料粘胶纤维以及具有阻燃[3]、抗菌[4]等特性的功能粘胶纤维，为产业发展注
入了新的发展活力。
壳聚糖(Chitosan)，学名为（1-4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，是仅次于纤维素的
第二大有机资源，自然资源丰富[5]。研究表明壳聚糖具有天然广谱抗菌性，对几十种细菌和
霉菌的生长具有抑制作用，且生物相容性好、可生物降解，是优良的纤维抗菌剂[6]。由于纤
维素和壳聚糖分子结构相似，具有良好的相容性，利用壳聚糖改性粘胶纤维的研究更具有理
论和实践可行性,其中以日本富士纺织株式会社的抗菌防臭纤维CHITOPOLY最具代表性[7]。
该纤维是将壳聚糖经微细粉碎为粒径小于5μm的壳聚糖微粒混炼入粘胶中纺丝获得。
CHITOPOLY可单独使用，也可与棉、聚酯等其他纤维混纺，且均能发挥良好的抗菌防臭性。
富士纺织公司研究了CHITOPOLY纤维与棉、聚酯及聚丙烯腈的混纺制品的抗菌性和耐洗涤
性。从测试结果可以看出，纤维的混纺制品具有长期高效的抗菌能力。CHITOPOLY同时具有
良好的服用安全性，可用于开发婴儿服装。
考虑到壳聚糖和纤维素分子结构的相似性，Kobunshi等人将壳聚糖进行磺酸酯化再与
粘胶共混纺丝[8]。这种工艺易于提高两种大分子混合均匀性，有利于提高纤维的强度和抗菌
性能；同时，壳聚糖的磺酸酯化反应类似于粘胶制备工艺，可在粘胶生产线上进行，更容易
实现工业生产。但实际生产中也存在一定的困难，由于壳聚糖致密的晶格结构，其反应性能
相对纤维素较差，黄酸酯化难度大，需要苛刻的条件，且生成壳聚糖黄原酸酯溶液过滤性能
差，致使过滤值较低，导致纺丝难度增加，甚至无法顺利纺丝。有研究指出需要原料的灰分
含量小于0.2%才可获得较好的反应性能和过滤性能，因此工业化难度较大[9]。为改善这种反
应性能，程博闻等人以O-羟乙基壳聚糖（HECS）为起始原料，经磺酸酯化后与粘胶共混，
利用粘胶生产线和工艺制备了抗菌粘胶纤维，分析表明HECS与纤维素混合均匀，最大HECS
聚集区小于200nm，且随着纤维径向取向，纤维具有良好的热稳定性、力学性能、抗菌性[10]。

丝绸被誉为“纤维皇后”，是一种稀有资源，占整个纺织纤维量不足1%。为仿制丝绸
的效果，学者研究了用蛋白质接枝腈纶纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、蛹蛋白纤维[11]
等。其中蛹蛋白是将干蚕蛹制成蛹酪素,再制成蛹蛋白纺丝液,然后与粘胶纺丝原液共混,
经湿法纺丝得到的蛹蛋白/粘胶共混纤维。蛹蛋白纺丝液与粘胶共混性好，共混纺丝液纺丝
性能良好，蛹蛋白纤维结构表现为蛋白质富集在纤维表面的皮芯复合结构[14]。
功能纤维的发展已体现出复合功能纤维的方向，本论文将蛹蛋白、O-羟乙基壳聚糖、粘
胶共混开发了一种蛹蛋白/壳聚糖/粘胶复合功能纤维（SCVR），并对其物理机械性能、抗菌
性能等性能进行了评价。

2.实验部分
2.1实验原料
壳聚糖原料由浙江澳兴生物科技有限公司提供，其粘胶分子量为5.1×104，脱乙酰化度
为85%。棉浆粕由成都华明玻璃纸股份有限公司提供，其甲纤含量92%，纤维素平均聚合度为
670。O-羟乙基壳聚糖（HECS）由碱壳聚糖与2-氯乙醇（分析纯）反应得到[13]，其取代度为
14.4%。O-羟乙基壳聚糖纺丝液由成都华明玻璃纸股份有限公司提供；蛹蛋白纺丝液由宜宾
惠美线业有限责任公司提供，将上述两种纺丝液以一定比例与粘胶共混，共混溶液状态均一，
过滤性好。共混纺丝液中蛹蛋白含量为10%，HECS的含量为4.5%。
2.2共混纤维纺丝
纺丝实验在成都华明玻璃纸股份有限公司粘胶纤维生产线上进行。采用同常规粘胶纤维
纺丝条件如凝固浴、纺丝拉伸速度等和工序如水洗、上油、干燥等。
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