新型生物质纤维Q

1、新型生物质纤维蛋白质纤维的现状与发展趋势Suchowuniversity【前言】随着石油价格的不断上涨及合成高分子材料对环境造成的污染日趋严重，基于天然高分子可降解材料的研究、开发及产业化受到了人们的广泛关注，蛋白质纤维已成为高分子科学研究的前沿领域之一。所谓蛋白质纤维是指基本组成物质为蛋白质的一类纤维，具体来说分为天然蛋白质纤维如动物毛和蚕丝，再生蛋白质纤维包括再生动物蛋白纤维、再生植物蛋白纤维等。【关键词】：天然蛋白质纤维；再生蛋白质纤维；现状；发展趋势一、天然蛋白质纤维1、羊毛天然蛋白质纤维中应用广泛的是动物毛，其中羊毛应用最为广泛。羊毛纤维是一种天然蛋白质纤维，也是人类较早用于制作纺织

2、品的一种原材料。人类大约在公元前400上前3003，即新石器时代，就已把羊毛纤维用作纺织材料了1。羊毛特有的化学组分与结构形态决定了其许多优良性能如吸湿性优良、光泽柔和、悬垂性好、穿着舒适、而寸磨性好、不易玷污、保暖性好、手感丰满、富有弹性、抗皱性好等，是高档的纺织品原材料。羊毛的这些性能使得其产品具有质地丰厚、手感丰满、弹性好、光泽自然的特殊风格。止匕外，由羊毛制得的产品对人体友好，并且可生物降解对环境友好，这些均是合成纤维无法比拟的。现阶段，除了人们常见的羊毛织物，如羊毛衣、羊毛围巾等，羊毛纤维已经逐渐渗入到其他各个领域中。褥疮是因年用于褥疮预防和护理的医用羊皮最近被成功地开发并投放使用老

3、、体弱、长期卧床、瘫痪以及不能自动翻身时患者身体局部长期受压迫而引起血液循环障碍，加上摩擦和潮湿而形成的溃疡。褥疮一旦发生不仅病人极端痛苦，而且如受感染会造成败血症而危及生命。羊皮上的羊毛密度高，柔软性好，具有独特的韧性和弹性回复能力。羊毛的摩擦系数小.毛纤维可在一定范围内移动和变形，因此，羊毛纤维可提供柔软、光滑的界面从而减少患者的皮肤张力和皮下组织的剪切力。作这种医用羊皮置于病人与床褥之间，毛丛接触皮肤起到减轻局部压力、减小摩擦、增加吸湿能力等作用20羊毛空气静电过滤器空气静电过滤器是一种带静电荷的过滤器。静电荷能够有效地吸附微尘.因此吸尘效果比传统的不带静电荷的过滤器要好。羊毛静电过滤器

4、是一一种高附加值产品，价格大约为1000澳元/kg。羊毛的静电效果要比化纤持久，长久的静电效果是过滤器良好的过滤性能的保证。另外，羊毛的某些特征，如生态降解性等是合成纤维所不能比的。因此羊毛静电过滤器应该比化纤静电过滤器更有优势。为挽救失去的羊毛过滤器市场，科研人员正在开发羊毛过滤器的制造新方法。其中一种方法就是将能与毛产生静电效果的新型纤维与毛纤维混合加工，从而消除了化工树脂粉末的影响。该项研究正在进行，估计在两年内会有新发展3o2012年，国际羊毛局（TheWoolmarkCompany泼:起羊毛运动，旨在将羊毛纤维独特的天然性和环保优势传达给消费者，并继续号召更多的国家参与到羊毛运动中。

5、羊毛纤维虽然早已被开发利用，但其研究仍有广阔的发展前景空间。据悉,中国和澳大利亚有关院校参与并已立项的研究课题有：1）人民解放军军服用洗可穿羊毛混纺织物的开发；2）利用纳米和溶胶胶化技术进行毛织物防缩整理：3）运动服装用纯毛织物；4）澳毛与中国产纤维混纺产品的环保染色4。中国的经济正在快速发展，消费者的购买力日趋增强，对羊毛产品的质量和功能性要求越来越高。中国羊毛资源丰富，养殖业增产节支是保证羊毛工业发展的基础。不断了解国外在发展羊毛产业中的研究动向，对促进中国羊毛产业的发展、繁荣国内市场，走向世界十分必要。2、兔毛动物毛中除了羊毛，兔毛的发展和研究也具有较大的空间。我国是重要的兔毛生产国，而

6、兔毛纤维是一种高级天然动物纤维，其质地洁白、柔软、滑爽，具织物成形技术综述有良好的保温、透气和吸湿性。用兔毛产品代替羊绒产品，减少羊绒的使用量，可以减轻草场压力，降低饲养山羊带来的严重破坏保护了环境。除了用作纺织原料，兔毛还有其他的多种应用和发展前景。兔毛作为一种动物毛发，含有大量的角蛋白，可以像其他动物纤维那样用作提取角蛋白的原料。从动物毛发中提取角蛋白的研究早已开展，并已形成了相应的方法与工艺。从动物毛发中提取的角蛋白有多种用途，Abad等研究发现在橡胶乳中加入鸡毛提取物，角蛋白能获得很好的潜在的抗氧化性。角蛋白也是化妆品的重要原料。邱为欣等6报道了利用鸡毛为原料，制备N-酰基表面活性物质

7、。这种表面活性物质是一种阴离子型表面活性剂，它有良好的扩散性、乳化性、软化性和去污、浸润、保护、防胶黏作用。角蛋白还可用作骨架材料。KazunoriKato等曾以角蛋白粉为原料制成了多孔的、以角蛋白为基质的海绵状骨架材料，这种材料有好的抗压能力和疏水性质。角蛋白也可用于高聚物合成的添加剂。有研究曾把羽毛角蛋白纤维加入到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA后，张力试验等测试表明PMMA勺硬度发生了改变，其杨氏模量也增加了，显微结构分析发现羽毛角蛋白和PMMAS质分子问结合得非常紧密网。氨基酸是组成蛋白质的单体，其应用前景十分广阔，目前已广泛应用于医药、食品、化妆品、农业、畜牧业、制革、纤维、冶金等方面。氨

8、基酸生产的方法主要有水解法、发酵法和合成法。然而，由于发酵法和合成法对设备要求高、工艺复杂，生产能力有限。为了满足氨基酸的需求，利用天然蛋白质原料，采用较简单的水解法制备氨基酸便成为我国目前生产氨基酸很重要的一个方面。毛发中粗蛋白的含量约为81.5%,此蛋白质为角蛋白，属于不溶性蛋白质，角蛋白经水解可以得到18种天然氨基酸.在各种氨基酸中，由动物毛发水解制备胱氨酸的报道比较多。胱氨酸是一种非常有应用价值和使用价值的产品，在医药及医药中间体领域占有一定的地位。动物毛发提取氨基酸后的废液还可以作为一种资源进一步利用。人们曾研究了用毛发水解提取胱氨酸后的废液制备氨基酸复合肥料910,这既解决了废液排

9、放问题，又开辟了新的肥料来源。毛发水解液还被用作氮源进行微生物培养。天然蛋白质纤维材料的回收再利用一直是人们关注的热点。于伟东等11提出了充分利用羊毛本身的多层次结构，将其分离，并形成原纤化物质，乃至亚微米或纳米尺度的晶须状物体，用于再造纯角蛋白的复合体或复合纤维的新思路。另外，胶原蛋白与高聚物形成的复合材料已经作为生物医学材料在医学中开始应用12,这种复合材料现在多用在骨组织材料支架。这方面的研究对于开发作为蛋白质纤维兔毛的新价值也有借鉴作用。细胞固定化技术是指利用物理或化学手段将游离细胞定位于特定的空间区域并使其保持活性的一种技术。细胞固定化技术能增加微生物密度、提高细胞的稳定性和反应效率

10、，降低成本。另外，细胞固定化技术还使得生物产品易于分离，生物加工过程易于自动化、连续化。因此，细胞固定化技术迅速发展成为生物工程中一个研究热点131415。目前，细胞固定化技术的应用已涉及到食品、医药、化工、能源、环境等各个领域，显示出广阔的发展前景。载体的选择是细胞固定化技术的关键。目前采用的固定化载体材料主要包括有机高分子载体、无机载体和复合载体3类，但都存在缺陷。一般而言，用作载体的物质要具有一定的抗生物降解性。但是，吴金义等16曾将毛发用作载体进行微生物细胞固定化，用于污水处理。将各种毛发（如猪毛和人发）进行清洗和选择后，进行一系列处理使毛发表面角质软化破裂，脂膜溶解。处理后的毛发外观

11、膨大变形，具表层有明显的乳突状多孔表面和凹凸蜂窝体，这种凹凸表面有利于菌种的吸附和固定。虽然目前关于毛发用作微生物固定化载体的报道十分有限，但是，此类研究为兔毛的综合利用提供了新的思路。若能将兔毛用作载体材料进行微生物的固定化，将会在生化、环保等领域为兔毛应用找到新的发展空问。我国是重要的兔毛生产国，研究兔毛综合利用，挖掘兔毛的新价值，拓展兔毛的应用领域，对于发展兔养殖业，构建我国现代农业产业技术体系有重要意义。羊毛、蚕丝等蛋白质纤维的综合利用研究开展得比较早，而且也取得了一定的成果，这也为开展兔毛的综合利用提供了宝贵的经验和方法上的借鉴。相对于其他蛋白质纤维，目前对兔毛综合利用的研究还很少，

12、在这方面还有很多的工作有待开展。相信随着生物、材料等相关技术的发展，兔毛潜在价值将被挖掘出来，兔毛必将会在更宽广的领域得以应用。3、蚕丝蚕丝是人类最早利用的天然蛋白质之一，具有较高的强度和出色的弹性。因其具有良好的吸湿性、柔软的手感、华丽的外观及优雅的光泽等性能而深受消费者的青睐，被誉为“纤维皇后”。然而，由于蚕丝及其制品在穿着和洗涤过程中存在易泛黄、不耐磨及难打理等缺点，很大程度上影响了产品的穿着使用。为使丝绸产品更具有竞争力，必须对蚕丝纤维及其制品进行改性。日前，用于蚕丝纤维及其制品改性的方法主要有物理改性、化学改性等。在物理改性方面，沈鼎权等17利用非聚合性无机气体中的氮气，对真丝绸进行

13、低温等离子体改性，然后对试样进行综合性能品质的测试，再选用Kffl活性染料染色。试验结果表明：改性后的真丝织物，除自度略下降之外，其他物化性能基本保持不变，但毛效和上染百分率却有显著提高。李永强等18为提高桑蚕丝纤维的性能，采用8甲基环四硅氧烷（D4）低温等离子体对桑蚕丝纤维进行表面改性，并分析了改性后织物的服用性能，如润湿性、抗皱性、表面粗糙度、悬垂性等的变化。研究结果表明：蚕丝织物经D有离子体处理后，其交织阻力、抗皱性能及织物的柔软性和拒水效果均有一定程度的提高。蚕丝纤维及其制品经过高温特殊热处理后，可大幅度改善光泽，提高强力和水洗色牢度。对于化学改性方面，蚕丝主要是由丝素和丝胶组成的，但

14、其基本组成单元均为氨基酸。在蚕丝纤维的非结晶区，氨基酸大侧链上含有羟基、胺基和竣基等很多活性基团，这些活泼基团在引发剂、催化剂或者高能辐射和紫外光照射等条件下，能产生游离基而形成活性中心，这是蚕丝纤维改性的物质基础。目前，对蚕丝纤维进行化学改性的种类主要有化学基团改性和化学接枝共聚改性2种方法。对于蚕丝蛋白纤维用单一的改性方法目前仍难以得到性能完美的丝绸制品，未来蚕丝纤维及其制品的改性发展方向仍以多种方法相结合改性为主。二、再生蛋白质纤维1、牛奶纤维牛奶纤维属于再生纤维中的再生动物蛋白质纤维，它是从牛奶中提取的蛋白质分子与某种大分子化合物（如聚丙烯月青纤维）反应接枝而成的一种有别于天然纤维和化

15、学纤维的新型纤维。牛奶蛋白纤维含17种氨基酸19,有着良好的服用性能，是T恤、内衣、唐装、旗袍和晚礼服的高档面料。美国科学家利用转基因的办法，开发了高强度的牛奶纤维，被称为“牛奶钢”，也称“生物钢”，这也是目前世界上最引人注目的生物钢之一。这种超强坚韧的轻型牛奶钢，又能进行生物降解，不会对环境产生污染，可以替代白色污染的包装塑料与捕捞网具，以及用于医学方面的手术线或人造腹肌，更能制造防弹背心、坦克和飞机的装甲，用途十分广泛200日本开发出以新西兰牛奶为原料与丙烯月青接枝共聚的再生蛋白质纤维“chinon"，是目前世界上唯一实现了工业化生产的酪素蛋白纤维21。1969年日本东洋纺公司以

16、牛奶乳酪为蛋白质原料制成的工业化牛奶长丝，商品名为“chinon”获得了工业化的成功，经过组成分析对比和真丝相似（见表1）22。它同时具有天然丝般的光泽和柔软手感，有较好的吸湿性和导湿性能，极好的保温性，穿着舒适，但纤维本身呈淡黄色，耐热性差，在干热120c以上易泛黄。表I.Chinon和真丝结构组成对比名称结晶部分%无定形部分%Chinon70（聚丙烯月青）30（牛奶乳酪）直丝8020中国也有多家企业对牛奶纤维进行开发研制。其中，上海正家牛奶服饰有限公司是我国第一家在1995年就独立开发研制出牛奶丝面料的民营企业。它经过多年钻研，在牛奶丝的生产技术上已日趋成熟，国产牛奶纤维的主要物理和化学性

17、能指标均已达到和接近日本同类产品的水平。江苏红豆实业股份有限公司2001年成功地开发了用100%牛奶纤维织造而成的红豆牛奶丝T恤衫，用牛奶2T维生产出的T恤衫，面料质地轻柔，有悬垂感；穿着透气、导湿、爽身；外观色泽优雅。在山西恒大纺织新纤维科技有限公司，与羊毛、羊绒、蚕丝、棉、竹、天丝、莫代尔等有很好的混纺性的牛奶短纤维也研制成功。这种牛奶蛋白纤维以丙烯月青为单体，纤维定性为“牛奶纤维100%”，并经瑞士纺织检定有限公司鉴定，获得国际生态纺织品Oeko-TexStandard100绿色纤维认证书23。牛奶纤维技术拥有广阔远景，由于其悬垂性、通透性都相当好，吸水率高，又兼有天然纤维的舒适和合成纤

18、维的牢度，则既可制作内衣，又可制作轻盈的外织物成形技术综述装，甚至凡是和人体皮肤接触多的服饰用品都可以应用，如床上用品、女性专用的卫生品等。2、大豆蛋白纤维大豆蛋白纤维是新世纪的“生态纺织纤维”。其原料资源丰富、数量大且具有可再生性，而纤维本身主要由大豆蛋白质组成，易生物降解；纤维性能优异，是制作高档面料、内衣及服装的理想原料。大豆蛋白纤维面料具有真丝般的光泽，其悬垂性也极佳，给人以飘逸脱俗的感觉；用高支纱织成的织物，表面纹路细洁、清晰，是高档的衬衣面料240大豆纤维还有保健功能，它的四种健康功能包括了抗菌抑菌、抗紫外线、发射远红外线和产生负氧离子。经权威部门检测，大豆蛋白纤维内衣产生的负氧离

19、子相当于雨后森林负氧离子的含量。止匕外，它可用酸性染料、活性染料染色。尤其是采用活性染料染色，产品颜色鲜艳而有光泽，同时其日晒、歼渍牢度也非常好，与真丝产品相比解决了染色鲜艳度与染色牢度之间的矛盾（真丝产品日晒、汗渍牢度极差，很容易掉色）。现阶段，大豆蛋白质纤维有较为良好的经济性。1吨大豆粕可提高40%的新使用价值,可带来4万元的经济效益。这就意味着目前全国大豆总产量1350万吨可带来巨大的经济效益。不仅如此，农业作物结构也将发生重大调整。大豆蛋白纤维技术充分提升了大豆的再利用价值o大豆纤维开发应用将改变长期以来大量使用化学纤维造成的对石油资源的过度依赖、不少品种的生产对环境造成污染等弊端，提

20、高纺织纤维的舒适度。正因为如此，大豆纤维一出现就受到业界和专家的广泛关注，被称为“21世纪的健康舒适纤维”，也是最好的可再生循环经济252627282930310世界上的蛋白质资源十分丰富，再生蛋白质纤维的发展具有可持续性、可循环性。再生蛋白质纤维作为纺织品的新型原料，具有相当大的竞争力；并且，再生蛋白质纤维的发展不会造成资源的掠夺性开发，将低附加值的农副产品加工制造成具有高附加值的纺织原料，符合世界纺织业发展的趋势，并且对资源的利用和保护也起到一定的作用。三、结束语羊毛、蚕丝等蛋白质纤维的综合利用研究开展得比较早，而且也取得了一定织物成形技术综述的成果。而其他蛋白质纤维也正在进一步研究、综合

21、利用，挖掘新价值。蛋白质纤维的拓展应用对于构建我国农牧业技术体系也有重要意义。相信随着生物、材料等相关技术的发展，蛋白质纤维潜在价值将被挖掘出来,蛋白质纤维必将会在更宽广的领域得以应用。1杨文秀，张占柱，羊毛纤维漂白现状及发展方向.国际纺织导论,2013;(3)2王立晶，王训该，澳大利亚羊毛产业研究和发展动向.纤维技术,2005;(4)3杨博,靳向燥，羊毛非织造材料的开发与应用.产业用纺织品，2007;(6)4羊毛运动在全球布局开演.国际纺织导报2012第7期5AbadLV,RelleveLS,AranillaCT,etal.Naturalantioxidantsforradiationvul

22、canizationofnaturalrubberlatexJ.PolymerDegradationandStability,2002,76(2):275279.6邱为欣，陈惠荣.用鸡毛制取N-酰基表面活性物质J.山东轻工业学院学报，1991,5(2):46-49.7 KatohK,TanabeT,YamauchiK.NovelapproachtofabricatekeratinspongescaffoldswithcontrolledporesizeandporosityJ.Biomaterials,2004,25(18):42554262.8BaroneJR,SchmidtWF,Liebn

23、erCFE.CompoundingandmoldingofpolyethylenecompositesreinforcedwithkeratinfeatherfiberJ.CompositesScienceandTechnology,2005,65(34):683-692.9吴国强，余斌.利用毛发水解提取氨酸后的废液研制氨基酸复合肥料J.氨基酸和生物资源,1995,17(2):10-15.10刘庆城，许玉兰.利用毛发水解废液制作氨基酸肥料的研究J.农业环境保护，1994,13(3):115120.11范杰，于伟东.羊毛微观结构的分离方法及其应用可能性研究J.材料导报，2007,21(9):98

24、102.12谈伟强，徐靖宏，刘友山，等.胶原蛋白/BMP复合材料的制备和成骨性能研究J.生物工程学报，2008,24(2):272277.13AnishaGS,PremaP.Cellimmobilizationtechniquefortheenhancedproductionofa-galactosidasebyStreptomycesgriseoloalbusJ.BioresourceTechnology,2008,99(9):3325-3330.14SilvaSS,MussattoSI,SantosJC,etal.CellimmobilizationandxylitolproductionusingsugarcanebagasseasrawmaterialJ.AppliedBiochemistryandBiotechnology,2007,141(2):215227.15ChenBY.Revealingthresholdcriteriaofbiostimulationfo