再生蚕丝蛋白纤维的定性与定量分析

再生蚕丝蛋白纤维的定性与定量分析 张怡 (国家毛纺织产品质量监督检验中心(上海)，上海 200082) 要: 对再生蚕丝蛋白纤维的外观结构、红外光谱及蛋白含量进行了测试分析，得出结论:再生蚕丝 摘 蛋白纤维在外观结构上和粘胶纤维相似，但它有蛋白质的特征峰，可以用红外光谱对其进行定性:用 GB/T 2910.4-2009 的 NaClO 法测定纤维中的蛋白质含量。 关键词 : 再生蛋白质纤维;结构;定量分析 0引言 再生蚕丝蛋白纤维是利用真丝废丝、蚕丝绢纺 因为再生蚕丝蛋白纤维是通过将蛋白原液与粘胶 原液混合，通过湿法纺丝而成的，所以兼具有蛋白质 下脚料等废弃蛋白质材料为原料，采用生物化学工程 和纤维素的特征波谱，但是纤维素的特征峰不明显， 技术从中提炼出蛋白粉，用湿法纺丝再生成的一种新 主要是因为蛋白质分布在纤维的表面，而粘胶是芯层， 型蛋白纤维，该纤维的原料来源广泛，且利用了某些 在纤维的内部，再生蚕丝蛋白纤维红外谱图如图1所 废弃蛋白质材料，有利于环境保护。它兼具纤维素纤 -1 -1 示:1639.1cm处为酰氨?峰的特征峰，1513.4cm处 维和蛋白质纤维的性能，强度和伸长与粘胶相近，回 -1 为酰氨?峰，1232.0cm处为酰氨?峰的特征峰， 潮率高，抗静电能力好;在手感、吸湿性能和透气性 -1 -1-1663.6cm为酰氨?的吸收峰，1016.6cm、2892.0cm、 能方面与羊毛、真丝等高档纤维相仿，是制造高档纺 -1-1 3435.8cm、894.4cm处吸收峰是纤维素的特征谱 织品的理想材料，且纤维成本低，仅为大豆纤维的1/ -带。其中，再生蚕丝蛋白纤维比粘胶多一个1513.4cm 4。 1 -1 特征峰,1513.4cm是蛋白质特有的特征峰，用碱 -1 把蛋白质溶解之后，1513.4cm处的波峰即消失，普 通粘胶纤维的红外谱图如图2所示，其特征吸收峰和 1再生蚕丝蛋白纤维的结构谱带形状与纤维素的基本一致，因为粘胶的主要组分 1.1 形态结构 -1-1-1是纤维素，1365.1cm、1036.8cm、896.7cm、 再生蚕丝蛋白纤维是通过湿法纺丝得到的，纤 -1-1 3439.8cm、2893.0cm处应该为纤维素的特征谱 维在凝固浴中凝固成形，纤维的横截面呈不规则锯齿 -1 线，1642.1cm处的吸收峰是粘胶纤维吸湿所致。 圆形，有皮芯结构; 再生蚕丝蛋白纤维的表面有不规 图3为蚕丝的红外波谱图，蚕丝的主要成分是丝胶和丝 则的沟槽和海岛状的凹凸，这是纤维经过凝固浴中凝 素，而丝胶和丝素的主要成分都是蛋白质，蛋白质又主 固，并通过高速拉伸，使纤维表面迅速脱水，纤维迅 -1-1要是由氨基酸组成的。图3中，3289.7cm、3079.8cm、 速取向导致。纤维的表面有一些细小的颗粒，这可能 -1-1-1-11636.0cm、1514.8cm、1233.3cm、1168.7cm、 是部分蚕丝蛋白粉未充分水解造成的。 -1642.2cm处的吸收峰应为蛋白质分子中酰氨键的特 1.2 内部结构征吸收峰，这是蛋白质纤维所具有的特征谱线，蚕丝 本文采用PE公司的Spectrum One型傅立叶变换 -1-1 比再生蚕丝蛋白纤维多了 2975.6cm、2931.5cm红外吸收光谱(FTIR )分析仪，测量范围波数为 处对应的O—H伸缩振动带，这是因为再生蚕丝蛋白 -1400~4000cm。再生蚕丝蛋白纤维、粘胶纤维和蚕 纤维中蛋白质的成分比较少，纤维素的成分比较多。 丝纤维的红外波谱图如图 1~3 所示。 图1~3的3个红外谱定性地了再生蚕丝蛋白纤维 的主要成分是蛋白质和纤维素。 收稿日期:2011-5-20 作者简介 :张怡，女，1983- ，主要从事纺织品的化 学分析与检测。 上海毛麻科技 201年1 第 3 期 29 液;甲酸–氯化锌溶液;0.5% 的醋酸溶液;8% 的 稀氨溶液。 2.1.3 试验原理 碱可以使蛋白质分子中的盐式键断 开，多羟氨酸 键缩短，胱氨酸发生水解，所以NaClO溶液可以溶解 蚕丝蛋白纤维中的蛋白质，从而得到蛋白质的含量。 对于再生蚕丝蛋白纤维/棉混纺的试样，由于粘胶纤 维能溶解在甲酸–氯化锌溶液中，而棉纤维不溶解于 甲酸–氯化锌溶液，这样在NaClO溶液溶解蚕丝蛋白 纤维中的蛋白质后，再通过甲酸–氯化锌溶液可以分 离粘胶纤维，从而可以求得棉纤维含量。 图 1 再生蚕丝蛋白纤维红外波谱图 2.2 试验步骤 2.2.1 不同浓度NaClO 溶液测定100%再生蚕丝蛋白纤维 把已知干重的试样放入三角烧瓶中，每克试样加 入 100ml NaClO溶液，摇动烧瓶，使试样浸湿，在(20 ? 2)?的振荡仪中连续不断地振荡 40min，再把烧 瓶中不溶纤维用少量NaClO试液洗到已知重量的玻璃 砂芯坩埚中，真空抽吸排液，然后用水清洗，稀乙酸 中和，最后用水连续清洗不溶纤维，每次清洗液经重 力排液后，再用真空抽吸排液。将玻璃砂芯坩埚及不 溶纤维烘干、冷却、称重。 2.2.2 再生蚕丝蛋白纤维/棉 图 2 普通粘胶红外波谱图 先将试样经 0.5mol/L NaClO 溶液处理，步骤 同上，再将剩下的纤维放入预热到70? 装有甲酸– 氯化锌的三角烧瓶中(每克试样加100ml试液)，盖紧 瓶塞，摇动烧瓶，浸湿试样，在(70 ?2)?下保温 20min?1min，将试样放入已知重量的玻璃滤器内过 滤，接着用同温度、同浓度的甲酸–氯化锌溶液洗涤 3次，再用同温度的水彻底清洗，清洗后的试样再浸 没在稀氨溶液中10min，真空抽吸排液，用冷水洗涤 数次，最后，用水把不溶纤维全部移入玻璃砂芯坩埚 中，再用真空抽吸排液，最后用烘箱烘干未溶纤维，冷 却、称重。 图 3 蚕丝红外波谱图 2.3 结果与分析 2.3.1 结果计算 [1]试验结按 GB/T 2910-2009、GB/T2911- 2 蚕丝蛋白纤维定量分析 [2]2.1 材料和方法 2009中的净干重量百分率方法计算，其中NaClO 2.1.1 材料 由湖州珠力纳米材料科技开发有限公司提溶液处理时，粘胶纤维与棉纤维的d 值均为1.01; 供的白 甲酸–氯化锌溶液处理时，棉纤维的 d 值为1.03。 色 100% 再生蚕丝蛋白纤维长丝，细度为 4.31dtex; 62/38再生蚕丝蛋白纤维/棉绿色混纺纱线。 2.1.2 试剂 0.5mol/L NaClO 溶液;1.0mol/L NaClO 溶 上海毛麻科技 2011年 第 3 期 30 表 1 1.0mol/L NaCIO 溶液测定 100% 再生蚕丝蛋白纤维 化肽键水解外，还与纤维素的羟基以分子间力，特 试验蚕丝蛋白粘胶别是氢键结合，即纤维素也发生水解。经 1.0mol/ 115.584.5L NaClO 溶液试验后的粘胶纤维原纤化严重，纤维 215.784.3损伤明显，导致计算出的蛋白质含量偏高;而经 0. 315.584.55mol/L NaClO 溶液试验后的粘胶基本没有损伤，因 415.484.6此，用 0.5mol/L NaClO 溶液，(20 ? 2)?连续 516.483.6不断地振荡 40min 的结果较准确。 616.583.5表3中计算出的蛋白质含量相对于再生蚕丝蛋 715.884.2白纤维是2.2/61.7,约3.6%。与表2的结果比较可以 815.884.2看出，染色对蛋白质的保有率影响较大。原来的蚕丝 916.283.8蛋白长丝通过与棉共混并染为绿色后，蛋白质含量 10 16.283.8就由原来的 8% 左右降为 3.6%，蛋白质流失量较大。 平均值15.984.1 表 2 0.5mol/L NaCIO 溶液测定 100% 再生蚕丝蛋白纤维 3结论试验蚕丝蛋白粘胶 ?再生蚕丝蛋白纤维的横截面为锯齿形，表面有 18.491.6 27.892.2 微孔，纵向有沟槽和条纹，使再生蚕丝蛋白纤维具有 38.191.9良好的吸湿性，可改善纤维的可纺性。比较碱处理前 47.992.1后纤维截面和纵向特征可以发现，蛋白质主要分布在 纤维的表面。 58.092.0 ?通过对再生蚕丝蛋白纤维、普通粘胶和蚕丝纤 67.492.6 维的红外波谱图进行对比可知，再生蚕丝蛋白纤维既 77.392.7 含有纤维素的特征峰，也具有蛋白质的特征峰，蛋白 88.092.0 质的特征峰比蚕丝中蛋白质的特征峰弱，纤维素的特 98.092.0 征峰与粘胶相近，定性地说明了再生蚕丝蛋白纤维的 10 8.191.9 主要成分是蛋白质和纤维素。 平均值7.992.1 ?碱的浓度对测定蛋白质含量影响很大，经试验 表 3 测定 62/38 再生蚕丝蛋白纤维 / 棉的净干含量 用 0.5mol/L NaClO 溶液，(20 ? 2)?连续不断 试验蚕丝蛋白粘胶棉地振荡40min的条件下，蛋白质完全溶解，而粘胶纤 12.359.438.3维基本不溶解，试验结果误差小于1%。 21.959.338.8?蚕丝蛋白纤维在后道加工中，应尽量在中性条 32.658.638.8件下进行，这样纤维上蛋白质的牢度就能经受住常规 42.459.038.6染色等后道加工环境的考验。 52.459.238.4 62.358.938.8 71.859.239.0 81.859.238.0参考文献 92.059.838.2[1] 全国纺织化技术委员会基础标准分会.GB/T 2910-2009 纺织品三组分纤维混纺产品定量分析方法[S].北京:中国标 10 2.558.938.6 准出版社，2009 . 平均值2.259.338.5[2] 全国纺织标准化技术委员会基础标准分会.GB/T 2911-2009 纺织品两组分纤维混纺产品定量分析方法[S].北京:中国标 2.3.2 试验结果与讨论 准出版社，2009 .从表 1 和表 2 的结果中可以看出，碱的浓度越 高，测定出的蛋白质含量就高。这是因为碱除了催 file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt 涵盖各行业最丰富完备的资料文献,最前瞻权威的行业动态,是专业人士的不二选择。 file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt2012/8/26 12:19:58