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科技动态

超强抗冰能力!零下40℃也能保持高刚度和韧性的蛋白纤维,强势"出圈"

 发布时间:2022-12-23 00:00  来源:科技日报、功能纺织

蛋白纤维属于生物基化学纤维,由蛋白质和纺丝的边角料混合,或接枝到其他高分子纺丝或复合纺丝上制成,具有绿色无污染、原料来源广泛、可生物降解等优点,并能有效解决石油基化学纤维对石油类化学品的过度依赖。目前,蛋白纤维已经应用在高档服装、家居服饰、家纺用品等领域。


我国蛋白纤维产业稳步发展,品种齐全,在新技术研发及产业化方面不断取得突破。功能化、绿色化已经成为蛋白纤维发展的重要方向。


近日,中国科学院大学材料科学与光电技术学院研究员苏娟娟团队制备出一类具有良好的抗冰能力和低温机械性能的耐冻蛋白纤维。与传统纤维形成鲜明对比的是,该蛋白纤维即使在零下20摄氏度至零下40摄氏度,也能保持高刚度和韧性。


苏娟娟等人的研究只是我国蛋白纤维创新发展的冰山一角,由于蛋白纤维具有绿色无污染、原料来源广泛、可生物降解等优点,并能有效解决石油基化学纤维对石油类化学品的过度依赖,因此这些年在我国发展迅速。


废弃物变身纺织新材料


根据原料来源不同,化学纤维可分为石油基化学纤维和生物基化学纤维两大类。蛋白纤维属于生物基化学纤维,由蛋白质和纺丝的边角料混合,或接枝到其他高分子纺丝或复合纺丝上制成。目前,蛋白纤维的品种主要有大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、蝉蛹蛋白纤维、皮革胶原蛋白纤维、羊毛蛋白纤维、桑蚕丝蛋白纤维等。


我国是蛋白纤维生产品种覆盖面较广的国家之一。大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、羊毛蛋白纤维、桑蚕丝蛋白纤维等都已经应用在高档服装、家居服饰、家纺用品等领域。比如蚕蛹蛋白纤维,是以抽丝后的蚕蛹为原料,提取蚕蛹蛋白,对其进行化学改性,制成蛋白质纺丝液,并与粘胶纺丝液共混纺丝制成的。又如羊毛蛋白纤维,以皮毛下脚料为原料,制备出蛋白质含量约3%的蛋白液,然后加入粘胶纤维等纤维素材料中制成。用羊毛蛋白纤维生产的面料手感柔软、具有真丝般的光泽、透气性好、抗静电。


蚕蛹蛋白纤维、羊毛蛋白纤维等原料均来自生产的下脚料。可再生资源的综合利用与现代纤维加工技术的融合实现了蛋白纤维生产的“变废为宝”。


蛋白纤维研发不断取得新进展


目前,新的蛋白纤维及其生产技术也正不断取得新进展。


比如文章开头提到的苏娟娟团队研发的耐冻蛋白纤维,是将两种类型的抗冻蛋白,即来自海嘴鱼的Ⅲ型抗冻蛋白(T3AFP)和来自雪蚤的富含甘氨酸的抗冻蛋白(SnAFP),嵌合在高度有序的蛋白结构中得到的。


就像是“防冻剂”,抗冻蛋白能够结合小冰晶,并抑制大冰晶生长,进而保护细胞和血液在冰点下不结冰,并进行正常代谢,保证海嘴鱼在极地环境、雪蚤在厚厚的积雪下能正常生存。在新研发的耐冻蛋白纤维中,抗冻蛋白能捕获水分子或冰晶等,进而为蛋白质纤维提供“保护层”,提高了纤维的抗冻性。


据测试,在零下40摄氏度的低温下,耐冻蛋白纤维中的冰结晶受到抑制,纤维更光滑、截面上的皱纹更少,因此也保持了较高的低温刚度和韧性,以及良好的机械稳定性,这使得用蛋白纤维制造具有出色抗冻性能的纺织品成为可能,比如在南极洲使用的绳索或北极极地服装、航空服等。


又如,恒天海龙股份有限公司等研发的一种新型多功能动物蛋白再生纤维素纤维,其原料来自动物的毛。上海帕兰朵纺织科技发展有限公司副总经理、教授级高级工程师方国平说,由于纤维的横截面呈C形中空,形状的饱满率和圆滑度好,从而使纤维具有了独特的截面形态。这种截面形态使得多功能动物蛋白再生纤维素纤维在微观结构上,实现了纤维素和蛋白质共存共融,使这款动物蛋白再生纤维素纤维具有了其他纤维不具备的多功能特性,比如良好的透气性和抗静电性,以及优异的吸湿发热性等。再配合独特的纺纱技术、织造技术和定型技术等,使该纤维技术成本和生产成本大幅下降,由此生产的纱线和针织面料与同类产品相比,性价比更高。


生物基化学纤维发展势头强劲


随着石油资源的日益枯竭和棉花种植面积的不断减少,包括蛋白纤维在内的生物基化学纤维,显现出强劲的发展势头。原料的可再生、廉价、低污染、资源丰富等属性,使生物基化学纤维具备极大的可持续发展性,也成为棉纤维和涤纶、腈纶、锦纶等化学纤维强有力的伙伴。


国家发改委产业协调司原巡视员贺燕丽说,生物基化学纤维与人体亲和,具有抑菌、阻燃、生物降解等特性,发展生物基化学纤维具有重要意义。


“十三五”以来,我国生物基化学纤维产业快速发展,关键技术不断取得突破,产业规模较快增长,一批具有产业实力和技术开发能力的企业进入了生物基化学纤维及原料领域。我国初步形成了生物基纤维素纤维、生物基合成纤维、海洋生物基纤维及蛋白纤维的产业体系。工信部、国家发改委联合印发的《关于化纤工业高质量发展的指导意见》提出,到2025年,我国生物基化学纤维和可降解纤维材料产量年均增长20%以上。


贺燕丽认为,当前生物基化学纤维还存在一些问题,比如多数品种的产能规模偏小、产品成本偏高竞争力不强等。

不过,中国化学纤维工业协会总经济师、生物基化学纤维及原料分会秘书长李增俊说,随着技术不断发展,公众对生物基化学纤维产品的功能和价值认识不断深入,其产能规模偏小、产品成本偏高等问题将会逐步得到解决。


贺燕丽表示,“十四五”期间,我国应努力提高生物基化学纤维原料的自给率和多元化水平,提高重点生物基化学纤维品种的规模化和工艺装备的自动化水平,大力降低生产成本。在开拓下游纺织品的应用领域取得实际成效。



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