大豆蛋白纤维的热学性能.pdf

第2 6 卷第2 期 2 0 0 5 年4 月 纺织学报 J 0 u m a Jo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 ，N o 2 A p r ，2 0 0 5 大豆蛋白纤维的热学性能 杨庆斌1 2 ，于伟东1 ( 1 东华大学纺织学院，上海2 0 0 0 5 l ；2 青岛大学纺织服装学院，山东青岛2 6 6 0 7 1 ) 摘要采用热重分析m 和D s c 分析了大豆蛋白纤维的热学特征，得出大豆纤维的玻璃化温度和分解温度。同 时采用各种仪器测试并简要分析了大豆蛋白纤维的耐热性、热收缩率以及极限氧指数，并与羊毛纤维进行了对比。 关键词大豆蛋白纤维；热学性能；热分析 中图分类号：喁1 0 2 5 1 2文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l 【2 0 0 5 ) 0 2 0 0 5 3 0 3 T h e r I I l a lp r o p e r t yo fs o y b e a np r o t e i nn b e r s Y A N GQ i n 争b i n l 一，Y uw e i d o n 9 1 ( 1 c o f z 郸矿t 如，D o 嘶m 泐m 毋，咖i2 0 0 0 5 l ，幽讹； 2 c o f 姆D ，7 I 以酷口蒯c 如# 危i n g ，Q i ，l 础D 跏妇乃蚵，Q 咖，5 口以D ，I g2 6 6 0 7 1 ，吼f M ) A b s t r 扯tn et h e r m a lp r o p e n yo f 山es o y b e a np m t e i n6 b e r sw a sa n a l y z e db y ma n dD S C 弧e 一酗st m n s i t i o nt e m p e m t u r ea n d d e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r ea r eo b t a i n e d T h eh e a tr e s i s t a n c e ，h e a ts h r i n k a g ea n d1 i I n i t0 1 y g e ni n d e xo ft h es o y b e a np r o t e i nf m e r s a r ed i s c u s s e da n dc o m p a r e dw i t ht h a to ft h ew 0 0 1 K e yw O r d bs o y b e a np r o t e i nf i b e r s ；t h e 肌a lp m p e r t y ；t l l e 珈a la n a l y s i s 热学性能是纺织纤维的一项重要性质，纺织品 后加工和服用性能与纤维的热学性能密切相关，纺 织纤维的热学性能包括的范围很广，例如纤维的热 力学状态、导热性质、燃烧性质、热分析技术、热收缩 率等。纤维的热学性能与纤维的结构和性状以及分 子的热运动状态有关，是温度的函数¨o 。大豆蛋白 纤维作为一种新型纤维材料，不仅具有单丝细度细、 密度低、强度高、耐酸耐碱性好、光泽好等特点，还具 有羊绒般手感、蚕丝般光泽、棉的吸湿导湿性、羊毛 的保暖性等优良服用性能，得到了广泛的应用。但 在使用中发现大豆蛋白纤维耐热性差，为此对大豆 蛋白纤维在其加工和使用温度范围内的力学性能及 其耐热性、燃烧性进行了研究，以确定加工的可行性 和使用的温度范围。 1 试样准备及试验仪器 1 1 试样准备 试样为1 6 7d t e x ×3 8I 砌大豆蛋白纤维和羊毛 纤维。 1 2 仪器及试样条件 1 2 1 热重分析仪器使用P e n k i n E l m e r 热分析 仪，升温速度为1 0 ，I I l i n ，N ：。 1 2 2 D S C 分析 P e n k i n E l m e rD S C 分析仪，由 4 0 升温至2 5 0 ，升温速度为2 0 m i n ，保温 1r n i n ，再降温。 1 2 3耐热性Y G 0 0 3 N 型电子强力仪，1 0 0m g 张 力夹，夹头距离1 0m m ，拉伸速度6 ·n I I l r n i n ，温度 2 0q c ，相对湿度6 5 ，试样根数为6 0 根，Y 8 0 2 A 型 八篮烘箱。 1 2 4 热收缩性用Y G 3 6 5 型单纤维热收缩测试 仪进行测试。 1 2 5阻燃性用氧指数法在H c 一2 型氧指数仪上 进行测试。 2 试验结果及分析 2 1 热重分析 图1 、2 分别表示大豆蛋白纤维和羊毛纤维的热 失重曲线。 由图l 、2 看出，大豆蛋白纤维的主失重温度为 3 3 0 ，而羊毛纤维的主失重温度为3 4 8 ，因此大 豆蛋白纤维的分解起始温度低于羊毛纤维，其耐热 性能比羊毛差心“1 。 2 2D S C 分析 图3 、4 分别为大豆蛋白纤维和羊毛纤维的D S C 作者简介：杨庆斌( 1 9 6 4 一) ，男，副教授，在读博士。主要研究领域为纺织新材料的结构与· 生能等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 【5 4 】纺织学报 2 0 0 5 年第2 期 9 8 7 6 5 o 卜4 慑3 2 1 O 温度 图1 大豆蛋白纤维T G 与D T G 曲线 O2 0 0 O 6 O5 O4 03 O2 01 O - 0 1 O 2 4 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 0 温度 圈2 羊毛纤维T G 与D 1 旧曲线 曲线。由图3 看出，大豆蛋白纤维的玻璃化温度为 8 l 左右，羊毛纤维的玻璃化温度为9 1 8 叫5 引，大 豆纤维的玻璃化温度低于羊毛纤维的玻璃化温度。 2 3 大豆蛋白纤维的耐热性能 表1 为大豆蛋白纤维和羊毛纤维在9 0 、1 1 0 、 董 蟋 案 05 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 0 温度， 图3 大豆蛋白纤维D s c 曲线 温度 圈4 羊毛纤维D s c 曲线 1 5 0 时的强伸性能随时间的变化情况。图5 、6 表 示大豆蛋白纤维在处理时间为3 0s ，强度和伸长率 随处理温度的变化情况。 表1 热处理后的强伸度变化 47 5 47 0 46 5 46 0 45 5 45 0 44 5 44 0 43 5 43 0 42 5 O5 01 0 01 5 02 0 0 处理温度 图5 大豆蛋白纤维强度随热处理温度的变化 O5 0l O O1 5 02 0 0 处理温度 圈6 大豆蛋白纤维的伸长率随热处理温度的变化 卯驰柏孙如筋加”m，0 1-=一gg一占已o 7 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1 O l E。卜一峰 曝赣 I_EgM昙、oo 如 笛 加 = 。 m 5 O 逞糌半章 一l-嚣lp毛一、越疆 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 2 0 0 5 年第2 期纺织学报 【5 5 】 由表1 可以看出，大豆蛋白纤维在9 0 、3 0m i n 时的断裂强度和断裂伸长分别为原始值的8 9 5 7 和9 1 3 4 ，在1 1 0 、3 0r n j n 时的断裂强度和断裂 伸长分别为原始值的7 4 4 和9 1 8 2 ，在1 5 0 、 3 0I I l i n 时的断裂强度和断裂伸长分别为原始值的 6 8 和9 2 5 ，在常规纺织品加工和正常使用中，服 装面料可能遇到的最高温度为1 8 0 、3 0s 左右，因 此在后加工中应控制好大豆蛋白纤维的处理温度和 时间，减小对大豆蛋白纤维的损伤。 由图5 、6 可以看出，在热处理温度超过1 1 0 ， 大豆蛋白纤维的强度和断裂伸长率显著下降，故大 豆蛋白纤维在后加工中处理温度最好低于1 1 0 。 2 4 大豆蛋白纤维的热收缩性 表2 为大豆蛋白纤维和羊毛纤维在沸水和干热 空气中的热收缩率。由表2 可以看出大豆蛋白纤维 在沸水和干热空气中的热收缩率均大于羊毛纤维， 说明大豆蛋白纤维的湿热尺寸稳定性比较差。 表2 大豆蛋白纤维与羊毛热收缩率 2 5 大豆蛋白纤维的燃烧性能 纺织材料的可燃性一般采用极限氧指数来表 示，极限氧指数是材料点燃后在氧一氮大气里维持燃 烧所需要的最低含氧量的体积百分数。极限氧指数 越大，维持燃烧所需的氧气浓度越高，说明材料难 燃，极限氧指数小，说明易燃。在普通空气中，氧气 的体积比例接近2 0 ，从理论上讲，纺织材料的极 限氧指数只要超过2 1 ，在空气中就会自熄，纺织 材料的极限氧指数需要在2 7 以上才能达到阻燃 的要求。表3 为大豆蛋白纤维、羊毛和蚕丝的极限 氧指数。 表33 种纤维的极限氧指数 由表3 可以看出，大豆蛋白纤维的极限氧指数 低于羊毛和蚕丝，说明它比羊毛和蚕丝易燃。在后 整理加工中可进行阻燃整理加工，但由于大豆蛋白 纤维本身耐湿热稳定性较差，故阻燃整理会加重其 损伤。 表4 为大豆蛋白纤维和几种常见纤维的燃烧特 征对比。 表4 大豆蛋白纤维和几种常见纤维的燃烧特征比较 对大豆蛋白纤维进行燃烧实验时，接近酒精灯 火焰，纤维收缩熔融。在火焰中，纤维熔融燃烧，在 离开火焰后纤维可以继续燃烧，并且在燃烧时冒出 大量黑烟，纤维燃烧时有毛发燃烧时发出的臭味，燃 烧后剩余的灰烬为松脆黑色硬块，发出的臭味是蛋 白质纤维燃烧时的共同特征，从这一点也可以证明 纤维中含有蛋白质。大豆蛋白纤维的燃烧性能特征 可以作为鉴别大豆蛋白纤维和其它纤维的一种方法 依据。 3 结论 大豆蛋白纤维的玻璃化温度为8 1q c ，分解温度 为3 3 0o C ，热稳定性比羊毛差。大豆蛋白纤维在 1 5 0 ，3 0I I l i n 时的断裂强度和断裂伸长分别为原 始值的6 8 和9 2 5 ，后加工的处理温度应低于 1 1 0 。大豆蛋白纤维的极限氧指数为2 2 ，低于羊 毛和蚕丝。大豆蛋白纤维在千热空气和沸水中的热 收缩率均高于羊毛纤维，说明其湿热尺寸稳定性差。 参考文献： J 张建春L y o c e u 纤维的热学性能研究 J 纺织学报，2 0 0 0 ，2 1 ( 6 ) ：1 3 4 一1 3 6 2 x uw n e 咖a l 锄a l y s i so fu l t r 出n ew o o lp o w d e r J J o u m a lo f A p p l i e dP 0 1 y m e rs c i e n c e ，2 0 0 3 ，8 7 ( 1 4 ) ：2 3 7 2 2 3 7 6 3 z h a n gH T h e 硼a lp m p e r l i e so fb 0 I I l b ”m o r is i l k6 b e r s J J 0 岫a l o fA p p l i e dP o l y m e rs c i e n c e ，2 0 0 2 ，8 6 ( 8 ) ：1 8 1 7 一1 8 2 0 4 D ec l e r c kK ，R a l i e rH ，V a I IM e kB ，耕a 1 T h e 丌n a lp r o p e r t i e s r e l e v a n tt ot h ep m e e s s i “go fP E T6 b e r s J J o 啪a lo fA p p l i e d P o h n e rs c i e n c e ，2 0 0 3 ：8 9 ( 1 4 ) ：3 8 4 0 3 8 4 9 5 x i a 0c ，z h a n gY ，w us鸭e r r n a lb e h a v i o ro fp o l y a r y l a t e P o l y c 5 t e r b l e n d6 b e r s J T c x t i l eR e s e a r c hJ o u m a l ，2 0 0 2 ，7 2 ( 5 ) ：3 9 1 3 9 3 6 z e n gY u e I n n I n 畔r a t u r ed 。p e n d e n 。yo f w a t e rv a p o 。p e 册e a b i l i 【y o fs h a p em e m o r yp o l y u r e t h a n e 【Jj J 0 啪a lo fD o I l g h u aU n i V e r s i t ) ， 2 0 0 2 2 8 ( 3 ) ：5 2 5 7 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark