人造蠶絲蛋白纖維開發(fā)現(xiàn)狀及應用前景

蠶絲生產(chǎn)的發(fā)明技術最早源于我國，至今已有5000余年的歷史。從古至今我國都是世界上蠶絲生產(chǎn)和出口大國。古代絲綢也是我國長期對外貿(mào)易的主要商品，經(jīng)歷幾個世紀而經(jīng)久不衰，從而孕育了舉世聞名的“絲綢之路”而享譽世界，“絲綢之路”是一條連接中國腹地與歐洲諸國的陸上商業(yè)貿(mào)易通道，也是一條東方與西方之間經(jīng)濟、政治、文化進行交流的主要道路。

蠶絲是一種主要由蛋白質(zhì)組成的天然纖維，有著其他纖維無法比擬的優(yōu)良特性，它有良好的吸濕、保暖性，用它紡織的絲綢面料柔順且有質(zhì)感，表面光滑，對人體的摩擦刺激系數(shù)在各類纖維中是最低的，與人體有很好的生物相容性，所以蠶絲素有“人體第二皮膚”的美譽，被業(yè)界稱為“纖維皇后”，服用性能極佳。

近年來，隨著多種新型纖維的問世以及傳統(tǒng)養(yǎng)蠶種桑區(qū)域的減少，大大降低了蠶絲在傳統(tǒng)紡織材料中的占比。另外由于桑蠶絲繅絲加工工藝一直比較落后，對環(huán)境對人體都有不小的危害，造成桑蠶絲產(chǎn)量一直不高，滿足不了人們的消費需求，從而催生了人造蠶絲蛋白纖維的研究。

1 人造蠶絲蛋白纖維及其研究現(xiàn)狀

人造蠶絲蛋白纖維是指利用蠶絲下腳料和廢舊回收蠶絲絲綿以及其他動植物蛋白為原料，經(jīng)溶解為絲素蛋白溶液，一般用濕法紡絲而成的纖維。

有關人造蠶絲蛋白纖維的研究開發(fā)最早來源于日本仿生學的研究[1]。上世紀初，日本就有人研究叫作“再生蠶絲”，蘇聯(lián)也有相關報道《絲朊纖維原液的制備及紡絲》[2]，但技術上都不成熟，沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。到1979年，日本有人發(fā)表了關于人工絹絲專利，1983年又有報道制得絲蛋白水溶液，用濕法紡絲。2017年瑞典和德國的科學家計劃開始生產(chǎn)一種低成本的人造絲綢，目前，他們已經(jīng)使用乳清蛋白成功生產(chǎn)出少量人工絲綢。

國內(nèi)早期開展此項研究的主要有四川樂山的封紀述[2-3]，上世紀80年代封紀述曾經(jīng)與成都科技大學合作，利用蠶絲下腳料研制改性蠶絲[3]。另外復旦大學高分子科學系的邵正中團隊在再生蠶絲的制備及其結(jié)構(gòu)和性能方面也做了初步研究[4,5]，紡制出了力學性能優(yōu)于天然蠶絲的再生蠶絲纖維。西南大學的張袁松做了蠶絲和蜘蛛絲再生蛋白纖維方面的研究[6]，蘇州大學材料工程學院的左保齊等人在再生絲素纖維的紡制及其結(jié)構(gòu)性能方面做了研究[7,8]，西安工程大學的沈蘭萍等人做了再生蠶絲蛋白纖維的結(jié)構(gòu)研究[9,10]，四川大學近年來也在人造蠶絲蛋白纖維結(jié)構(gòu)性能等方面做了大量的研究工作[11-13]。這些都為人造蠶絲蛋白纖維的發(fā)展做出了基礎性研究貢獻。

人造蠶絲蛋白纖維研究歷史已近一個世紀了，但目前大多還只是停留在研發(fā)階段，結(jié)構(gòu)性能還有待更進一步提升，需要解決和改進的問題還有很多，比如纖維成絲工藝的優(yōu)化、纖維強度的提升、纖維染色工藝的研究、纖維功能性的附加等方面，要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還有待時日，針對目前國內(nèi)外的研究形勢，我國科研機構(gòu)應積極努力，使這項技術早日落戶中國，否則不久的將來，我國可能成為人造蠶絲纖維的進口大國，從而失去往日絲綢產(chǎn)業(yè)的地位。

2 人造蠶絲蛋白纖維與天然蠶絲相比的優(yōu)勢

天然蠶絲生產(chǎn)周期長、產(chǎn)量低，繅絲過程復雜，生產(chǎn)工藝污染環(huán)境、對人體有有害影響，而且在土地資源越來越緊張的當代經(jīng)濟環(huán)境下，天然蠶絲的生產(chǎn)也面臨著發(fā)展空間極度壓縮的困境，另外天然蠶絲染色牢度一直不好。與天然蠶絲相比，人造蠶絲蛋白纖維產(chǎn)量可控，品質(zhì)可塑；可以大批量機械化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，大大降低生產(chǎn)成本，減少繅絲工藝對環(huán)境和人體的危害。另外，人造蠶絲蛋白纖維在纖維熔融染色、纖維強度以及賦予其功能性等提升其物理、化學性能方面都有很大的改性提升空間。

3 人造蠶絲蛋白纖維與其他合成纖維相比的優(yōu)勢

人造蠶絲蛋白纖維的制造原料是來之自然界的動、植物蛋白質(zhì)物質(zhì)，有著巨大的資源可供選擇和利用，如含動物蛋白的各種魚、肉、蛋、奶類加工下腳料、過期產(chǎn)品、廢料等，如植物蛋白的各種豆、籽、米加工副產(chǎn)物，及其他富含蛋白的植物等，都是可再生資源。 可以說是取之不盡，用之不竭，而且是一種廢物利用，有利于減輕社會活動對環(huán)境污染的壓力，有利于綠色可持續(xù)經(jīng)濟的發(fā)展。而反觀其他合成纖維，制造原料最終都來源于石油，而石油是一種不可再生資源，而且合成纖維大多是不易降解的，廢舊纖維不利于回收利用，不利于經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

另外，人造蠶絲蛋白纖維在組成上與天然蠶絲相同，服用性能極佳，無論是制作服裝還是作為絮用纖維填充料，都有著無可比擬的優(yōu)勢。

4 人造蠶絲蛋白纖維的應用前景

由于人造蠶絲蛋白纖維優(yōu)良的理化特性，其應用領域也必將突破目前天然蠶絲在紡織領域的應用，根據(jù)加工工藝的不斷改進，以及高附加值功能性的植入，其在工業(yè)領域、航天領域的應用也是極有發(fā)展空間的。現(xiàn)代的消費理念不僅要舒適、健康，還要有時尚、富有各種功能性，甚至不久的將來還要實現(xiàn)智能化、萬物互聯(lián)的地步。而這些功能的實現(xiàn)，天然纖維是不具有的，不易改性的，所以在這方面，人造蠶絲蛋白纖維更有巨大的優(yōu)勢。另一方面，人造蠶絲蛋白纖維易降解，環(huán)境友好，有利于經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，其應用前景非常廣闊。

5 結(jié)束語

人造蠶絲蛋白纖維雖然已經(jīng)研究近百年了，但是還是沒有實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)和應用。希望政府和各科研機構(gòu)繼續(xù)努力來推動這個可以維持社會、經(jīng)濟不斷持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)早日實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。相信人造蠶絲蛋白纖維產(chǎn)業(yè)必將促進我國成為紡織強國。