第四章蛋白質(zhì)纖維

1、第四章蛋白質(zhì)纖維§ 4.1 蛋白質(zhì)纖維的一般知識(shí)蛋白質(zhì)纖維：指基本組成物質(zhì)為蛋白質(zhì)的一類纖維。毛：羊毛、駝毛、兔毛、馬毛天然蛋白質(zhì)纖維蠶絲：桑蠶絲，柞蠶絲蛋白質(zhì)纖維再生蛋白質(zhì)纖維大豆纖維，牛奶纖維一 蛋白質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)屬于高分子化合物，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，蛋白質(zhì)又稱朊，是構(gòu)成生命最原始最基礎(chǔ)的物質(zhì)，羊毛的主要成分是：角朊（角質(zhì)） ，絲的主要成分是絲朊（絲素） 。1 元素組成主要元素：碳、氫、氧、氮，還有少量硫磷、鐵2 氨基酸組成蛋白質(zhì)的基本組成為氨基酸，主要為 氨基酸，結(jié)構(gòu)通式：H2N CH2 COOHR3 分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子是氨基酸彼此通過(guò)氨基和羧基脫水縮合，以酰胺鍵（即肽鍵 CO NH

2、 ）聯(lián)接而成的大分子。酰胺鍵又稱為肽鍵，由肽鍵相連接的縮氨酸叫做肽。R蛋白質(zhì)大分子鏈為多肽鏈，又稱為多縮氨酸鏈，是由基團(tuán) NH CH CO 重復(fù)連接而成。分子之間的作用力：氫鍵、鹽式鍵、二硫鍵二 蛋白質(zhì)的兩性性質(zhì)蛋白質(zhì)分子中既含有氨基又含有羧基，因而具有酸性 又具有堿性，是典型的兩性高分子電解質(zhì)。等電點(diǎn)：調(diào)節(jié)溶液中的 pH 值，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)所帶的正負(fù)電荷數(shù)相等時(shí)，此時(shí)的pH 值即為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。羊毛等電點(diǎn)： 4.2 4.8蠶絲等電點(diǎn)： 3.55.2在等電點(diǎn)時(shí)，具有特別重要的性質(zhì)：蛋白質(zhì)不發(fā)生電泳現(xiàn)象，溶解度、膨化度、粘度、滲透壓、導(dǎo)電率等均顯示最低值。1§ 4.2 羊毛羊毛主要指：綿羊

3、身上剪下的毛。羊毛的特性：彈性好，手感豐滿、吸濕能力強(qiáng)、保暖性好，不易沾污，光澤柔和、染色性能優(yōu)良，具有獨(dú)特的縮絨性。一 羊毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)原毛：從羊身上剪下來(lái)的羊毛羊毛雜質(zhì)：羊毛脂、羊汗、沙土、水分、草屑、草籽或其他植物性雜質(zhì)。羊毛脂：高級(jí)脂肪酸和高級(jí)一元醇組成的復(fù)雜的有機(jī)混合物羊汗：有機(jī)酸鹽和無(wú)機(jī)酸鹽組成羊毛可分為三個(gè)部分：毛尖、毛根、毛干。外觀：羊毛纖維具有天然卷曲、縱向呈鱗片覆蓋的圓柱體，從內(nèi)至外分為三層：鱗片層（表皮層） 、皮質(zhì)層、髓質(zhì)層鱗片層（表皮層） ：逆鱗片方向的摩擦系數(shù)大于順鱗片方向的摩擦系數(shù)，稱為定向摩擦系數(shù)，這使羊毛具有縮絨性和氈縮性。皮質(zhì)層：羊毛的主要組成部分，決定羊毛纖維

4、的物理性能，存在天然色素，因而有些色毛的顏色難以除去。髓質(zhì)層：由薄膜細(xì)胞組成，髓質(zhì)層使纖維的強(qiáng)度、卷曲、彈性、染色性較差。二 羊毛的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)羊毛的主要成分：角質(zhì)（角朊） ，由 氨基酸縮合而成。組成元素：碳、氫、氧、氮，還有硫分子結(jié)構(gòu)： 氨基酸縮合而成的鏈狀大分子構(gòu)型： 螺旋結(jié)構(gòu)三 羊毛的超分子結(jié)構(gòu)（具體見(jiàn) P99）由 3 個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的多縮氨酸鏈組成基本原纖微原纖原纖束（皮質(zhì)細(xì)胞）四 羊毛的機(jī)械性能1 羊毛的線密度羊毛纖維的直徑差異很大，最細(xì)絨毛直徑為 7m，最粗可達(dá) 240m2 羊毛的長(zhǎng)度由于天然卷曲的存在，其長(zhǎng)度可分為自然長(zhǎng)度和伸直長(zhǎng)度，國(guó)產(chǎn)細(xì)羊毛的長(zhǎng)度在 5.59 cm, 半細(xì)毛

5、的長(zhǎng)度在 640cm。3 羊毛的卷曲有深有淺，分為三種類型：弱卷曲、常卷曲和強(qiáng)卷曲24 羊毛纖維的吸濕性一般大氣條件下，回潮率為 15 17，是常見(jiàn)纖維中最好的。5 羊毛的拉伸與回復(fù)性能羊毛的拉伸強(qiáng)度是所有纖維中最低的，但是拉伸后的回復(fù)能力卻是所有天然纖維中最大的。所以，用羊毛織成的織物不易產(chǎn)生皺紋，有均勻良好的服用性能。過(guò)縮：將受到拉伸應(yīng)力的羊毛纖維在熱水或蒸汽中處理很短時(shí)間，然后除去外力，此纖維可在蒸汽中收縮到比原來(lái)還短，這一現(xiàn)象為過(guò)縮。暫定：若受有張力的羊毛在熱水或蒸汽中處理很短時(shí)間，除去外力，羊毛并不回復(fù)到原長(zhǎng)，只有放在比熱處理更高溫度下作用，才能獲得重新回縮的性能。永定：如果拉伸的纖

6、維在蒸汽中處理時(shí)間較長(zhǎng)，取消外力后即使用蒸汽處理，纖維回縮后的長(zhǎng)度仍超過(guò)原長(zhǎng)的30，這一現(xiàn)象為永定。羊毛造成過(guò)縮、暫定、永定的原因：主要是由于分子間交鍵的拆散和重建所引起，由于羊毛超分子結(jié)構(gòu)中，分子間存在大量的交鍵，當(dāng)纖維受拉伸后，交鍵就會(huì)繃緊，內(nèi)張力就會(huì)增加，最終導(dǎo)致交鍵拆散，纖維就會(huì)收縮，若除去負(fù)荷并在蒸汽中任其收縮，纖維就發(fā)生過(guò)縮。若在拆散原有交鍵時(shí)，處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)在新的位置上建立新的交鍵，這樣就形成永定。若處理時(shí)間不長(zhǎng)，原交鍵受到破壞，新的交鍵雖有建立，但不完善，就形成暫定。五 羊毛的主要化學(xué)性質(zhì)1 熱的作用羊毛屬于耐熱性較差的纖維，加工時(shí)，干熱不超過(guò) 70，分解溫度為 135，屬

7、于可燃纖維，易燃燒，但速度慢。燃燒時(shí)有特殊氣味。2 水和蒸汽的作用羊毛具有較強(qiáng)的吸濕性，吸濕后纖維膨脹，由于分子間力下降，強(qiáng)力下降在劇烈條件下，水也會(huì)與羊毛纖維起化學(xué)反應(yīng)，使蛋白質(zhì)分子中的肽鍵水解。3 酸的作用羊毛對(duì)酸比對(duì)堿穩(wěn)定，因而可以在酸性條件下染整加工，但在濃度提高，處理時(shí)間延長(zhǎng)，溫度升高時(shí)，肽鍵也會(huì)有不同程度的水解。無(wú)機(jī)酸比有機(jī)酸對(duì)纖維的損傷大。4 堿的作用羊毛對(duì)堿敏感，堿可以催化肽鍵水解，使得纖維受到損傷。5 還原劑的作用還原劑主要與羊毛的二硫鍵起反應(yīng)，其次也能破壞鹽式鍵。36 氧化劑的作用氧化劑作要是用于漂白，但對(duì)含氯的氧化劑比較敏感， NaClO 可破壞羊毛的鱗片層，起到防縮絨的

8、效果。所以可以用它做防氈縮處理。過(guò)氧化劑對(duì)羊毛的作用比較緩和，故常用于漂白。7 光氧化作用可以減少羊毛尖端的鱗片，改變羊毛的組成和結(jié)構(gòu)。六 其他紡織用動(dòng)物毛1山羊絨：由鱗片層和皮質(zhì)層組成，沒(méi)有髓質(zhì)層，緊貼山羊表皮生長(zhǎng)濃密柔軟的絨毛，具有細(xì)膩、輕盈、滑糯、保暖性好的優(yōu)點(diǎn)，是非常高貴的紡織原料。國(guó)際上習(xí)慣稱之為 Cashmere(開(kāi)司米 ) 。2馬海毛：又稱安哥拉山羊毛。纖維粗長(zhǎng)、卷曲少、彈性足、強(qiáng)度大，加入織物中可增加身骨。纖維鱗片少，光澤強(qiáng)，可形成閃光效應(yīng)。3兔毛：兔毛輕、軟、保暖性好，但鱗片少，卷曲少，強(qiáng)度低，抱合力差，易掉毛。4駱駝毛（絨）5牦牛毛（絨）4§ 4.3 蠶絲蠶絲具有

9、柔軟、纖細(xì)、潔白、輕盈、柔和、吸濕性好、彈性適中等特點(diǎn)，是高級(jí)紡織原料。家蠶絲：桑蠶絲野蠶絲：柞蠶絲，蓖麻蠶絲蠶絲是由兩根絲素和包覆在外邊的絲膠組成，稱為繭絲?？壗z得到的絲束為生絲， 生絲經(jīng)精練脫膠后稱為熟絲。一 蠶絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)1 桑蠶絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)蠶絲主要是由絲素 ( 絲朊 ) 和絲膠兩種蛋白質(zhì)組成。一根蠶絲由兩根平行的單絲（絲素）外包絲膠而成。截面：不規(guī)則三角形縱面：平直光滑2 柞蠶絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)截面：三角形更趨狹長(zhǎng)而扁平，角銳，縱向有卷曲和條紋。二 絲素的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)1 元素組成蠶絲主要是由絲素 ( 絲朊 ) 和絲膠兩種蛋白質(zhì)組成，所以主要組成元素為碳、氫、氧、氮。絲素蛋白質(zhì)呈纖維狀，

10、不溶于水，絲膠蛋白質(zhì)呈球狀，能溶于水。2 氨基酸組成3 超分子結(jié)構(gòu)絲素的分子鏈又稱多肽鏈，含有許多的 CONH鍵結(jié)構(gòu)，肽鏈在結(jié)晶區(qū)幾乎完全伸直。由于大分子主鏈 CONH基反復(fù)主現(xiàn)，因而相鄰大分子鏈間氫鍵數(shù)很多，氫鍵間距短，故分子間引力比一般天然纖維大。三 絲素的主要物理機(jī)械性能1長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)百米甚至上千米2線密度與密度桑蠶絲的線密度為2.8 3.9dtex ，柞蠶絲較粗，線密度為5.6 dtex 一般生絲密度為 1.3 1.37g/cm 353 吸濕性絲的吸濕性比較高，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（ 20，相對(duì)濕度 65）下，絲素的吸濕率在 9以上，絲膠比絲素吸濕率更高。4 斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率蠶絲的強(qiáng)度大于羊毛

11、而接近棉，桑蠶絲為 2.53.5cN/dtex ，濕強(qiáng)比干強(qiáng)下降10%35%；柞蠶絲的強(qiáng)度為 33.5cN/dtex ，濕強(qiáng)比干強(qiáng)略高 4%10%。蠶絲的伸長(zhǎng)率小于羊毛而大于棉，桑蠶絲的斷裂伸長(zhǎng)率為 15%25%；柞蠶絲的斷裂伸長(zhǎng)率為23%27%。蠶絲的彈性恢復(fù)能力也小于羊毛而優(yōu)于棉。四 絲素的化學(xué)性質(zhì)1 耐熱性蠶絲耐干熱性較強(qiáng)，能長(zhǎng)時(shí)間耐受 100的高溫。溫度升至 130。蠶絲會(huì)泛黃、發(fā)硬。其分解點(diǎn)在 170左右。蠶絲也是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱率比棉還小。保暖性好。2 膨化與溶解絲素吸水后發(fā)生膨化，表現(xiàn)出各向異性，絲素在水中只能溶脹，不能溶解，水只能進(jìn)入無(wú)定形區(qū)。在某些特殊的鹽類溶液中，濃度低時(shí)

12、，發(fā)生有限溶脹，濃度高時(shí) 發(fā)生無(wú)限溶脹而溶解，利用鹽對(duì)絲素溶解的作用，可以用某些特殊的鹽類作為鑒別交織物中絲成分的溶劑。3 耐酸性絲素的抗酸性比棉強(qiáng)，比羊毛差。絲素的耐酸程度取決于酸的種類、濃度、溫度、處理時(shí)間、和電解質(zhì)的種類和濃度。 有機(jī)酸的稀溶液常溫對(duì)絲素沒(méi)有影響。因而用有機(jī)酸處理可以增進(jìn)光澤、手感、并賦予“絲鳴”特性。還可提高色澤鮮艷度。 但在高溫條件下處理，纖維會(huì)受損。絲鳴：干燥的蠶絲相互摩擦或搓揉時(shí)發(fā)出特有的清晰微弱的聲響，稱為絲鳴。絲鳴成為蠶絲獨(dú)具的風(fēng)格特征。酸縮：蠶絲織物在濃度適當(dāng)?shù)臒o(wú)機(jī)酸、室溫條件下短時(shí)間（ 12 分鐘）處理，然后立即水洗除酸，長(zhǎng)度將發(fā)生 3050的收縮，稱為酸

13、縮。4 耐堿性絲素耐堿能力差，但比羊毛耐堿性好，絲在堿液中能發(fā)生水解。如果條件控制適當(dāng)，弱堿性介質(zhì)對(duì)絲素?zé)o明顯損傷，因此可作生絲的脫膠劑。5 耐氧化劑和還原劑6氧化劑容易使絲素分子中的肽鍵斷裂，嚴(yán)重者使絲素完全分解。含氯氧化劑與絲素作用時(shí)，還伴隨氯化反應(yīng)，生成氯氨類帶色物質(zhì)，達(dá)不到漂白的目的，生產(chǎn)中常用過(guò)氧化氫作為漂白劑。一般還原劑對(duì)絲素作用較弱，正常情況下對(duì)纖維沒(méi)有什么明顯損傷。6 耐光性絲纖維是紡織纖維中耐光性最差的一種，日光的作用包括陽(yáng)光、大氣和水對(duì)纖維的綜合作用。絲素受到日光照射時(shí)極易被氧化，使纖維無(wú)定形部分松開(kāi)，伸長(zhǎng)率降低。絲織物在光照下還極易發(fā)生泛黃。五 絲膠的結(jié)構(gòu)和性能1 絲膠的

14、組成與結(jié)構(gòu)生絲中絲膠的含量隨品種的不同而不同。絲膠中的元素組成與絲素略有不同。絲膠的氨基酸組成與絲素相仿，絲膠表面分布著容易與水結(jié)合的基團(tuán)，故在水中容易溶解。2 絲膠的性能絲膠結(jié)構(gòu)支化程度比絲素高，支鏈的極性基團(tuán)含量比較高，分子鏈的排列不夠規(guī)整，分子間作用力較小，故吸濕性比絲素高。絲膠在水中溶解之前先行膨化，隨溫度的提高，膨化程度加深，溶解度增大。所以蠶絲織物在工業(yè)脫膠時(shí)， 常借助于化學(xué)助劑的作用， 在低于 100溫度下進(jìn)行。7§4.4 再生蛋白質(zhì)纖維簡(jiǎn)介再生蛋白質(zhì)纖維是從天然動(dòng)物或植物中提煉出的蛋白質(zhì)溶液經(jīng)紡絲而成的纖維。大豆蛋白纖維是一種再生植物蛋白纖維，是采用化學(xué)、生物化學(xué)的方法從榨掉油脂的 大豆豆渣中提取球狀蛋白， 通過(guò)添加功能型