蛋白质纤维 §4.1蛋白质纤维的一般知识 蛋白质纤维：指基本组成物质为蛋白质的一类纤维。 毛：羊毛、驼毛、兔毛、马毛 天然蛋白质纤维 蚕丝：桑蚕丝，柞蚕丝 蛋白质纤维 再生蛋白质纤维 大豆纤维，牛奶纤维 一 蛋白质的组成及结构 属于高分子化合物，结构十分复杂，蛋白质又称朊，是构成生命最原始最基础的物质，羊毛的主要成分是：角朊（角质），丝的主要成分是丝朊（丝素）。 1 元素组成 主要元素：碳、氢、氧、氮，还有少量硫 磷、铁 2 氨基酸组成 蛋白质的基本组成为氨基酸，主要为α－氨基酸， 结构通式： H2N—CH2—COOH R 3 分子结构 蛋白质分子是氨基酸彼此通过氨基和羧基脱水缩合，以酰胺键（即肽键－CO－NH－）联接而成的大分子。 酰胺键又称为肽键，由肽键相连接的缩氨酸叫做肽。 R 蛋白质大分子链为多肽链，又称为多缩氨酸链，是由基团—NH—CH—CO—重复连接而成。 分子之间的作用力：氢键、盐式键、二硫键 二 蛋白质的两性性质 蛋白质分子中既含有氨基又含有羧基，因而具有酸性 又具有碱性，是典型的两性高分子电解质。  等电点：调节溶液中的pH值，当蛋白质所带的正负电荷数相等时，此时的 pH值即为蛋白质的等电点。 羊毛等电点：4.2～4.8 蚕丝等电点：3.5～5.2 在等电点时，具有特别重要的性质：蛋白质不发生电泳现象，溶解度、膨化度、粘度、渗透压、导电率等均显示最低值。 §4.2羊毛 羊毛主要指：绵羊身上剪下的毛。 羊毛的特性：弹性好，手感丰满、吸湿能力强、保暖性好，不易沾污，光泽柔和、染色性能优良，具有独特的缩绒性。 一 羊毛的形态结构 原毛：从羊身上剪下来的羊毛 羊毛杂质：羊毛脂、羊汗、沙土、水分、草屑、草籽或其他植物性杂质。 羊毛脂：高级脂肪酸 和高级一元醇组成的复杂的有机混合物 羊汗：有机酸盐和无机酸盐组成 羊毛可分为三个部分：毛尖、毛根、毛干。 外观：羊毛纤维具有天然卷曲、纵向呈鳞片覆盖的圆柱体， 从内至外分为三层：鳞片层（表皮层）、皮质层、髓质层 鳞片层（表皮层）：逆鳞片方向的摩擦系数大于顺鳞片方向的摩擦系数，称为 定向摩擦系数，这使羊毛具有缩绒性和毡缩性。 皮质层：羊毛的主要组成部分，决定羊毛纤维的物理性能，存在天然色素，因而有些色毛的颜色难以除去。 髓质层：由薄膜细胞组成，髓质层使纤维的强度、卷曲、弹性、染色性较差。 二 羊毛的化学组成和分子结构 羊毛的主要成分：角质（角朊），由α－氨基酸缩合而成。 组成元素：碳、氢、氧、氮，还有硫 分子结构：α－氨基酸缩合而成的链状大分子 构型：α－螺旋结构 三 羊毛的超分子结构 （具体见P99） 由3个螺旋结构的多缩氨酸链组成基本原纤 微原纤 原纤束（皮质细胞） 四 羊毛的机械性能 1 羊毛的线密度 羊毛纤维的直径差异很大，最细绒毛直径为7μm ，最粗可达240μm 2 羊毛的长度 由于天然卷曲的存在，其长度可分为自然长度 和伸直长度，国产细羊毛的长度在5.5～9 cm, 半细毛的长度在6～40cm。 3 羊毛的卷曲 有深有浅，分为三种类型：弱卷曲、常卷曲 和强卷曲 4 羊毛纤维的吸湿性 一般大气条件下，回潮率为15～17％，是常见纤维中最好的。 5 羊毛的拉伸与回复性能 羊毛的拉伸强度是所有纤维中最低的，但是拉伸后的回复能力却是所有天然纤维中最大的。所以，用羊毛织成的织物不易产生皱纹，有均匀良好的服用性能。 过缩：将受到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理很短时间，然后除去外力，此纤维可在蒸汽中收缩到比原来还短，这一现象为过缩。 暂定：若受有张力的羊毛在热水或蒸汽中处理很短时间，除去外力，羊毛并不回复到原长，只有放在比热处理更高温度下作用，才能获得重新回缩的性能。 永定：如果拉伸的纤维在蒸汽中处理时间较长，取消外力后即使用蒸汽处理，纤维回缩后的长度仍超过原长的30％，这一现象为永定。 羊毛造成过缩、暂定、永定的原因： 主要是由于分子间交键的拆散和重建所引起，由于羊毛超分子结构中，分子间存在大量的交键，当纤维受拉伸后，交键就会绷紧，内张力就会增加，最终导致交键拆散，纤维就会收缩，若除去负荷并在蒸汽中任其收缩，纤维就发生过缩。 若在拆散原有交键时，处理时间过长，就会在新的位置上建立新的交键，这样就形成永定。 若处理时间不长，原交键受到破坏，新的交键虽有建立，但不完善，就形成暂定。 五 羊毛的主要化学性质 1 热的作用 羊毛属于耐热性较差的纤维，加工时，干热不超过70℃，分解温度为135℃，属于可燃纤维，易燃烧，但速度慢。燃烧时有特殊气味。 2 水和蒸汽的作用 羊毛具有较强的吸湿性，吸湿后纤维膨胀，由于分子间力下降，强力下降 在剧烈条件下，水也会与羊毛纤维起化学反应，使蛋白质分子中的肽键水解。 3 酸的作用 羊毛对酸比对碱稳定，因而可以在酸性条件下染整加工，但在浓度提高，处理时间延长，温度升高时，肽键也会有不同程度的水解。无机酸比有机酸对纤维的损伤大。 4 碱的作用 羊毛对碱敏感，碱可以催化肽键水解，使得纤维受到损伤。 5 还原剂的作用 还原剂主要与羊毛的二硫键起反应，其次也能破坏盐式键。 6 氧化剂的作用 氧化剂作要是用于漂白，但对含氯的氧化剂比较敏感，NaClO可破坏羊毛的鳞片层，起到防缩绒的效果。所以可以用它做防毡缩处理。 过氧化剂对羊毛的作用比较缓和，故常用于漂白。 7 光氧化作用 可以减少羊毛尖端的鳞片，改变羊毛的组成和结构。 六 其他纺织用动物毛 1．山羊绒： 由鳞片层和皮质层组成，没有髓质层，紧贴山羊表皮生长浓密柔软的绒毛，具有细腻、轻盈、滑糯、保暖性好的优点，是非常高贵的纺织原料。国际上习惯称之为Cashmere(开司米)。 2．马海毛： 又称安哥拉山羊毛。纤维粗长、卷曲少、弹性足、强度大，加入织物中可增加身骨。纤维鳞片少，光泽强，可形成闪光效应。 3．兔毛： 兔毛轻、软、保暖性好，但鳞片少，卷曲少，强度低，抱合力差，易掉毛。 4．骆驼毛（绒） 5．牦牛毛（绒） §4.3 蚕丝 蚕丝具有柔软、纤细、洁白、轻盈、柔和、吸湿性好、弹性适中等特点，是高级纺织原料。 家蚕丝：桑蚕丝 野蚕丝：柞蚕丝，蓖麻蚕丝 蚕丝是由两根丝素和包覆在外边的丝胶组成，称为茧丝。缫丝得到的丝束为生丝， 生丝经精练脱胶后称为熟丝。 一 蚕丝的形态结构 1 桑蚕丝的形态结构 蚕丝主要是由丝素(丝朊)和丝胶两种蛋白质组成。一根蚕丝由两根平行的单丝（丝素）外包丝胶而成。 截面：不规则三角形 纵面：平直光滑 2 柞蚕丝的形态结构 截面：三角形更趋狭长而扁平，角锐，纵向有卷曲和条纹。 二 丝素的化学组成与分子结构 1 元素组成 蚕丝主要是由丝素(丝朊)和丝胶两种蛋白质组成，所以主要组成元素为碳、氢、氧、氮。 丝素蛋白质呈纤维状，不溶于水，丝胶蛋白质呈球状，能溶于水。 2 氨基酸组成 3 超分子结构 丝素的分子链又称多肽链，含有许多的—CONH—键结构，肽链在结晶区几乎完全伸直。由于大分子主链—CONH—基反复主现，因而相邻大分子链间氢键数很多，氢键间距短，故分子间引力比一般天然纤维大。 三 丝素的主要物理机械性能 1 长度 可达数百米甚至上千米 2 线密度与密度 桑蚕丝的线密度为2.8～3.9dtex，柞蚕丝较粗，线密度为5.6 dtex 一般生丝密度为1.3～1.37g/cm3 3吸湿性 丝的吸湿性比较高，在标准状态（20℃，相对湿度65％）下，丝素的吸湿率在9％以上，丝胶比丝素吸湿率更高。 4 断裂强度和断裂伸长率 蚕丝的强度大于羊毛而接近棉，桑蚕丝为2.5~3.5cN/dtex，湿强比干强下降10%~35%；柞蚕丝的强度为3~3.5cN/dtex，湿强比干强略高4%~10%。蚕丝的伸长率小于羊毛而大于棉，桑蚕丝的断裂伸长率为15%~25%；柞蚕丝的断裂伸长率为23%~27%。蚕丝的弹性恢复能力也小于羊毛而优于棉。 四 丝素的化学性质 1 耐热性 蚕丝耐干热性较强，能长时间耐受100℃的高温。温度升至130℃。蚕丝会泛黄、发硬。其分解点在170℃左右。蚕丝也是热的不良导体，导热率比棉还小。保暖性好。 2 膨化与溶解 丝素吸水后发生膨化，表现出各向异性，丝素在水中只能溶胀，不能溶解，水只能进入无定形区。 在某些特殊的盐类溶液中，浓度低时，发生有限溶胀，浓度高时 发生无限溶胀而溶解，利用盐对丝素溶解的作用，可以用某些特殊的盐类作为鉴别交织物中丝成分的溶剂。 3 耐酸性 丝素的抗酸性比棉强，比羊毛差。 丝素的耐酸程度取决于酸的种类、浓度、温度、处理时间、和电解质的种类和浓度。 有机酸的稀溶液常温对丝素没有影响。因而用有机酸处理可以增进光泽、手感、并赋予“丝鸣”特性。还可提高色泽鲜艳度。 但在高温条件下处理，纤维会受损。 丝鸣：干燥的蚕丝相互摩擦或搓揉时发出特有的清晰微弱的声响，称为丝鸣。丝鸣成为蚕丝独具的风格特征。 酸缩：蚕丝织物在浓度适当的无机酸、室温条件下短时间（1～2分钟）处理，然后立即水洗除酸，长度将发生30～50％的收缩，称为酸缩。 4 耐碱性 丝素耐碱能力差，但比羊毛耐碱性好，丝在碱液中能发生水解。如果条件控制适当，弱碱性介质对丝素无明显损伤，因此可作生丝的脱胶剂。 5 耐氧化剂和还原剂 氧化剂容易使丝素分子中的肽键断裂，严重者使丝素完全分解。含氯氧化剂与丝素作用时，还伴随氯化反应，生成氯氨类带色物质，达不到漂白的目的，生产中常用过氧化氢作为漂白剂。 一般还原剂对丝素作用较弱，正常情况下对纤维没有什么明显损伤。 6 耐光性 丝纤维是纺织纤维中耐光性最差的一种，日光的作用包括阳光、大气和水对纤维的综合作用。丝素受到日光照射时极易被氧化，使纤维无定形部分松开，伸长率降低。丝织物在光照下还极易发生泛黄。 五 丝胶的结构和性能 1 丝胶的组成与结构 生丝中丝胶的含量随品种的不同而不同。丝胶中的元素组成与丝素略有不同。丝胶的氨基酸组成与丝素相仿，丝胶表面分布着容易与水结合的基团，故在水中容易溶解。 2 丝胶的性能 丝胶结构支化程度比丝素高，支链的极性基团含量比较高，分子链的排列不够规整，分子间作用力较小，故吸湿性比丝素高。 丝胶在水中溶解之前先行膨化，随温度的提高，膨化程度加深，溶解度增大。所以蚕丝织物在工业脱胶时，常借助于化学助剂的作用，在低于100℃温度下进行。 §4.4 再生蛋白质纤维简介 再生蛋白质纤维是从天然动物或植物中提炼出的蛋白质溶液经纺丝而成的纤维。 大豆蛋白纤维是一种再生植物蛋白纤维，是采用化学、生物化学的方法从榨掉油脂的 大豆豆渣中提取球状蛋白，通过添加功能型助剂，改变蛋白质空间结构，经湿法纺丝而成。 目前的蛋白合成丝，大多由改性大豆蛋白质和聚乙烯醇组成，两者含量分别为23～55%和77～45％，经两者混合制成一定浓度的溶液，混合后进行纺丝。 大豆蛋白纤维具有单丝细度细，密度小、光泽好、吸湿导湿性好等特点。具有羊绒般的柔软手感，蚕丝般的优雅光泽，棉纤维的吸湿和导湿性，羊毛的保暖性等优良服用性能。 日本东洋纺公司开发以牛奶为原料的再生蛋白质纤维——Chinon，是目前世界上唯一用酪蛋白制造的工业化纤维。