第四章蛋白质纤维 §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 蛋白质纤维飞再生蛋白质纤维大豆纤维,牛奶纤维 蛋白质的组成及结构 属于髙分子化合物,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a一氨基酸, 结构通式 H2N-CH2-CO0H 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 O-NH一)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,是由基团一NH(H(o-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。 H3N PCOOH H3N PCO0+H2NPCOO ([< H2NPCOOH 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:42~48蚕丝等电点:35~52 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
1 第四章 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。 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。 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):逆鱗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一氨基酸缩合而成。 组成元素:碳、氢、氧、氮,还有硫 分子结构:a一氨基酸缩合而成的链状大分子 构型:α一螺旋结构 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一微原纤一→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7um,最粗可达240um 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55~9cm,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
2 §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 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 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
3 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, NacIo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,是非常髙贵的纺织原料。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 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 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,含有许多的一CONH一键结构,肽链在结晶区几乎 完全伸直。由于大分子主链一CONH一基反复主现,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5.6dtex一般生丝 密度为1.3~1.37g/cm3
5 §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