纖維化學(xué)與物理-第三章蛋白質(zhì)纖維-羊毛

3.2羊毛纖維

P208-225

一、羊毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、羊毛的表觀性狀三、羊毛的近程結(jié)構(gòu)（化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)）

四、羊毛的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）

五、羊毛的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)六、羊毛纖維的性能第三章蛋白質(zhì)纖維1使用羊毛的歷史：新石器時(shí)代，公元前3000～4000年羊毛的特性：光澤柔和，手感豐滿而富有彈性，懸垂性良好，吸濕透氣，穿著舒適保暖，不易沾污，抗皺性較好，耐磨性優(yōu)良羊毛的用途：精紡或粗紡的高級(jí)面料；家紡及裝飾用品；工業(yè)用呢等最高檔的紡織纖維之一2天然動(dòng)物毛包括：羊毛（綿羊毛：主產(chǎn)地澳大利亞、俄羅斯、新西蘭、中國(guó)、阿根廷）山羊絨（開(kāi)司米

Cashmere）馬海毛（安哥拉山羊毛，原產(chǎn)于土耳其的安哥所拉省，現(xiàn)有南非、土耳其、美國(guó)三大產(chǎn)地，是長(zhǎng)羊毛）兔毛駱駝毛（絨）牦牛毛（絨）等3羊毛通常是指綿羊毛，產(chǎn)量占紡織纖維的5%左右。原毛：從羊身上剪下的毛原毛組成：羊毛纖維占40％～70％雜質(zhì)：羊脂、羊汗、泥沙、污物及草籽、草屑等。凈毛率：羊毛纖維在原毛中的含量百分率，隨羊毛品種和羊的生長(zhǎng)環(huán)境等不同有很大變化原毛不能直接用來(lái)紡織，必須經(jīng)過(guò)初步加工（選毛、開(kāi)毛、洗毛、炭化等），才能獲得較為純凈的羊毛纖維。4羊毛的初加工：選毛：按原毛品質(zhì)加以區(qū)別分類(lèi)，如把羊肩、背、腿、尾、頭等處毛分開(kāi)開(kāi)毛：利用開(kāi)毛機(jī)使其松散，并除去部分泥沙、塵土洗毛：除去羊毛脂和羊毛汗為主，同時(shí)也去除泥沙、粘土等炭化：用H2SO4除去植物性雜質(zhì)稀H2SO4浸漬→低溫烘干→高溫焙烘（酸液濃縮，使纖維素脫水甚至炭化變焦脆）→通過(guò)機(jī)械作用粉碎除去5Sheep：——Merino——LeicesterGoat：——Chinesecashmere6一、羊毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)橫截面：橢圓形（長(zhǎng)短軸之比為1.1～1.3），越細(xì)越接近圓形；縱向：鱗片，卷曲近似于橢圓柱狀的形狀，不同品種的羊毛直徑、長(zhǎng)度、卷曲以及起鱗程度等差異很大。形態(tài)結(jié)構(gòu)模型如P209圖5－8所示。7三部分：包覆在纖維外部的鱗片層組成羊毛實(shí)體的皮質(zhì)層處于纖維中心的髓質(zhì)層細(xì)羊毛無(wú)髓質(zhì)層各部分成分見(jiàn)P209表5－381.鱗片層（cuticle）由角質(zhì)化的扁平狀細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞間質(zhì)粘連而成，是羊毛纖維的外殼。鱗片形狀：如魚(yú)鱗或瓦片一樣，重疊覆蓋排列方式：定向，自由端均指向毛尖方向并包覆在羊毛纖維的表面鱗片大?。焊鞣N羊毛的鱗片基本相近，平均寬度約28微米、長(zhǎng)度約36微米、厚度約0.5～1微米。鱗片覆蓋密度：差異較大：一般細(xì)羊毛鱗片的可見(jiàn)高度（鱗片暴露程度）低于粗羊毛，其鱗片層的總厚度則較粗羊毛的大。9鱗片排列的密度和鱗片伸出羊毛表面的程度，對(duì)羊毛光澤和表面性質(zhì)影響較大。細(xì)羊毛鱗片排列緊密，呈環(huán)狀覆蓋，伸出端較突出，呈漫反射，光澤柔和；粗羊毛鱗片排列較疏，呈瓦片狀或龜裂狀覆蓋，摩擦系數(shù)大，并有優(yōu)良的縮絨性，同時(shí)鱗片面積較大而且光滑，光澤比細(xì)羊毛明亮。10鱗片層約占羊毛總量的10％，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜（如P210圖5－9所示），分為：鱗片表層鱗片外層鱗片內(nèi)層11（1）鱗片表層又稱表皮細(xì)胞薄膜層，含量少，重量約占羊毛的0.1％，厚度約3nm，卻是羊毛結(jié)構(gòu)研究的重點(diǎn)之一。由動(dòng)物細(xì)胞表面的原生質(zhì)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)化而成，具有良好的化學(xué)惰性，耐堿、氧化劑、還原劑和蛋白酶等。根本原因在于其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)：表面呈整齊的單層類(lèi)脂結(jié)構(gòu)，且非極性基團(tuán)外露，厚度約為0.9nm。主要成分為18－甲基二十酸和二十酸，與羊毛鱗片表層的蛋白之間以酯鍵和硫酯鍵結(jié)合。類(lèi)脂層之下為蛋白層，該蛋白層在肽鏈間除有二硫鍵交聯(lián)外，還存在酰胺鍵交聯(lián)（據(jù)估計(jì)，鱗片表層中50％的賴氨酸和谷氨酸殘基形成了酰胺鍵交聯(lián)），因此耐化學(xué)性能較強(qiáng)。12（2）鱗片外層：位于鱗片表層之下，是一層較厚的蛋白質(zhì)，在整個(gè)羊毛鱗片中厚度分布并不均勻。主要由角質(zhì)化蛋白質(zhì)構(gòu)成，細(xì)羊毛中其重量約總重量的6.4％，結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬難以被膨化，是羊毛鱗片的主要組成部分?？梢约?xì)分為鱗片外A層和鱗片外B層：A層位于羊毛的外側(cè)，具有很高的含硫量，胱氨酸殘基的含量約占35％（摩爾分?jǐn)?shù)），即每三個(gè)氨基酸殘基中就有一個(gè)胱氨酸殘基，因此難以膨化，是羊毛結(jié)構(gòu)中含硫量最高的部位。B層位于內(nèi)側(cè)，含硫量稍低，但仍比其他部位的高。鱗片外層內(nèi)的蛋白質(zhì)分子肽鏈主要是以無(wú)定形形式存在，因?yàn)殡装彼岷窟^(guò)多，難以有效形成有序排列。胱氨酸以大量-S-S-形式存在，致使A層微結(jié)構(gòu)十分致密、堅(jiān)硬，有保護(hù)毛干的作用，能經(jīng)得起生長(zhǎng)過(guò)程中的風(fēng)吹日曬，經(jīng)得起一般氧化劑、還原劑以及酸堿的作用，性質(zhì)遠(yuǎn)比皮質(zhì)層穩(wěn)定，因此在羊毛的漂、染等過(guò)程中成為了阻擋各種試劑擴(kuò)散的“障壁”。13（3）鱗片內(nèi)層位于鱗片層的最內(nèi)層，由含硫量很低的非角質(zhì)化蛋白質(zhì)構(gòu)成，其厚度在整個(gè)鱗片中的分布也不均勻，細(xì)羊毛中其重量約占3.6％。鱗片內(nèi)層中只含約3％（摩爾分?jǐn)?shù)）的胱氨酸殘基，且極性氨基酸的含量相當(dāng)豐富，所以其化學(xué)性質(zhì)活潑，易于被化學(xué)試劑、水等膨潤(rùn)，可被蛋白酶消化。14鱗片層的作用：①鱗片是角質(zhì)化了的細(xì)胞，可以保護(hù)羊毛內(nèi)層組織，抵抗外界機(jī)械、化學(xué)作用等的侵蝕。②鱗片的排列具有方向性，前緣向著纖維頂端，形成一個(gè)突出物，因此羊毛纖維之間從不同方向摩擦?xí)r，會(huì)產(chǎn)生定（異）向摩擦效應(yīng)DFE，結(jié)合機(jī)械、水、熱、化學(xué)等的作用，會(huì)產(chǎn)生縮絨作用，過(guò)于激烈，則導(dǎo)致羊毛氈化。③影響纖維的光澤：細(xì)羊毛鱗片多屬環(huán)狀，呈漫反射，光澤柔和暗淡；粗羊毛鱗片面積較大且光滑，光澤明亮。DFE：逆鱗片層方向的摩擦系數(shù)與順鱗片層方向的摩擦系數(shù)之差。可以進(jìn)行縮絨加工和防縮加工。

采用化學(xué)方法破壞其鱗片結(jié)構(gòu)（減法）或?qū)ζ溥M(jìn)行表面樹(shù)脂處理（加法），稱為防縮加工。152.皮質(zhì)層（cortex）由皮質(zhì)細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞間質(zhì)粘連而成，是羊毛纖維的重要組成部分，占羊毛總體積的75％～90％。由紡錘形細(xì)胞組成，其主要成分是由各種氨基酸組成的角質(zhì)蛋白（角朊），決定著羊毛的主要物理、機(jī)械和化學(xué)性能。皮質(zhì)細(xì)胞長(zhǎng)約80～130微米，粗約2～5微米。16Leicester

woolcorticalcells17Cashmeredown

corticalcells18GoatguardhaircorticalcellsManycellsareshortandfat.Somecellscarryaridgedpattern19角朊是α－氨基酸縮合而成的鏈狀大分子，大分子鏈間形成各種副鍵（包括肽鍵），使角朊大分子形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這些副鍵的鍵能不一樣，易被拆散和重建，所以羊毛的角朊分子實(shí)際上是屬于一種動(dòng)態(tài)平衡的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子。羊毛的多縮氨基酸以螺旋形式存在，屬α－螺旋構(gòu)象，稱為α－型角朊。平均每?jī)蓚€(gè)螺旋圈中含7個(gè)α－氨基酸單元，螺旋周期約為0.51nm。在張力和濕熱的條件下，纖維伸長(zhǎng)，大分子鏈伸直，可變成曲折的β－型角朊，如果去掉張力，又可以回復(fù)到α－型。20皮質(zhì)細(xì)胞一般分為兩種：O皮質(zhì)細(xì)胞（正皮質(zhì)細(xì)胞，ortho-corticalcell）：結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松P皮質(zhì)細(xì)胞（副皮質(zhì)細(xì)胞，para-corticalcell）：結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密個(gè)別纖維中有時(shí)還含有介于兩者之間的皮質(zhì)細(xì)胞，但較為少見(jiàn)。不同總類(lèi)的羊毛纖維，其O、P皮質(zhì)細(xì)胞所占的比例以及分布差異極大：美利奴羊毛具有雙側(cè)（邊）結(jié)構(gòu)（doublesidestructure）；馬海毛的O、P皮質(zhì)細(xì)胞呈軸向分布，O皮質(zhì)細(xì)胞處于中心。21O皮質(zhì)細(xì)胞:由直徑為100-300nm甚至2μm左右的大原纖組成，結(jié)構(gòu)較疏松；含硫量較P皮質(zhì)細(xì)胞的低，吸濕性較強(qiáng)，對(duì)堿性染料的親和力較強(qiáng)，易于染色，對(duì)酶和一些化學(xué)試劑的反應(yīng)活潑性也較高。P皮質(zhì)細(xì)胞：由直徑為20～50nm的微原纖直接組成，結(jié)構(gòu)較緊密；含硫量較高，對(duì)化學(xué)試劑的反應(yīng)性稍差，對(duì)酸性染料的親和力相對(duì)較強(qiáng)。皮質(zhì)細(xì)胞中的多肽分子呈特殊規(guī)整排列，賦予了羊毛纖維優(yōu)良的機(jī)械力學(xué)性能，而原纖之間的空隙則有利于染料溶液等進(jìn)入細(xì)胞之間。22在羊毛的同一橫截面上，O皮質(zhì)細(xì)胞的含量高于P皮質(zhì)細(xì)胞。細(xì)羊毛：兩種皮質(zhì)細(xì)胞分別聚集在毛干的兩半邊，并且沿纖維軸向互相纏繞，O皮質(zhì)細(xì)胞始終位于羊毛卷曲波形的外側(cè)，而P皮質(zhì)細(xì)胞則位于卷曲波形的內(nèi)側(cè)。O、P皮質(zhì)細(xì)胞的雙側(cè)異構(gòu)分布結(jié)構(gòu)（雙側(cè)結(jié)構(gòu)）導(dǎo)致了羊毛纖維的天然卷曲。（P213圖5－10）粗長(zhǎng)的羊毛：O皮質(zhì)細(xì)胞較集中于毛干的中央，P皮質(zhì)細(xì)胞呈環(huán)形分布于周?chē)虼撕苌倬砬踔翛](méi)有卷曲。233.髓質(zhì)層（medulla）由結(jié)構(gòu)疏松、內(nèi)部充有空氣的薄膜細(xì)胞所組成，彼此聯(lián)系成網(wǎng)狀。髓質(zhì)層可以貫通整根羊毛纖維；有的具有不連續(xù)的髓質(zhì)層；細(xì)羊毛（如美利奴羊毛）中則幾乎沒(méi)有髓質(zhì)層。髓質(zhì)層愈多，愈硬，強(qiáng)度愈低，卷曲愈少，彈性愈低；髓質(zhì)層愈少，愈軟，強(qiáng)度愈高，卷曲愈多，彈性愈高；不同類(lèi)型羊毛的髓質(zhì)層形狀如P213圖5－11所示。VerylargemedullaThinwall24按毛纖維的組織結(jié)構(gòu)分類(lèi)：1、細(xì)絨毛（無(wú)髓毛）

彎曲多，細(xì)度均勻，d＜30um，制造精紡呢絨，羊毛衫。平均細(xì)度為14-16um的細(xì)絨毛稱為羊絨。2、兩型毛：粗細(xì)不太均勻，d＝30～52.5um，介于有髓毛和無(wú)髓毛之間，有斷斷續(xù)續(xù)的髓質(zhì)層，適合中檔呢絨。3、發(fā)毛，粗羊毛（有髓毛——連續(xù)髓質(zhì)層）

細(xì)剛毛：卷曲甚少，粗直，光澤強(qiáng)，d＝52.5～75um；制造長(zhǎng)毛絨織物的優(yōu)良原料。

粗剛毛：纖維粗直，無(wú)彎曲，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，d＞75um；手感粗硬，無(wú)卷曲，有耐壓縮彈性，適合制造地毯。髓質(zhì)層連續(xù)長(zhǎng)度達(dá)25mm以上、寬度超過(guò)羊毛纖維1/3以上的叫做腔毛。

4、死毛：

除鱗片層外，幾乎全是髓質(zhì)層。纖維粗短剛直，脆弱易斷，色澤枯白，不易染色，沒(méi)有紡織價(jià)值。254.細(xì)胞膜復(fù)合體（CMC-cellmembranecomplex

）指兩相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜原生質(zhì)和細(xì)胞間質(zhì)所組成的整體，在羊毛的毛囊中形成，由活性細(xì)胞的細(xì)胞膜和細(xì)胞間質(zhì)演化而來(lái)。含量很少（占羊毛重量的3％～5％），但由于CMC以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在于整個(gè)羊毛結(jié)構(gòu)中，是羊毛內(nèi)部唯一連續(xù)的組織，因而對(duì)羊毛的機(jī)械性能起著至關(guān)重要的作用。26CMC主要由三部分組成：一是柔軟的、易溶脹的細(xì)胞膠粘劑即細(xì)胞間充填物（δ層），該部分有輕微交聯(lián)的球狀蛋白；二是類(lèi)脂雙分子結(jié)構(gòu)（β層）；三是處于球狀蛋白和類(lèi)脂結(jié)構(gòu)之間的耐化學(xué)蛋白層，即惰性膜層。27（1）δ層：主要由非角質(zhì)化蛋白質(zhì)構(gòu)成。在構(gòu)成此類(lèi)蛋白質(zhì)的氨基酸殘基中，胱氨酸殘基含量極低，而甘氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等帶有疏水性側(cè)基的氨基酸殘基含量最高。δ層的性質(zhì)柔軟，易于膨化，是CMC中較為薄弱的部分，其厚度約15nm，但各處不一，細(xì)胞間的空隙均被其充填。28（2）β層：β層具有雙分子層脂膜的結(jié)構(gòu)特征，約占羊毛重量的1.5％，可以部分溶解于甲酸和有機(jī)溶劑中。（3）惰性膜層：角質(zhì)化蛋白質(zhì)，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。29CMC是羊毛除鱗片表層以外的內(nèi)部脂質(zhì)，脂質(zhì)分布范圍占整個(gè)毛干纖維的57％，是羊毛的主要結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，占羊毛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5％～7％，在鱗片和皮質(zhì)細(xì)胞之間的CMC厚約28nm。CMC脂質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合形成脂蛋白，能?chē)@羊毛纖維形成一個(gè)連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)鱗片細(xì)胞之間、鱗片與皮質(zhì)細(xì)胞之間產(chǎn)生粘合作用，是鱗片和皮質(zhì)細(xì)胞的重要粘合劑。CMC脂質(zhì)與人表皮角質(zhì)層脂質(zhì)類(lèi)同，主要組分為:脂?；拾贝?、膽固醇硫酸酯、膽固醇等。當(dāng)羊毛受到各種物理化學(xué)因素影響時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致羊毛中CMC含量的減少，結(jié)果導(dǎo)致鱗片細(xì)胞脫落，鱗片翹起。30二、羊毛的表觀性狀1、密度羊毛的密度（1.32g/cm3）低于棉纖維（1.54g/cm3）、麻纖維、粘膠纖維和滌綸（1.38g/cm3），又有一定的卷曲度，所以羊毛比棉和滌綸等更為蓬松、保暖。各種纖維的密度如P114圖3－1所示。312、細(xì)度羊毛的細(xì)度差異很大，最細(xì)羊毛的直徑為7～8微米，粗羊毛直徑可達(dá)200微米。同一根羊毛，不同位置的細(xì)度差異也可達(dá)5～6微米。羊毛纖維的截面一般為橢圓形，其長(zhǎng)短軸之比，細(xì)羊毛為1～1.2，半細(xì)羊毛為1.05～1.5，粗羊毛大于1.5。羊毛愈細(xì)，紡成紗后截面不勻率愈小，條干愈均勻，當(dāng)然，過(guò)細(xì)的羊毛紡紗時(shí)也容易產(chǎn)生疵點(diǎn)。羊毛纖維的細(xì)度與手感、光澤、織物風(fēng)格以及起球、耐磨性、強(qiáng)度等力學(xué)性能都有密切的關(guān)系。323．長(zhǎng)度羊毛存在自然卷曲，長(zhǎng)度可分為自然卷曲長(zhǎng)度（又稱為毛叢長(zhǎng)度）和伸直后長(zhǎng)度。自然卷曲長(zhǎng)度是毛叢兩端間的直線距離，一般不特別注明的羊毛纖維長(zhǎng)度就是指自然卷曲長(zhǎng)度。中國(guó)細(xì)羊毛的長(zhǎng)度為55～90mm，半細(xì)羊毛長(zhǎng)度為70～150mm，粗羊毛長(zhǎng)度為60～400mm。334．卷曲度沿羊毛纖維長(zhǎng)度方向，存在周期性的自然彎曲，一般以每厘米長(zhǎng)羊毛的卷曲個(gè)數(shù)來(lái)表征羊毛卷曲的程度，稱為卷曲度。羊毛纖維的各種卷曲形態(tài)如P215圖5－12所示，可以分為7種類(lèi)型。羊毛的卷曲形態(tài)對(duì)毛紡織加工和成品的品質(zhì)有較大影響，卷曲度和卷曲的形狀與毛紗的柔軟及彈性等有關(guān)。某些具有三維空間卷曲形態(tài)的羊毛，如螺旋形彎曲的羊毛，縮絨性不好，成品手感松散，質(zhì)量較差。34三、羊毛的近程結(jié)構(gòu)（化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)）

1、含硫量特點(diǎn)

P215（1）羊毛細(xì)度不同，含硫量不同，隨直徑增大而減少；（2）同一只羊的羊毛含硫量：體側(cè)>頸背；（3）同一根羊毛：根>中>尖，鱗片>皮質(zhì)>髓質(zhì)（4）在皮質(zhì)層中：P皮質(zhì)細(xì)胞（副，穩(wěn)定）>O皮質(zhì)細(xì)胞（正，活潑）（5）同一皮質(zhì)細(xì)胞：基質(zhì)>原纖352、化學(xué)組成（氨基酸）特點(diǎn)

結(jié)合P196表5-1分析（1）側(cè)基簡(jiǎn)單的α—氨基酸含量比絲素低得多（如乙、丙氨酸）；側(cè)基大的氨基酸含量比絲素高得多（如亮、異亮、精氨酸等）；（2）側(cè)基含極性基的α—氨基酸含量比絲素高得多（二羧基和二氨基氨基酸含量都較高）

羊毛絲素堿性基（氨基、咪唑基）13.981.67酸性基（羧基）21.063.47羥基21.4528.01極性側(cè)基合計(jì)56.4933.15（3）胱氨酸含量高達(dá)12.02%

在羊毛的肽鏈之間和同一肽鏈之中，除氫鍵外，還存在較多數(shù)量的鹽式鍵和二硫鍵，使肽鏈形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，影響著其大分子排列方式和取向程度。36四、羊毛的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）羊毛蛋白分子鏈的構(gòu)象比較復(fù)雜；存在α—螺旋構(gòu)象：多肽鏈如同沿著圓柱體的表面呈螺旋形卷繞，每卷繞一圈，間隔3.6個(gè)氨基酸?；?，每個(gè)氨基酸在軸向的垂直距離為0.15nm（1.5A）；約50%的低硫蛋白質(zhì)多肽鏈呈α—螺旋構(gòu)象（主要構(gòu)成原纖）；高硫蛋白質(zhì)多肽鏈一般呈無(wú)規(guī)卷曲（主要構(gòu)成基質(zhì)）。37隨拉伸程度增加，α—螺旋構(gòu)象逐漸轉(zhuǎn)化為β—構(gòu)象有水存在時(shí)拉伸：當(dāng)伸長(zhǎng)率達(dá)到20%，螺旋構(gòu)象開(kāi)始轉(zhuǎn)變；當(dāng)伸長(zhǎng)率達(dá)到35%，轉(zhuǎn)變明顯；當(dāng)伸長(zhǎng)率達(dá)到70%，完全轉(zhuǎn)變成β—構(gòu)象（即肽鏈的伸直狀態(tài)構(gòu)象）；放松后可以重新恢復(fù)到α—螺旋構(gòu)象，但是在拉伸狀態(tài)下，合理控制（外力，T，t，以及水和化學(xué)藥劑）的作用，可以讓肽鏈在新的位置產(chǎn)生新的穩(wěn)定交鍵，則可阻止恢復(fù)，起到相對(duì)永久的定形效果。38拉細(xì)羊毛——大分子水平的改性原理：預(yù)處理（物理、化學(xué)處理，破壞分子間副鍵）賦予毛條適當(dāng)捻度后用特定設(shè)備拉伸（確保整根纖維均勻拉伸）定形（使拉伸后半螺旋構(gòu)象穩(wěn)固）結(jié)果：纖維長(zhǎng)度增加50%，細(xì)度減小20%

例如：原20μm16μm可紡60公支可紡90公支若把α—螺旋構(gòu)象完全轉(zhuǎn)化為β—構(gòu)象，幾乎可伸長(zhǎng)100%，但產(chǎn)品手感差。39五、羊毛的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

P216皮質(zhì)層：3-7條α—螺旋結(jié)構(gòu)的多肽鏈相互捻合

基本原纖（11根）

10-50nm的微原纖（許多）+基質(zhì)

100-300nm大原纖+基質(zhì)

皮質(zhì)細(xì)胞；結(jié)晶度13%（X-衍射法），取向度

n=0.0140六、羊毛纖維的性能

P216-225

1.吸濕性和水的作用2.羊毛的舒適性3.拉伸與回復(fù)性能（機(jī)械性能）4．可塑性5．縮絨性6.比電阻7.熱的影響8．日光的影響9．堿的作用10.酸的作用11．氧化劑的作用12．還原劑的作用411.吸濕性和水的作用羊毛的吸濕性較強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)回潮率為14-16％（公定回潮率為15％），相對(duì)濕度為60％-80％時(shí)的回潮率可高達(dá)18％，高于其他紡織纖維。在非常潮濕的空氣中，羊毛吸收水分高達(dá)40％，而手感并不覺(jué)得潮濕。原因：含有大量親水性的羥基(-OH)、氨基(-XH2)、羧基(-COOH)和酰胺基(-CONH)等；羊毛結(jié)晶度較低，且是一種多孔性纖維材料，具有毛細(xì)管作用，水分易被吸入纖維孔隙中。42羊毛纖維一般不溶于水，單純的吸濕溶脹并不引起纖維分子結(jié)構(gòu)的變化，但是在較劇烈條件下，水也會(huì)與羊毛纖維起化學(xué)反應(yīng)：（1）主要使蛋白質(zhì)分子肽鍵（酰胺鍵）水解，從而導(dǎo)致機(jī)械性能的變化。在80℃以下的水中，羊毛纖維受到的影響較小，短時(shí)間汽蒸也無(wú)嚴(yán)重?fù)p害；隨著處理溫度的提高和時(shí)間的延長(zhǎng)，羊毛損傷加重，如將羊毛置于90-110℃蒸汽中處理3h、6h、60h，其重量損失分別為18%，23%、74%；水溫為200℃時(shí)，羊毛幾乎完全溶解。

43（2）在沸水中經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間處理，羊毛蛋白中的二硫鍵也將遭到破壞，反應(yīng)如下：生成的-CH2-SOH基（硫醇基、亞磺酰）不穩(wěn)定

，釋放出H2S而本身變?yōu)槿┗簬€基44硫醇基也可以與鄰近的氨基反應(yīng)反應(yīng)，生成新的共價(jià)交聯(lián)鍵，以賴氨酸的氨基為例，反應(yīng)如下：所以，羊毛在沸水中處理時(shí)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，羊毛中硫含量及胱氨酸含量會(huì)逐漸降低(P218表5-4)。硫含量及胱氨酸含量下降程度不一致，胱氨酸下降幅度超過(guò)硫含量下降幅度。452.羊毛的舒適性

P218463.拉伸與回復(fù)性能（機(jī)械性能）

P218-219羊毛的屈服應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度、初楊氏模量都明顯低于蠶絲；斷裂延伸度較高。濕度增大，羊毛的初始楊氏模量、屈服點(diǎn)、斷裂強(qiáng)度都發(fā)生下降，而斷裂延伸度增加。溫度提高，羊毛屈服應(yīng)力和斷裂強(qiáng)度明顯下降，斷裂延伸度稍有增加。羊毛的彈性優(yōu)良。47羊毛優(yōu)良的拉伸和回復(fù)性能主要取決于其結(jié)構(gòu)：羊毛的多肽鏈?zhǔn)蔷砬?，并具有α螺旋?gòu)象，當(dāng)受到外力拉伸時(shí)α-螺旋構(gòu)象可以轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘钡摩?型構(gòu)象；多肽鏈之間還存在共價(jià)的二硫鍵，這種共價(jià)交鍵能阻止分子鏈的相對(duì)滑移，所以羊毛即具有較大的延伸性能，又具有良好的回復(fù)性能。48桑蠶絲羊毛棉柞蠶絲初模

g/d50-10011-2568-93斷強(qiáng)g/d干態(tài)3.0-4.01.0-1.73.0-4.93.5-4.0濕態(tài)2.1-2.80.76-1.633.3-6.43.8-4.6濕干強(qiáng)相對(duì)比%70-8076-96102-110110斷伸%干態(tài)15-2525-603-725-30濕態(tài)27-3330-809-1050-60斷功中等（略大于羊毛）中等彈性干態(tài)伸長(zhǎng)2%，形變回復(fù)度92%.中等-良好伸長(zhǎng)2%，形變回復(fù)度99%優(yōu)良錦綸66長(zhǎng)絲：伸長(zhǎng)3%，形變回復(fù)度98-100%.優(yōu)秀濕態(tài)很差優(yōu)良綜合較硬而韌，彈性良好軟而韌，彈性優(yōu)良，耐磨耐用、挺括不易起皺494．可塑性P219-220

指羊毛在濕熱條件下，可使其內(nèi)應(yīng)力迅速衰減，并按外力作用改變形態(tài)，再經(jīng)冷卻或烘干使形態(tài)保持下來(lái)的性能。羊毛的可塑性與其多肽鏈構(gòu)象的變化、肽鏈間副鍵的拆散和重建密切相關(guān)。羊毛定形中三個(gè)重要的現(xiàn)象：過(guò)縮；暫定；永定50過(guò)縮（hyper-shrink）：羊毛在熱水或蒸汽中拉伸很短時(shí)間，長(zhǎng)度增加很不穩(wěn)定，當(dāng)除去外力并在蒸汽中任其收縮，纖維長(zhǎng)度收縮到比原來(lái)還短，甚至只有原長(zhǎng)的2/3。原因：由于溫度提高，分子熱運(yùn)動(dòng)增加，在外力拉伸作用下，肽鏈的構(gòu)象將發(fā)生變化，分子間氫鍵、鹽式鍵、二硫鍵等被破壞，因此纖維沿受力方向長(zhǎng)度增加。但由于受力時(shí)間很短，被破壞的副鍵尚未在新的位置上建立起新的副鍵，多肽鏈可以自由收縮，所以遇到更高條件產(chǎn)生過(guò)縮。51暫定(temporarysetting)：羊毛在熱水或蒸汽中拉伸較短時(shí)間，長(zhǎng)度增加，但不太穩(wěn)定，當(dāng)除去外力在更高溫度條件處理，纖維仍可收縮回原來(lái)長(zhǎng)度。原因：由于受力時(shí)間較短，被破壞的副鍵尚未在新的位置上全部建立起新的副鍵（或重建不牢固），所以只能暫時(shí)保持形態(tài)穩(wěn)定，遇到更高條件要回復(fù)。52永定(permanentsetting)：羊毛在熱水或蒸汽中拉伸較長(zhǎng)時(shí)間（1-2h），長(zhǎng)度增加穩(wěn)定，當(dāng)除去外力在更高溫度條件下松弛處理，纖維長(zhǎng)度不回復(fù)或稍有回復(fù)。原因：由于受力時(shí)間較長(zhǎng)，被破壞的副鍵有時(shí)間在新的位置上全部建立起新的穩(wěn)固的副鍵，使多肽鏈構(gòu)象穩(wěn)定下來(lái)，從而能阻止羊毛纖維從形變中回復(fù)原狀。53毛織物的染整加工環(huán)節(jié)如：煮呢、蒸呢、定幅烘燥都具有定形作用，究竟是暫定還是永定，取決于處理?xiàng)l件。毛料服裝的熨燙也是利用了羊毛纖維的可塑性。545．縮絨性縮絨性：羊毛在濕熱及化學(xué)試劑作用下，經(jīng)機(jī)械外力反復(fù)擠壓，纖維集合體逐漸收縮緊密，并相互穿插、糾纏、交編氈化。天然纖維中只有羊毛具有縮絨性，原因：內(nèi)因：（1）表面鱗片層

DMF；（2）高度的拉伸回復(fù)性能，有利于伸展和回縮；（3）天然的穩(wěn)定卷曲。外因：濕、熱、化學(xué)藥劑、機(jī)械外力55縮絨性的利弊：利：賦予毛織物獨(dú)特的風(fēng)格（豐滿、厚實(shí)），如毛毯、呢料的加工；散纖維縮絨后可獲得一定強(qiáng)度和形狀的毛氈片，例如氈帽、氈靴的制造。弊：使毛織物的尺寸穩(wěn)定性變差（如洗滌后及服用中易收縮和變形）；影響穿著的舒適性與美觀（如汗?jié)n和摩擦較多處易氈合、起毛起球）防縮加工:采用化學(xué)方法破壞其鱗片結(jié)構(gòu)（氧化法）或?qū)ρ蛎M(jìn)行表面樹(shù)脂處理。566、比電阻P2217、熱的影響P2218．日光的影響P221579．堿的作用總體上：蛋白質(zhì)纖維耐酸性優(yōu)于耐堿性；原因：蛋白質(zhì)纖維酸性基團(tuán)多于堿性基團(tuán)，PI都<7；酸水解大約在pH=1.2([H+]=10-1.2)開(kāi)始；堿水解大約在pH=10([OH-]=10-4）開(kāi)始羊毛耐酸性比蠶絲好，耐堿性比蠶絲差。原因：羊毛含側(cè)基為氨基的氨基酸含量更豐富，飽和吸酸值：羊毛大于蠶絲，說(shuō)明羊毛能吸附更多酸而不受損傷堿對(duì)羊毛比對(duì)蠶絲有更大破壞作用，一是因?yàn)檠蛎Y(jié)構(gòu)較疏松，二是堿除了易拆散鹽式鍵、氫鍵外，還容易破壞肽鍵和二硫鍵58——堿的作用羊毛對(duì)堿比對(duì)酸要敏感得多，堿不僅能拆散肽鏈間的鹽式鍵、氫鍵，還可催化肽鍵以及二硫鍵的水解。影響因素：（1）堿的種類(lèi)：在其他條件相同時(shí)，苛性堿的作用最為強(qiáng)烈，而碳酸鈉、磷酸鈉、焦磷酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鋁以及肥皂等弱堿性物質(zhì)對(duì)羊毛的作用較為溫和。（2）濃度、作用溫度和時(shí)間也是重要的影響因素。（3）電解質(zhì)：大量中性鹽存在，導(dǎo)致[OH-]內(nèi)增加，水解程度增加，纖維損傷加重。

59羊毛在不同濃度氫氧化鈉溶液中于100℃處理lh以及在0.065N氫氧化鈉溶液中于65℃處理不同時(shí)間，被溶解的羊毛百分率如圖5-16、圖5-17所示。羊毛在氫氧化鈉溶液中，隨著堿濃度增加及作用時(shí)間的延長(zhǎng)，其溶解率變大。受到損傷的羊毛，在堿液中的溶解百分率比正常的羊毛要大，因而可用羊毛在堿中的溶解百分率（堿溶率）來(lái)測(cè)定羊毛受損傷的程度。方法：以0.1N的氫氧化鈉溶液，在65℃處理1h，未受損傷的羊毛溶解率約為10％-12％。也可以用該方法測(cè)定羊毛蛋白中交聯(lián)鍵的數(shù)量。但當(dāng)二硫鍵被更為穩(wěn)定的交聯(lián)鍵代替時(shí)，堿溶解的百分率會(huì)因之而降低。雙活性基染料染色后？60羊毛中二硫鍵的堿性水解以及產(chǎn)生新的交鍵等反應(yīng)，表示如下：堿的作用導(dǎo)致含硫量降低，降低最大值達(dá)50%后基本不變。61新交聯(lián)鍵的形成，有助于羊毛纖維形態(tài)的穩(wěn)定。這也可以說(shuō)明堿處理后羊毛，含硫量降低到一定程度后，即使再延長(zhǎng)作用時(shí)間，纖維形態(tài)也基本上保持不變的原因。同時(shí)，由于二硫鍵斷裂和新交聯(lián)鍵形成，堿處理羊毛時(shí)雖然胱氨酸的含量大為減少，但纖維的干強(qiáng)卻沒(méi)有明顯減弱，只有當(dāng)羊毛蛋白發(fā)生相當(dāng)部分水解后干強(qiáng)才相應(yīng)地降低（如圖為碳酸鈉處理羊毛纖維時(shí)胱氨酸含量降低率與纖維干強(qiáng)力變化的關(guān)系）。62試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)羊毛紗經(jīng)堿處理后其強(qiáng)力的變化很奇特。將羊毛紗在濃度逐漸增加的氫氧化鈉溶液中短時(shí)間處理，氫氧化鈉的濃度在15％以下，紗的強(qiáng)力隨濃度提高逐漸降低，但以后強(qiáng)力卻隨溶液濃度的提高而增加，直到38％時(shí)，羊毛紗的強(qiáng)力最大(可比原樣提高30％)。原因：可能是由于隨堿液濃度提高，粘度增加，濃堿滲入纖維非常緩慢，較短時(shí)間處理，堿的作用只在紗的表面進(jìn)行，纖維被水解而變?yōu)槟z態(tài)，再經(jīng)過(guò)以后的擠壓和干燥反而使纖維更加緊密地粘結(jié)在一起，故導(dǎo)致紗的強(qiáng)力反而增加。6310．酸的作用（羊毛耐酸性優(yōu)于蠶絲）羊毛對(duì)酸比對(duì)堿要穩(wěn)定些，是耐酸性較好的纖維之一，因而（1）可用酸性染料在pH值為2~4的染浴中沸染；（2）可以用硫酸對(duì)原毛進(jìn)行炭化處理，以去除草籽、革屑等植物性雜質(zhì)。影響因素：酸的種類(lèi)（關(guān)鍵），也隨著酸的濃度、作用溫度、作用時(shí)間以及電解質(zhì)總濃度的增加，損傷增加。64酸對(duì)羊毛作用的結(jié)果：（1）酸可以抑制羧基電離并與游離的氨基結(jié)合，從而導(dǎo)致肽鏈間鹽式鍵的拆散，纖維強(qiáng)度降低：（2）肽鍵的水解，使纖維的強(qiáng)度降低。（3）二硫鍵一般不易酸水解（見(jiàn)P223表5－5）。（但pH過(guò)低，溫度提高，時(shí)間延長(zhǎng)也將導(dǎo)致-S-S-水解）65胱氨酸含量基本不變（甚至由于其它氨基酸的溶落而略增加）；結(jié)合酸的能力提高，因?yàn)殡逆I水解，-NH2數(shù)量

增加6611．氧化劑的作用羊毛對(duì)氧化劑是比較敏感的。氧化劑對(duì)羊毛的破壞作用主要是：（1）使肽鏈間的交聯(lián)受到破壞；（2）可能使蛋白質(zhì)大分子中的肽鍵水解（3）氧化劑的作用主要集中在含硫氨基酸殘基部分，但其他部位如二硫鍵、咪唑基等也可與氧化劑反應(yīng)。67氧化劑對(duì)羊毛的破壞程度取決于氧化劑的種類(lèi)、濃度、溶液的PH值、處理時(shí)間、溫度等因素：一般KMnO4氧化作用強(qiáng)，易使肽鍵斷裂，劇烈時(shí)分解成氨、脂肪酸、草酸等，目前少用；

含氯漂白劑對(duì)羊毛的作用強(qiáng)烈，不適合用于羊毛的漂白，但常用于防縮或絲光加工；過(guò)氧化氫(H2O2)對(duì)羊毛的影響較小，常用于羊毛的漂白，目前也用于防縮加工（前景好）。如果條件控制不當(dāng)，也會(huì)造成羊毛纖維的嚴(yán)重?fù)p傷，損傷程度與過(guò)氧化氫的濃度、處理溫度和時(shí)間，尤其是溶液的pH值有關(guān)（pH>7，可使肽鍵和二硫鍵氧化水解）；而銅、鎳等金屬離子的存在有催化作用，會(huì)加速對(duì)羊毛纖維的氧化作用。68二硫鍵的氧化斷裂有兩種形式：

A.先水解后氧化；B.先氧化后水解A.-SOH亞磺酰不穩(wěn)定：

B.69鹵素的作用：鹵素能降低羊毛縮絨性能，如采用氯化法進(jìn)行毛條或毛織物的防氈縮整理，在實(shí)際生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛；若再與樹(shù)脂整理相結(jié)合，則防氈縮性能可進(jìn)一步提高。經(jīng)氯化處理后的羊毛:大多數(shù)羊毛鱗片的邊緣變鈍、端部變得平滑，小部分鱗片被溶去。在有水存在下，氯與羊毛反應(yīng)時(shí)優(yōu)先與酪氨酸和胱氨酸的殘基作用（可能生成泛黃基團(tuán)），然后氧化所有的氨基酸殘基；氯在水中因溶液的PH值不同，可以C12和HOCl及OCl-等形式存在，C12和HOCl可氧化全部的胱氨酸成為磺基丙氨酸，OCl-卻僅能氧化約25％的胱氨酸。70HOCl除氧化胱氨酸外，還可使羊毛蛋白質(zhì)中的游離氨基形成氯氨酸：氯氨酸在水中可進(jìn)一步分解：隨著溶液pH值的降低，羊毛蛋白分子肽鏈發(fā)生酸性水解。泛黃基團(tuán)71使用含氯氧化劑處理羊毛，即產(chǎn)生