第2章-毛纤维

1第2章毛纤维毛的组织学结构角蛋白的化学组成和分子结构毛的物理机械性能毛的化学性质2毛的组织学结构(1)毛的结构(2)毛囊的结构(3)毛生长的循环髓层鳞片层皮质层(1)毛的构造据组成与形态分类:角质层（鳞片层）、皮质层、髓质层。3美丽奴羊毛的鳞片层角质层（或鳞片层）组成：由角质化的扁平角蛋白细胞构成。鳞片的尺寸：平均高度36um；宽度28um、厚度0.5-1.0um覆盖的形态：主要有环状、瓦状、龟裂状。主要作用：保护毛不受外界环境的影响和破坏。其它特征：其的存在使毛有毡化特征。4毛的鳞片层毛的鳞片层5皮质层——毛的最主要组成部分位置：鳞片层的内侧正皮质细胞（位于弧形外侧）特点：对酶和化学试剂的反应比较敏感，盐基性染料容易上染。偏皮质细胞（位于弧形内侧）特点：化学稳定性高，易被酸性染料着色。皮质细胞分类6髓质层组成：疏松的、充满空气的角蛋白细胞组成（相互联系较弱影响毛的机械强度。）注：髓质层越发达的毛。保暖性好、机械强度较差。7(2)毛囊的结构毛干毛根毛球毛乳头毛袋毛根鞘脂腺毛囊包括：髓层、皮质层、毛角质层、内毛根鞘角质层、内毛根鞘许氏和亨氏层、外毛根鞘、黑素细胞、皮质乳突等。8毛囊的组织切片图9（3）毛生长的循环角蛋白纤维具有循环生长的特征，按照活跃生长的周期，通过间歇性的毛囊脱落并伴随结构和代谢的明显变化。毛生长循环的阶段：休眠期毛处于准备换毛状态皮乳突以小的球状细胞团存在。活跃期（毛囊重新发育和纤维毛干活跃生长期）阶段I:毛囊颈部细胞开始分裂、向下增值并环绕在皮乳突周围。阶段II、III：细胞分化，产生新的内毛根鞘和毛的正常细胞。阶段IV、V：皮乳突上面的基质细胞重新恢复了分裂活性并通过分化，将新毛向上推进直至伸出皮面。10终止期毛的活性状态终止，毛囊转入休眠状态。11角蛋白纤维的化学组成和分子结构羊毛纤维的主要蛋白质为角蛋白。角蛋白也是动物毛发、表皮、趾甲、羽毛、角、蹄等组织的主要蛋白组分。中间纤丝是角蛋白纤维的基本结构单元。尺度介于小直径的肌动蛋白和粗大的肌球蛋白纤丝之间，约为10nm。121.角蛋白肽链的一级结构特征存在两种基本肽链:Ⅰ型和Ⅱ型极性氨基酸含量50%，酸碱性AA、Cys含量高.2.角蛋白肽链的二级结构肽链的主要肽段为α-螺旋结构。链间双硫键赋予角蛋白高度稳定结构。133.角蛋白纤维的聚集态结构毛的角蛋白纤维Ⅰ型和Ⅱ型肽链构成复合螺旋结构中间纤丝14Ⅰ型和Ⅱ型链中间纤丝的结构模型15毛的物理机械性能1.纺织用毛绵羊:绵羊毛、绵羊绒山羊:山羊毛、山羊绒骆驼:骆驼毛、骆驼绒驼羊:驼羊毛、骆马毛、秘鲁羊毛兔:兔毛、安哥拉兔毛、其它兔毛其它动物:牦牛绒16Merino17澳大利亚美利奴绵羊以产毛量高，羊毛品质好而著称。澳大利亚美利奴绵羊分三类：细毛美利奴绵羊、中细毛美利奴绵羊、粗壮毛美利奴绵羊。超细毛美利奴绵羊：直径16-17.5um，与山羊绒相似，但成本低。18Cashmere(开士米)19Cashmere20mohair(马海毛)马海毛是安哥拉山羊毛（土耳其安哥拉省）的音译商品名称（Mohair）。南非、土耳其和美国为马海毛的三大产地。马海毛长度12-26cm、直、有丝光。21牦牛阿坝州天然牧场22四川卧龙地区牦牛牦牛主要分布在中国、阿富汗、尼泊尔等9个亚洲国家。我国牦牛总头数及其毛、绒产量均为世界首位。牦牛绒(毛)大多是黑色、褐色。牦牛绒由鳞片层与皮质层组成，髓层极少。232.毛的物理机械性能①吸湿性②弹性③应力-应变曲线④摩擦与缩绒性⑤耐热性24吸湿性好，回潮率一般在15%-16%，吸水率可达60%。截面吸湿膨胀率17.5%-18%。②弹性由于毛纤维的分子结构特征，使其在一般情况下有较好的弹性。①吸湿性极性侧链具有亲水性，可吸收大量的水，饱和吸水值可达蛋白质自身质量的30%以上。25③应力-应变曲线羊毛不同含水量的应力-应变曲线几种纤维的应力-应变曲线100%50%0随着纤维中的水分含量增加，则其的初杨氏模量、屈服点、断裂强度均会下降，断裂伸长率提高。有明显的屈服点；蚕丝的屈服应力和断裂强度均高于羊毛的；羊毛的断裂伸长率较蚕丝高。26④摩擦与缩绒性方向性摩擦效应逆鳞片的摩擦系数大于顺鳞片的摩擦系数。缩绒性羊毛在湿热条件下，经机械外力反复作用，纤维集合体逐渐收缩紧密、交编毡化的性能。⑤耐热性羊毛耐干热性较差，在加工与使用过程中，要求干热不超过70℃。在100℃-105℃时，毛纤维很快失水、干燥而变的脆弱、泛黄、强度降低。27毛的化学性质酸的作用—对肽键的破坏角蛋白对酸的耐受性较强,但高浓度强酸长时间作用也会对毛纤维产生破坏。低浓度的酸的主要作用是影响蛋白质的盐键。碱的作用–碱对双硫键的水解作用、对盐键、肽键的作用角蛋白对碱极敏感,影响的程度与时间、温度、浓度及碱的性质有关。28碱与双硫键的反应NHNHCOCOSSCH2SSCH2CH2CH-CHCHCNHNHCOCOCH2OH-2HONHCOCCH2+CH2CONHSSCH-NHCOCCH2SCH-CH2CONH+S+脱氢丙胺酰硫代半胱氨酰29NHCOCCH2NHCONH2CH2NHCH2CH2CO+CHNHCOCHNH脱氢丙氨酰可发生新的交联反应——亲核加成脱氢丙胺酰脱氢丙胺酰COCNNHCONHSCH2CH2CH2+CHNCCHSCCH2硫醚键交联亚氨键交联30NHCOCCH2NHCOCHCH2HSC+a2CH2CaCHCH2NHCO++NHCOCHS有Ca参与的新交联2+脱氢丙胺酰31氧化剂的作用——溶解或改性角蛋白无机过氧酸、有机过氧酸、过氧酸盐等都是双硫键的有效氧化剂。发生位置：双硫键32进攻的对象：巯基（与角蛋白反应）双硫键、色氨酰和酪氨酰的残基（有特定的金属离子或有机酸）过氧化氢pH的影响：低pH值巯基不易被氧化，但甲硫基的氧化则加速。不同基团对氧化的敏感程度：双硫键＜＜＜巯基、甲硫基漂白：有效果，但一般。被二氧化硫、亚硫酸盐取代。酸性条件下，用H2O2漂白可改善毛的品质。碱性条件下，漂白效果较好，可能氧化双硫键。33有机过氧酸无机过氧酸5RCO3HHCH2CSSH2CCH2++H2OHCH2CSO3H2+5RCOOH过甲酸、过乙酸是常用的有机过氧酸。过二硫酸盐、酸性条件下—————毛的降解和脱色作用对象：胱氨酰、甲硫氨酰、精氨酰、组胺酰、苯丙氨酰等。氧化机理：过氧化硫酸盐产生自由基进攻肽键。34过硼酸盐用途：毛的洗涤、漂色及直毛过程中的巯基的中和。其它氧化物过碘酸、铬化合物、过锰酸盐、卤素及其衍生物。35制革氧化脱毛机理SSCH2CH22O10Cl24Ho+4+SO3H5Cl28+2H2O+Na5ClO2H+4HCl4ClO2++5NaCl36还原剂的作用——溶解或改性角蛋白双硫键的还原是一个可逆的平衡反应，过量的还原剂有利于双硫键的还原。硫代物和硫化物、膦化物膦化物、亚硫酸盐等都是双硫键的有效还原剂。发生位置：双硫键37硫代物和硫化物主要有巯基乙醇、邻甲苯硫酚、巯基乙酸、硫化钠等双硫键的交换反应----亲核取代HCH2CSSH2CCH2RSH+HCH2CSSRH2CCH2SH+HCH2CSSR+RSHH2CCH2SH+RSSR38膦化物三丁基膦（反应专一、条件温和、定量）RSSR+PR'3+H2O2RSH-+2H+OPR'3+膦氧化物半胱氨酸亚硫酸盐HCH2CSSH2CCH2+NaHSO3H2CCHSHHCH2CSSO3Na+半胱氨酰S-磺基丙氨酰常用的巯基封闭剂——碘化甲基汞CH3HgI39硫化钠、硫氢化钠Na2SNaHS+NaOHCH2SHNaS222+SSCH2CH2+2NaHS酶（Enzyme）的作用双硫键还原酶可对双硫键进行作用，从而水解角蛋白纤维。酶脱毛的机理：中性和碱性的微生物蛋白酶毛和毛囊连接部位的非胶原蛋白水解——毛与毛囊组织的分离与脱落40交联反应——对毛进行化学修饰试剂：适当活性的双官能团试剂、两个适应反应的侧链基团。如二卤代烃、酰化基、醛类等。芳香族二卤代烃FNO2FO2NSOOFFNO2O2N1，5-二氟-2，4-二硝基苯（FFDNB）P,P’-二氟-m,m’-二硝基苯磺酰与蛋白质的N-端氨基、侧链氨基、酪氨酸酚羟基、巯基、咪唑发生取代反应。41卤代烷经巯基乙酸还原的毛通过二卤代烷交联，达到修饰的目的。酰化剂醛类活性酯，如对硝基酚酯如甲醛与还原后的毛角蛋白的巯基反应，形成次甲基二巯基交联。作用：降低毛在碱中的溶解性；改善纤维的拉伸性能；毛的定形。42毛的改性和修饰CH2SHHC2BrCH2BrCH2+CH2CH2CH2CH2HCSSCH通过对毛角蛋白双硫键的化学修饰，可以改善角蛋白纤维的性质。43与活性染料的反应活性染料与纤维之间形成共价键交联，具有优良的耐湿擦性质。活性染料按照基团不同分为：均三嗪型、卤代嘧啶型、乙烯砜型等。反应机理：均三嗪型、卤代嘧啶型亲核取代乙烯砜型亲核加成