12蛋白质纤维

1.2蛋白质纤维羊毛、蚕丝第四章一、蛋白质的化学组成及分子结构1、元素组成蛋白质是有机含氮高分子物，分子量很高，结构复杂，但是，组成蛋白质的元素并不很多。–主要元素：C、H、O、N–其他元素：S、P–微量元素：Fe、Cu、Zn、I第四章一、蛋白质的化学组成及分子结构概况2.氨基酸组成蛋白质完全水解的最终产物是氨基酸，因此蛋白质的基本组成单位是氨基酸。天然蛋白质中的氨基酸主要有20种左右，它们的共同特点都是α-氨基酸，可用下列通式表示：第四章一、蛋白质的化学组成及分子结构概况3、分子结构蛋白质可看作是由氨基酸彼此通过氨基与羧基脱水缩合，以酰胺键连接起来的大分子肽键：蛋白质分子中的酰胺键肽：由肽键相连接的缩氨酸多肽：多个肽键连接的缩氨酸主链：多肽的长链侧链：主链上的分支蛋白质的初级结构：多肽链中的氨基酸排列顺序蛋白质的高级结构：蛋白质分子的空间构象第四章一、蛋白质的化学组成及分子结构概况第四章一、蛋白质的化学组成及分子结构概况4、副键的作用蛋白质分子的空间构象主要靠主链及侧链上的各种基团间的相互作用形成，这些结合力统称为副键。氢键：肽链中的亚氨基和羰基之间：盐键（又称离子键）：大分子侧基的酸性和碱性基团之间第四章一、蛋白质的化学组成及分子结构概况4、副键的作用二硫键：本身属共价键，可存在于不同肽链之间或同一肽链之中：第四章二、蛋白质的两性性质蛋白质分子中除末端的氨基与羧基外，侧链上还含有许多酸、碱性基团。因而，蛋白质具有既象酸又象碱一样的性能，是典型的两性高分子电解质。蛋白质中所含的酸碱性基团如下：末端：-NH2，-COOH侧基：-NH2，-COOH，-OH…第四章二、蛋白质的两性性质1、酸碱性条件下的电离平衡：其中P表示多肽链由上式可以明显地看出，这三种状态之间的关系，是由溶液的氢离子浓度决定的。第四章二、蛋白质的两性性质2、等电点蛋白质分子上所带的正负电荷数相等时的pH值羊毛和蚕丝的等电点：羊毛4.2～4.8蚕丝3.5～5.2等电点时的性质：蛋白质在等电状态时，呈现一系列特殊的也是极为重要的性质，如：溶胀、溶解度、渗透压、电泳以及电导率都最低；染整加工时尽可能在等电点附近，以使损伤最小。第四章二、蛋白质的两性性质3、最大吸酸值pH值3～5，开始结合酸pH值1.3～1.8，结合酸量最大pH值小于0.8，过量吸酸，蛋白质开始水解pH值大于10，蛋白质水解破坏（很难测定吸碱值）蛋白质上结合酸的碱性基团–氨基：是主要吸酸基团–亚氨基：pH很低时(0.8)也能吸酸（属于过量吸酸）最大吸酸值：–概念：蛋白质结合酸的最大值–影响因素：蛋白质上的碱性基团的多少影响最大吸酸值注意：可用最大吸酸值测定蛋白质上的氨基含量第四章二、蛋白质的两性性质4、膜平衡原理在不同pH介质中，纤维内部和外部的pH值不一致纤维的表面具有类似半透膜性质膜内体系：蛋白质分子上带有的离子与其中的溶液膜外体系：纤维外面的溶液膜内膜外溶液的分配系数λ：第四章二、蛋白质的两性性质与蛋白质离子电荷相同的可迁移离子的浓度：纤维内低于纤维外与蛋白质离子电荷相反的可迁移离子的浓度：纤维内高于纤维外等电点以下：蛋白质存在状态为H3N+PCOOH[H+]外[H+]内，pH外pH内等电点以上：蛋白质存在状态为H2NPCOO-[H+]外[H+]内，pH外pH内第四章二、蛋白质的两性性质羊毛的酸滴定曲线：从图中可以看出，溶液中盐的浓度越高时，所得到的滴定曲线形状，越接近于内滴定曲线（即蛋白质结合酸或结合碱量对纤维内PH值所做的曲线）。在某一PH值，有盐存在时，结合酸量较无盐存在时为大。第四章一、羊毛的形态结构及分类1、形态结构截面：接近圆形纵向：鳞片三个组成部分–鳞片层–皮质层–髓质层第四章一、羊毛的形态结构鳞片层–外壳–组成：片状角质细胞–根部附着于毛干，梢部则伸出毛干表面–细羊毛鳞片可见高度低于粗羊毛–细羊毛鳞片层厚度大于粗羊毛第四章一、羊毛的形态结构皮质层–主体–决定性质–组成：纺锤型皮质细胞，分为O皮质细胞和P皮质细胞两种。–O皮质细胞：含S低，易于染色，位于羊毛卷曲波形的外侧–P皮质细胞：位于羊毛卷曲波形的内侧–双侧结构：O、P细胞的双侧异构分布第四章一、羊毛的形态结构髓质层–组成：薄膜细胞–结构疏松、内部充有空气–细胞之间联系很弱–髓质多，则弹性和强度较低第四章2、羊毛分类细绒毛：直径30μm，无髓质层粗毛：直径52.5μm，有连续的髓质层两型毛:52.5μm直径30μm,有断续的髓质层死毛：除鳞片层外，几乎全为髓质层第四章二、羊毛的化学组成与分子结构组成：C、N、O、N、S副键：氢键、盐键和二硫键含硫量–直径大，含硫量少–鳞片皮质层髓质层–P皮质细胞O皮质细胞结构：由大量α-氨基酸以一定顺序首尾连结而形成的多肽。–低硫蛋白质的多肽链具有α-螺旋构象–高硫蛋白质的多肽链是无规卷曲的第四章三、羊毛的超分子结构低硫蛋白质的多肽链第四章四、羊毛的主要机械性能1、拉伸与回复性能–断裂强力不高，断裂延伸率高，断裂功较大第四章四、羊毛的主要机械性能拉伸与回复性能–断裂强力不高，断裂延伸率高，断裂功较大温湿度对拉伸性能的影响–相对湿度↑，初始模量、屈服应力、断裂强力↓，断裂延伸度↑↑–温度↑，初始模量、屈服应力、断裂强力↓，断裂延伸度↑回复性能与聚集态结构有关–卷曲，螺旋构象：可由α-构象转为β-构象–二硫键：阻止分子链间相对滑移第四章四、羊毛的主要机械性质2、羊毛可塑性–概念：指羊毛在湿热条件下，可使其内应力迅速衰减，并右按外力作用改变现有形态，再经冷却或烘干使形态保持下来。–效果：过缩、暂定、永定–应用：毛织物的定形（煮呢、蒸呢、电压和定幅烘燥等）第四章四、羊毛的主要机械性质3、羊毛的缩绒性–概念：指羊毛在湿热条件下经外力的反复作用，纤维之间互相穿插纠缠，纤维集合体逐渐收缩变得紧密。–应用：缩绒或缩呢–原因：顺鳞片方向和逆鳞片方向的摩擦片不同。第四章五、羊毛的主要化学性质1、水的作用良好的吸湿性：相对湿度60~80%，回潮率可达14~18%异性溶胀条件激烈，肽键水解，纤维失重，机械性能恶化第四章五、羊毛的主要化学性质2、酸的作用比较稳定，可用强酸性染料抑制羧基电离并与游离的氨基结合，拆散盐键，使纤维强度降低肽键不同程度的水解第四章五、羊毛的主要化学性质3、碱的作用具有较大的破坏作用拆散盐键，催化水解–影响因素：–碱的种类和浓度：烧碱最强烈–作用温度和时间–电解质的总浓度促进二硫键的分解和新交联键的建立，提高羊毛形态的稳定性第四章五、羊毛的主要化学性质4、氧化剂的作用羊毛对氧化剂敏感因素：–氧化剂种类和浓度–溶液PH值：最主要因素–处理温度和时间–铜镍等金属离子：催化作用不易氯漂，可用H2O2并严格控制条件第四章五、羊毛的主要化学性质5、还原剂的作用破坏二硫键，碱性介质尤为严重6、卤素的作用特别强烈的破坏作用–截面膨胀，强度、延伸度下降，纤维泛黄–光泽增强，对染料吸附能力提高–缩绒性大大降低工业应用：增强地毯光泽，防毡整理等第四章五、羊毛的主要化学性质7、光氧化作用日光的照射对羊毛有破坏作用–绵羊背部的毛尖发黄，手感粗糙，弹性下降–紫外线作用下，二硫键发生氧化和水解在天然纤维中，羊毛还是最耐晒的纤维