第三章新型动物蛋白纤维

第三章新型动物纤维•一.毛绒纤维•二.蚕丝•三.蜘蛛丝•四.甲壳素纤维•五.牛奶蛋白纤维21.山羊绒（开司米）从绒山羊和能抓绒的山羊身上取得的绒毛。山羊绒又叫“开司米”或克什米尔（Cashmere）。我国、伊朗、蒙古、阿富汗为山羊绒的主要产地。我国年产山羊绒约6000吨，占世界产量的60%，且品质最优。每头羊每年可产200克左右的绒，个别可达600克/羊，但美国、欧洲（英国）和日本为主消费国。一.新型毛绒纤维3Cashmere4山羊绒具有细而轻柔、手感滑糯，保暖性好等特性，是品质极优的毛纤维。国外称其为“纤维的钻石”、“软黄金”。可制成各种高档名贵纺织品。山羊绒无髓质，强伸性、弹性都优于相同细度的绵羊毛；平均细度大多在14-16μm。山羊绒不宜纯纺，易起球、毡缩，最好与80-90支细羊毛混纺使用。5马海毛是安哥拉（土耳其安哥拉省）山羊毛。南非、土耳其和美国为马海毛的三大产地。“马海”一词来源于阿拉伯文，意为“似蚕丝的山羊毛”。马海毛长度12-26cm，直、光泽好，强度好，耐磨，且不易毡缩，容易洗涤。是一种多用型纤维，可纯纺、混纺，制作西服面料，提花毛毡，长毛绒，银枪大衣呢，雪花呢等高档纺织品。2.马海毛（Mohair）（1）光泽强（环状鳞片几乎贴在表面上）（2）无卷曲（3）不易缩水（4）强度高（5）弹性优良6mohair7马海毛的用途：1．主要制作提花毛毯，马海毛提花毛毯以坚牢耐磨、如丝般的光泽和图案美丽著称。2．与绵羊毛、棉、化纤混纺制作衣料，如顺毛大衣呢、长毛绒、银枪大衣呢等。8纺织用的兔毛产自家兔（普通兔）和安哥拉兔，野兔毛因品质低仅供制笔和填料用。安哥拉兔毛为长毛兔毛。我国的兔毛产量占世界产量的90%。兔毛绒毛与粗毛都有毛髓，形成多腔气孔，所以比重轻、通气及吸湿性好，但强度低。兔毛细软，保暖性好，兔毛织物手感特别轻滑，弹性也好，外观很美，重量轻（纯纺时，背心150克，围巾40克，毛衫180克）是很好的高级毛织品。由于兔毛表面比较光滑，卷曲少，纤维间抱合力小，加之强度较低，纺织加工难度比较大。兔毛产品易掉毛（解决方法？）。兔毛含脂率低，通常不用洗毛。3.兔毛9兔毛特点：（1）软、细、短，强力低；（2）平波卷曲、抱合力差、兔毛多掉毛，一般与羊毛混纺；（3）髓腔大，易脆断。10Angora-rabbit11兔毛纱彩色长毛兔：是美国加州动物专家经20多年选有利用DNA转基因法培育成的新毛兔品种，毛色有黑、褐、黄、灰、棕五种。13骆驼有双峰和单峰之分，单峰驼绒无纺织价值，驼绒是骆驼身上的细毛，直径在5-40μm之间，长40-127mm，驼绒的强度与羊毛接近，富有光泽，保暖性好（比绵羊毛），不易毡缩，是织造高级粗纺织物，毛毯等的高档原料，可与细羊毛相媲美。驼绒的最大生产国是中国（质量、产量第一）、蒙古、阿富汗。因驼绒上有天然色，不能染其它彩色，限制了产品花色。4.驼绒（camel）14camel15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。属高档毛纺原料。直径20μm以下，长30~40mm，强度高（比羊毛），光泽柔和，弹性强，可与山羊绒相媲美，也是有色毛，限制了产品的花色。牦牛绒可纯纺或于羊毛混纺制成花呢，针织绒衫等。5.牦牛绒16牦牛17其它：如羊驼毛羊驼属于骆驼科，主要产于秘鲁。羊驼毛粗细毛混杂。粗毛长度达200mm，平均直径为150μm左右。细毛长50mm左右，平均直径为20～25μm左右。羊驼毛比马海毛更柔软而富有光泽，手感特别滑糯，毛的鳞片紧贴在毛干上，多用于织制夏季服装和衣里料等。18羊驼alpaca196、改性羊毛（1）、拉伸细化绵羊毛采用物理拉伸改性的方法获得的细绵羊毛，其可提高可纺纱支数，生产高档轻薄型毛纺面料。拉伸使鳞片受损，皮质层受破坏，染色易产生色花。澳大利亚的Optim拉伸技术可将纤维拉长20％～30％，细度降低2～3μm。20（2）、超卷曲羊毛又称膨化羊毛，粗羊毛卷曲少，成纱手蓬松度低。粗羊毛经拉伸、加热松弛后收缩，外观卷曲，线密度降低，可纺性提高。同种成衣用膨化羊毛加工可节省20％的原料，且更保暖、舒适。（3）、丝光羊毛和防缩羊毛两者皆通过化学处理将羊毛了鳞片进行剥蚀，产品都具有防缩绒、可机洗效果。丝光羊毛的光泽更好，被誉为纺羊绒的羊毛。方法：剥鳞片减量法、树脂添加法。（4）、彩色羊毛在生长时就具有色彩的羊毛。俄罗斯畜牧专家研究发现，给绵羊饲喂不同的微量金属元素，能够改变绵羊毛的毛色，如铁元素可使绵羊毛变成浅江色，铜元素可使它变成浅蓝色等。他们最近研究出具有浅红色、浅蓝色、金黄色及浅灰色等奇异颜色的彩色绵羊毛。二.蚕丝(silk)•一、蚕丝的形成和形态结构•二、丝素的结构和性质•三、丝胶的结构和性质蚕丝的形成和形态结构•1.桑蚕丝的形成和形态结构•2.柞蚕丝的形成和形态结构桑蚕丝的形成和形态结构•蚕丝是蚕体内分泌出的丝液经吐丝口吐出后凝固而成。在蚕体内有泌丝部、贮丝部、输丝管构成完整的丝腺体。柞蚕丝的形成和形态结构•柞蚕丝腺体与桑蚕丝腺体作用相同，丝腺分前、中、后三部分，差别在后部丝腺粗，愈向前愈细，最后在头部汇合，经吐丝口排出柞丝。丝素的结构和性质•1、丝素的组成和结构•2、丝素的性质丝素的组成元素桑蚕丝柞蚕丝碳48%~49%47.18%氢6.5%6.3%氧26.8%~27.9%29.67%氮17.6%16.85%桑蚕丝和柞蚕丝丝素的元素组成丝素的结构•丝素的基本元结构是氨基酸，每一个大分子链平均含有400~500个氨基酸残基。在不同品种的蚕丝中，所含氨基酸比例也有差异，桑蚕丝丝素主要是由乙氨酸组成，其次是丙氨酸、丝氨酸，乙、丙氨酸的和约占总量的70%。丝素的性质•1.吸湿性•2.耐热性•3.膨化与溶解性•4.耐酸性•5.耐碱性•6.耐氧化剂和还原剂的性能•7.耐光性丝胶的结构和性质•1、丝胶的组成和结构•2、丝胶的性质丝胶的组成•丝胶中的元素组成与丝素略有差异，丝胶由碳、氢、氧、氮、硫五种元素组成。在元素含量上与丝素比，含碳量少，含氧量多，并增加了硫的成分，各种组分的含量也随品种的不同而异，组成如下：•碳：44.32%~46.29%•氢：5.72%~6.42%•氧：30.35%~32.50%•氮：16.44%~18.30%•硫：0.15%丝胶的结构丝胶的性质•丝胶结构中支化程度比丝素高，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，基于这些原因丝胶的吸湿性比丝素高，也就是说，含有丝胶的生丝比脱胶后的丝素吸湿性高。34三.蜘蛛丝天然蛋白质类纤维，强度高、弹性好、质轻，被誉为“生物钢”。35（一）、蜘蛛丝的分类和形态蜘蛛在在整个生命过程中产生许多不同种类的丝，每种丝来源于不同的腺体。如大腹圆蜘蛛由7种腺体，可分泌出：牵引丝：蜘蛛用于搭建蛛网的丝，在各种蛛丝中最为坚固。蛛网框丝：构成蜘蛛网骨架的框丝。包卵丝：包裹蜘蛛卵的丝。捕获丝：粘住猎物的丝。36（二）、蜘蛛丝的组成和结构蜘蛛丝由多种α氨基酸（约17种）组成。大腹圆蜘蛛丝组成和结构：蛋白质含量95.88％。牵引丝、包卵丝为皮芯结构，但包卵丝的皮层较薄。分子结构：牵引丝、蛛框丝和包卵丝都以β-曲折链和α-螺旋链为主，另有其它构象。37（三）、蜘蛛丝的力学性能蜘蛛牵引丝的强力和弹性另人难以置信。材料强度(MPa)比强度(cN/dtex)断裂功(J/g)蜘蛛牵引丝10007.0100蚕丝6004.670棉300-7002.0-4.65-15芳纶40002830钢20002.52强度与钢相近，明显高于蚕丝、橡胶及普通纤维，断裂功较大，是对位芳纶的3倍多。39（四）、蜘蛛丝的化学性能蜘蛛丝不溶于水、稀酸和稀碱，溶于溴化锂、甲酸、浓硫酸等。（五）、蜘蛛丝的其它性能1、耐热性200℃以下稳定，300℃以上变黄（蚕丝140变黄），－40℃时仍有弹性（一般合成纤维此时失去弹性）。2、抗静电性、悬垂性、导湿性比合成纤维好。40（六）、蜘蛛丝的人工生产蜘蛛因是肉食动物，不喜群居，相互之间残杀，规模化生产极为困难。科学家通过蜘蛛丝的成分分析，以期人工生产蜘蛛丝。途径：1、利用转基因技术蚕吐蜘蛛丝：蜘蛛丝的基因注入到蚕卵虫中，使蚕“吐”蜘蛛丝。动、植物合成蜘蛛丝：蛛丝蛋白基因转移给哺乳动物（如山羊），用羊奶进行纺丝。微生物合成蜘蛛丝：蛛丝蛋白基因转入细菌中，细菌发酵得蛛丝蛋白，再纺丝。412、仿生纺丝技术1998、2002年美国先后将蛛丝蛋白溶解于六氟丙醇和水中制成溶液，然后用纺丝方法形成丝纤维，但效果不理想。（七）蚕丝新面料•1、防缩免烫真丝绸：染整处理；•2、膨松真丝面料：生丝膨化剂处理；•3、利用遗传工程改良蚕丝，吐出“蛛丝”，其强度比蚕丝大10倍。四.甲壳素/壳聚糖纤维•甲壳素(Chitin)又名甲壳质、几丁质、聚乙酰氨基葡萄糖等,是一种丰富的自然资源,每年生物合成近10亿吨之多,是继纤维素之后地球上最丰富的天然有机物。壳聚糖(Chitosan)是甲壳素最重要的衍生物,是甲壳素脱乙酰度达到70%以上的产物。作为低等动物组织中的纤维成分,甲壳素兼有高等动物组织中胶原质和高等植物组织中纤维素两者的生物功能,对动、植物都具有良好的适应性,同时还具有生物可降解性和口服无毒性,因此近年来它已成为一种用途广泛的新型料。甲壳素的发现和命名1811年H.Braconnot温热的稀碱容易反复处理蘑菇1823年A.Odier甲壳类昆虫翅鞘中分离，命名Chitin1843年A.Payen发现Chitin与纤维素性质不同；J.L.Lassaigne发现Chitin中有氮元素1878年G.Ledderhose从Chitin的水解反应液中检出了氨基葡萄糖和乙酸1894年E.Gilson进一步证明Chitin中含有氨基葡萄糖，后来研究证明，Chitin是有N-乙酰基葡萄糖缩聚而成的。壳聚糖的发现与命名1859年C.Rouget将甲壳素浸泡在浓度KOH溶液中煮沸一段时间，取出发现可溶于有机酸中。1894年F.Hoppe-Seiler确认这种产物是脱掉了部分乙酰基的甲壳素，并命名为Chitosan。甲壳素和纤维素结构比较壳聚糖化学结构甲壳素制取壳聚糖甲壳素的存在甲壳素广泛存在于甲壳纲动物虾和蟹的甲壳、真菌（酵母、霉菌）的细胞壁和植物（如蘑菇）的细胞壁中。甲壳素是白色或灰白色无定形、半透明固体，分子量因原料不同而有数十万至数百万，不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂，可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸，但同时主链反生降解。壳聚糖也是白色无定形、半透明、略有珍珠光泽的固体，因原料和制备方法不同，分子量也从数十万至数百万不等，不溶于水和碱溶液，可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸，不溶于稀的硫酸、磷酸。在稀酸中，壳聚糖的主链会缓慢水解，溶液黏度会逐渐降低，所以壳聚糖溶液应随用随配。壳聚糖的结构特征研究证实，甲壳素与其他多糖一样，其分子链也是螺旋形，XRD照片给出的螺距为0.515nm，一个螺旋平面由6个糖残基组成。壳聚糖核磁共振氢谱（1HNMR）壳聚糖的化学性质•O-酰化和N-酰化壳聚糖可与多种有机酸的衍生物（酸酐、酰卤）反应，导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基。壳聚糖分子链的糖残基上既有羟基，又有氨基，酰化反应既可在羟基上成酯，也可在氨基上成酰胺。壳聚糖的应用•功能材料•医药卫生方面的应用•食品工业中的应用•农业中的应用•轻纺工业中的应用•在水处理中的应用甲壳素壳/聚糖纤维的历史1926年,Kunike首次在6%～10%的甲壳素/冷浓硫酸溶液中纺出甲壳素纤维(其细度为215g/dtex),随后的十几年中,其他一些科学家又陆续用其它方法生产出甲壳素维。这些早期的尝试给甲壳素纤维的生产提供了基本信息。但是,自从30年代后期商业上的注意力转移到当时刚发明的合成纤维后,甲壳素纤维的研究工作也便消失了。直到70年代发现了甲壳素和壳聚糖的一些特性后,人们才又开始了甲壳素纤维的少量研究。这时,又尝试着采用一些新溶剂,特别是利用DMAc-LiCl溶剂体系,来生产甲壳素纤维。•虽然壳聚糖具有易溶性,但其纤维的发展却比甲壳素纤