《型动物蛋白纤维》PPT课件.pptVIP

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,2,1. 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,3,Cashmere,4,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14-16m。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,6,mohair,7,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。,10,Angora-rabbit,11,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5-40m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）,14,camel,15,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20m以下，长3040mm，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200 mm，平均直径为150 m左右。细毛长 50 mm左右，平均直径为2025 m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 alpaca,19,6、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2030，细度降低23m。,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,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400500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-曲折链和-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。,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。,41,2、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Chitin 1843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维要晚得多。第一次报道是在1980 年,溶剂为0.5%的乙酸, 随后又出现了一些其它的溶剂例如乙酸/ 尿素混合物, 纺丝所用的凝固液也是不尽相同。 1993 年, East & Qin 发现, 甲壳素纤维可以通过先纺出壳聚糖纤维再经乙酰化而得。这是因为壳聚糖容易溶解在2 %乙酸中, 而且纤维易被乙酰酐乙酰化, 该路线提供了生产甲壳素和壳聚糖纤维的一种较经济的方案。他们还发现, 乙酰化过程受处理条件如反应时间、温度和酐与纤维重量的比值等影响。当壳聚糖纤维失去螯合能力时, 乙酰化纤维就有了干和湿和强度。,近来, Hirano 等在室温条件下, 以含饱和磺酸氨的10 %硫酸溶液为凝固液研制出一种优良的新型功能生物材料甲壳素- 丝的丝心蛋白纤维。运用类似方法, 该实验室还开发了甲壳素- 蛋白质、甲壳素- 淀粉、壳聚糖- 淀粉、壳聚糖- 胶原等混合纤维。,甲壳素纤维强度的提高,由于甲壳素和壳聚糖的分子结构具有较大的链刚性, 故在适当的溶剂中它们都可以形成溶致型液晶并且具有较低的临界浓度。甲壳素纤维要实用化, 尚有提高强度的必要。而液晶纺丝对于改善纤维的强度和模量等机械性能具有较明显的效果。甲壳素的液晶纺丝尚无报道。壳聚糖可按下法纺丝: 将壳聚糖溶于甲酸, 配成5 %溶液, 之后蒸发溶剂约天, 浓度为35 %时变成液晶态。凝固液为甲醇和2 %氢氧化钠的混合液, 温度为25 , 所得的纤维在偏光显微镜下可观察到其内有典型的取向液晶态条带织构, 其断裂强度为普通湿纺纤维的2 倍以下。,壳聚糖的抗菌原理,壳聚糖的分子链中带有正电荷! 因而它对带有负电荷的各类有害物质具有强大的吸附作用! 用壳聚糖制成的纤维! 具有抗菌“ 消炎” 止痒“ 吸湿等保健功能! 因此甲壳素(壳聚糖纤维被人们称作为“保健型纤维”。在纺织业，用它可制成各种抑菌防臭纺织品! 其应用价值日益体现。,甲壳素/壳聚糖纤维的性能,吸湿透气性甲壳素“壳聚糖纤维因其大分子结构中含有大量的亲水性基团.同时在湿法纺丝过程中，分子间形成了许多微孔结构，因此纤维具有很好的吸湿和透气性能。穿着十分舒适，其吸湿率可达400-500%， 是纤维素纤维的2倍多。,壳聚糖拉伸性能,拉伸性能断裂强度和断裂伸长率是衡量纤维拉伸性能的重要指标。壳聚糖浆液经喷丝、凝固、拉伸后分子排列规则，取向度提高，纤维强度进一步增强。其干强一般为0.97-2.73cN/dtex湿强为0.35-1.23cN/dtex。甲壳素/壳聚糖纤维的伸长率一般干伸8-14%湿伸6-12%,与纤维素相近。其吸湿性和机械性能见表。,壳聚糖纤维的抗菌性,由于其高分子链上有许多活泼的氨基存在，使其带有正电荷，甲壳素/壳聚糖纤维具有优良的广谱抗菌性。自1979年Allan提出壳聚糖的抗菌性以来，其优良抗菌性能已是不争的事实。实验表明对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌等常见菌种具有很好的抑菌作用。,医用甲壳素和壳聚糖纤维的开发与应用近况,吸收性手术缝合线 吸收性手术缝合线主要用于消化系统外科和整形外科等体内手术中。理想的外科缝合线是: 愈合前与组织相容; 愈合时所有缝合线不拆除, 逐渐被人体吸收而消失; 缝合线不破坏愈合。当前的外科吸收性缝合线品种十分有限, 而且它们无法在任何生物逻辑条件如酸、烷基锂和酶的环境下满足以3点。研究表明, 甲壳素对烷基锂、消化酶和受感染的尿等的抵抗力比聚乳酸和羊肠要好, 另外,甲壳素纤维的强度能满足手术操作的需要(在酰胺- 氯化锂溶剂中纺出的复丝抗张强度约为50kg/mm2) ; 线性柔软便于打结, 无毒性; 可以加速伤口愈合。所以甲壳素纤维缝合线是理想的吸收性手术缝合线。,医用敷料,甲壳素和壳聚糖纤维制成的医用敷料有非织造布、纱布、绷带、止血棉等, 主要用于治疗烧烫伤病人。该类敷料可以: (1) 给病人冷爽之感以减轻其伤口疼痛; (2) 具有极好的氧涌透性以防止伤口缺氧; (3) 吸收水分并通过体内酶自然降解而不需要另外去除它们(多数情况特别是烧伤, 除去敷料会破坏伤口) (4) 降解产生可加速伤口愈合的N -乙酰葡糖胺, 大大提高了伤口愈合速度( 可达75 %) 。,适合于鼻腔手术后角膜破损护理的甲壳素纤维非织造布已商业化。日本Yunichika 公司用甲壳素溶液湿法纺丝制成的短纤维加工成的创伤包敷保护剂也已出售, 主要用于烧伤、皮肤损伤的护理。中国纺织大学甲壳素研究课题组用甲壳素、壳聚糖纤维制成的各种医用敷料, 供烫伤、擦伤、皮肤裂伤等的临床应用, 疗效显著, 主要表现在: 创口无反应, 具有止血、消炎、促进组织生长作用, 缩短治疗周期, 而且愈合后的创面与正常组织相似, 无疤痕。,人工皮肤,用甲壳素纤维制作人工皮肤, 医疗效果非常好。先用血清蛋白质对甲壳素微细纤维进行处理以提高其吸附性, 然后用水作分散剂、聚乙烯醇作粘合剂, 制成无纺布, 切块后灭菌即可备用。它的优点是: 密着性好便于表皮细胞长入; 具有镇痛止血功能; 促进伤口愈合; 愈合不发生粘连。另外还可以用这种材料基体大量培养表皮细胞。将这种载有表皮细胞的无纺布贴于深度烧、创伤表面, 一旦甲壳素纤维分解, 就形成完整的新生真皮。这类人工皮肤在国外已商品化, 并在整形外科手术中获得了一致的好评。Kim & Min 用壳聚糖和磺化壳聚糖的混合物制成的伤口康复材料, 对伤口区皮肤的再生有很好的效果。日本Katakurachikarin 医药公司用壳聚糖- 胶原复合材料制成的人工皮肤对外伤和烧伤的愈合也有促进作用。,其它,甲壳素和壳聚糖纤维可以用来作一般生物医用材料的涂层。研究发现, 涂上甲壳素或壳聚糖的蚕线和羊肠线缝合线对伤口愈合活性只稍低于纯甲壳素, 却比没有涂层的要高得多。 由于甲壳素和壳聚糖还具有抗菌活性和吸湿性, 因此可用其纤维加工成具有特殊保健功能的医用物品。例如日本旭化成和富士纺织已用它们加工运动服和汗衫出售: Hirano 等用甲壳素-丝的丝心纤维制成袜子。,五. 牛奶蛋白纤维,牛奶蛋白纤维以牛乳作为基本原料，经过脱水、脱油、脱脂、分离、提纯，使之成为一种具有线型大分子结构的乳酪蛋白；再与聚丙烯腈采用高科技手段进行共混、交联、接枝，制备成纺丝原液；最后通过湿法纺丝成纤、固化、牵伸、干燥、卷曲、定形、短纤维切断(长丝卷绕)而成的。它是一种有别于天然纤维、再生纤维和合成纤维的新型动物蛋白纤维，人们又叫它“牛奶丝”、“牛奶纤维”。,牛奶蛋白纤维的研发历程,牛奶蛋白纤维的研究与发展，源自于1935年意大利的SNIA公司和英国的Coutaulds公司，从牛奶乳酪中提炼的纯蛋白纤维。当时这一项目的目的是为了人工制造出更精美、更高档的仿真丝纤维。 牛乳的含固量仅11.4，水分占88.6；固体组分中无脂乳占8.1，脂肪占3.3；无脂乳固体又包括蛋白质2.9、聚乳醛糖4.5，其余是纤维素和无机物。由此可见，仅利用2.9的蛋白质作为制取牛奶纤维的原料，不仅成本高，且制造出的纤维性能与天然真丝相比，差距很大，强度太低，没有使用价值。 直到1956年，随着合成纤维的产生和发展，日本东洋纺公司发明了用牛乳蛋白溶液与丙烯腈聚合物共混、共聚、接枝的方法，开发了类似于真丝结构的新型牛奶长丝，并于1969年实现工业化生产，商品名为“Chino”，产品定位是手术缝合线。,我国牛奶蛋白纤维的开发,我国从20世纪60年代开始研究牛奶纤维，如：上海合成纤维研究所、纺织大学与三枪集团、上海金山石化、黑龙江蛋白纤维研究所、山西炭纤维厂等都在这方面有所努力。当时，对蛋白质接枝共聚的各项研究工作是出于对合成纤维的改性、废料的综合利用，希望制取一种手感和性能都优于合成纤维的仿真丝纤维。由于制造纤维的工艺流程复杂，技术条件有限，