（纺织化学与染整工程专业论文）人发拉伸改性—兼羊毛拉伸改性的相关问题.pdf

摘要 随着人们生活水平的提高及消费理念的改变，假发套的市场要求越来越大。化学 纤维类假发套虽然具有多种特点，但是由于人发属于天然纤维，它的吸湿透气性及阻 燃性等远远好于化学纤维类假发套，人戴在头上不会产生发闷、干燥等不适感，因此 用人发制成的假发套仍是人们的首选。这一趋势推动了人发的漂白与染色工艺的改 进。现用的黑色人发漂白工艺的氯化前处理过程中会产生可吸收的有机卤化物a o x ( a b s o r b a b l eo r g a n i ch a l o g e nc o m p o u n d s ) ，因而该氯化工艺正受环境立法的限制并面 临着最终被取缔的压力。此外，沿用氯化一漂白工艺所制得的假发不耐紫外线、易老 化，因而使用寿命太短，市场渴求进一步改进其品质。因此，研究开发有利于环保的、 成品经久耐用的黑色人发漂白新工艺已成为纺织工作者和假发套制作商的努力目标。 假发制作商面对的另一问题是，由于中国人的发质较粗，所制成的假发套手感也偏粗， 难予满足客户新的更高的要求。 本论文的主要研究目的是开发一种环保型的黑色人发漂白新工艺及制得品质更 高的人发。试验结果表明，人发经拉伸后，其鳞片层某些部位被“拉豁”，随机地产 生许多微小的裂缝，有利于漂白试剂的渗入人发并作用于天然色素，可使人发得到有 效的漂白。另一方面，人发拉伸后经永久定型，其长度增加，细度变细，从而可获得 纤度较细及手感更佳的人发。人发拉伸处理主要是物理改性过程，不涉及环保问题， 具有广阔的应用 i 景。 人发拉伸改性后的强伸性能是本论文的研究重点之一。人发属于a 一角蛋白纤 维，对其进行物理或化学处理将带来纤维的损伤，使其机械性能变差。研究中发现在 人发拉伸一定型处理过程中，毛发拉伸保护剂对人发纤维具有明显的保护作用，它能 封锁住反应中所生成的部分巯基，能阻止它们随意重建：硫键及类似的交联，因而在 毛发拉伸保护剂存在下，人发经拉伸( 但不定型) 处理后，随拉伸率的增加断裂强力 先增大后减小，断裂伸长趋于增大，韧性变好，而且离散性减小；另一方面，人发经： 拉伸一定型处理后，纤维断裂强力虽略趋下降，而断裂强度提高，断裂伸长只比原发 稍有下降。因而毛发拉伸保护荆是人发拉伸改性工艺的重要保障。 本文对拉伸改性后的毛发漂白与染色性能进行了深入研究。人发经拉伸处理后， 不必经氯化破坏鳞片处理，便能得到较好的漂白效果。采用拉伸一漂白新工艺所制得 的成品发，由于鳞片层基本完整，对入发仍具有良好的保护作用，可以减少发质的损 伤，延长假发套的使用寿命。故拉伸一漂白新工艺是一种能避丌氯化前处理的全新漂 白工艺，不产生a o x 物质，是一种环保型的工艺并具有工业应用性，具有广阔的应 用前景。另外，人发拉伸一定型后，可以得到纤度较细的成品发，能满足更高档次的 要求。从试验方便的角度考虑，以及为了对毛发纤维的全面了解，文中总是将人发与 羊毛作对比试验。毛发类纤维特殊的鳞片层结构在染色过程中成为阻挡染料扩散的 “障壁”，故常规染色通常是在沸腾或接近沸腾的染浴中进行的，这会带来一系列问 题。在人发拉 屯改性基础上的羊毛拉伸改性研究表明，拉伸一定型处理可以降低羊毛 纤维的染色温度，缩短染色时问，实现羊毛的低温染色，为_ 丌辟一条羊毛低温染色的 新途径展示了前景。而且拉伸一定型处理还可使羊毛细纤化( 直径减小2 3um ) ， 趋向于羊绒纤维的特征，提高了羊毛的附加价值。 拉伸改性处理对毛发纤维的其它性能也会产生一定的影响。诸如，( 1 ) 定向摩擦 效应降低，从而减少了毛发纤维的毡缩性，有利于提高假发套的服用性及毛织物的尺 寸稳定性：( 2 ) 羊毛纤维的截面变成了多边形，纵向有螺旋状的扭曲痕；( 3 ) 拉伸改 性后毛发纤维的光泽得到明显的改善，对于提高假发套及毛织物的品质都是十分有益 的；( 4 ) 毛发纤维的表面亲水状况得到改善，进而有利于毛发纤维的染色性、漂白性 以及反应性等。 本论文通过电镜观察鳞片层结构、阿尔瓦登反应、氨基酸含量分析及红外光谱研 究等方法分析了拉伸及拉伸一定型处理后鳞片层及鳞片表层结构的变化，并以此为主 要切入点，创意性地探讨了毛发拉伸改性机理。此外，同为a 角蛋白纤维的人发和羊 毛，虽然它们的拉伸改性的机理相同，但s e m 观察及h e r b i g 反应现象却有明显的差 异，表明其鳞片层结构存在较大差异，有利于对人发与羊毛的异同处的全面认识。 关键词：人发羊毛拉伸改性鳞片层强伸性能漂白染色a o x m o dj f i c a t i o no fh u m a nh a i rb y s t r e t c hin gt r e a t m e n t 一一i n c l u d i n gr e l e v n tt h i n g so fw o o lm o d i f i c a t i o nb ys t r e t c h l n g a b s t r a c t a l o n gw i t ht h er a i s eo fl l y i n gs t a n d a r do ft h ep e o p l ea n dt h ec h a n g eo f c o n s u m p t i o ns e n s e ，t h em a r k e td e m a n do fw i g si sb e c o m i n g m o r ea n dm o r e t h o u g h w i g sm a d e o fc h e m i c a lf i b e th a v em a n y a d v a n t a g e s t h eh y g r o s c o p i c i t y ， p e r m e a b i l i t ya n df l a m er e t a r d a n e eo fw i g sm a d eo fh u m a nh a i ri sf a rb e t t e r t h a nt h a to fw i g sm a d eo fc h e m i c a lf i h e rd u et oh u m a nh a l rb e l o n g st on a t u r a l f i b e r ，p e o p l ew i t ht h e mw i l ln o tf e e ls t u f f ya n dd r y ，t h e r e f o r e ，w i g sm a d e o fh u m a nh a i ra r et h ef i r s ts e l e c t i d nb fp e o p l e t h i st e n d e n c yp r o m o t e st h e i m p r o v e m e n to fb l e a c h i n ga n dd y e i n gt e c h n o l o g yo fh u m a nh a i r h o w e v e r ，t h e c h l o r i n a t i o np r e t r e a t m e n to fe x i s t i n gb l e a c h i n gt e c h n o l o g yo fb l a c kh u m a n h a i r m a yp r o d u c ea b s o r b a b l eo r g a n i ch a l o g e nc o m p o u n d s ( a o x ) h e n c e ，t h e c h l o r i n a t i o nt e c h n o l o g yi sb e i n gr e s t r i c t e db ye n v i r o n m e n t a ll e g i s l a t i o na n d f a c e dw i t ht h ep r e s s u r eo fb e i n gb a n n e df i n a l l y i na d d i t i o n ，w i g sm a d eo f c h l o r i n a t i o n b l e a c h i n gt e c h n o l o g y a r en o tr e s i s t a n tt ou l t r a y i o l e ta n d b e c o m ea g e de a s i l y ，s ot h e i rs e r v i c e1 i f ei ss h o r ta n dt h em a r k e td e m a n d st h e i r q u a l i t i e st ob ei m p r o v e df u r t h e r c 0 n s e q u e n t l y ，r e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n g an e w b l e a c h i n gt e c h n o l o g y o fb l a c kh u m a nh a i rw h i c hi sb e n e f i c i a lt o e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n a n dt h e e n d p r o d u c t i sd u r a b l k - h a sb e c o m et h e e x e r t i r ea i mo ft h et e x t i l er e s e a r c hw o r k e r sa sw 1 1a sw i gm a n u f a c t u r e r s a n o t h e rp r o b l e mt h a tw i gm a n u f a c t u r e s c o n f r o n ti st h a t ，o w l n gt oc h i n e s e o r i g i nh a i rf i b e t sa r ec o a r s e r ，w i g sm a d eo ft h e ma r eh a r s ht ot h et o u c ha n d i t i sd i f f i c u l tt om e e tt h en e wa n dh i g h e rd e m a n d so fc u s t o m e r s t h em a i na i mo ft h i st h e s i si st od e v e l o pan e wb l e a c h i n gt e c h n o l o g yo f h u m a nh a i rt h a ti se n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i v ea n d t om a k ew i g so ft h eb e s t q u a l i t y t e s t i n gr e s u l t ss h o wt h a taf e wt i n yc r a z e sa p p e a r e do nt h ec u t i c l e o ft h ef i b e ra f t e rh a i rf i b e r sw e r e s t r e t c h e d ， s u b s e q u e n t l y ， i tw a s a d v a n t a g e o u sf o rb l e a c h i n gr e a g e n t st oe n t e ri n t oh u m a nh a i rf i b e t sa n da c t o nn a t u r a l c o l o r i n gm a t t e r ，a s ar e s u l t ，h u m a nh a l rc o u l db eb l e a c h e d e f f e c t i v e l y o nt h eo t h e rh a n d ，a f t e rs t r e t c h i n g s e t t i n gt r e a t m e n t ，t h e 1 e n g t ho fh u m a nh a l ri n c r e a s e da n di t sf i n e n e s sr e d u c e d ，h e n c e ，h u m a nh a i r w it hb e t t e rf i n e n e s sa n dm o r ec o m f o r t a b l eh a n d l i n gc a nb eo b t a i n e d s t r e t c h i n g t r e a t m e n to fh u m a nh a l ri sm a i n l yap h y s i c a lm a d i f i c a t i o np r o c e s sa n di td o e s n o ti n v 0 1 v et h em a t t e ro fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，i th a sab r i g h ta p p l i c a b l e f u t u r e s t r e n g t ha n de x t e n s i o np r o p e r t i e sa f t e rm o d i f i c a t i o nt r e a t m e n to fh u m a n h a l rb ys t r e t c h i n ga r eo n eo ft h ee m p h a s e s o ft h i st h e s i s h u m a nh a i ri s 一k e r a t i nf i b e r ，p h y s i c a la n dc h e m i c a lt r e a t m e n tw i l lc a u s ef i b e rd a m a g e ， m a k i n g i t sm e c h a n i c a l p r o p e r t y w o r s eo f f i tw a sf o u n dt h a td u r i n g t h e s t r e t c h i n g s e t t i n gt r e a t m e n to fh u m a nh a i r ，s t r e t c h i n gp r o t e c t a n to fw o o l a n dh a l rh a da no b v i o u sp r o t e c t i v ef u n c t i o no nh u m a nh a i rf i b e r ，i tc o u l db l o c k p a r t o fs u l f h y d r y lg r o u p sg e n e r a t e di nt h er e a c t i o n ，a n dh i n d e rt h e mf r o m r e b u i i d i n gd i s u l f i d eb o n da n do t h e rr e s e m b l ec r o s s l i n k i n gr a n d o m l y s ob e i n g i ne x i s t e n c eo fs t r e t c h i n gp r o t e c t a n to fw o o la n dh a i r ，a f t e rs t r e t c h i n g t r e a t m e n ta l o n e ( n o n s e t t i n g ) ，b r e a m n gs t r e n g t hi n c r e a s e sf i r s ta n dt h e n d e c l i n e sw i t hi n c r e a s i n ge x t e n s i o n ，b r e a k i n ge x t e n s i o nt e n d st oi n c r e a s ea n d t h et o u g h n e s sb e c o m e sb e t t e r ，a n dt h ed i s c r e t ec o e f f i c l e n tr e d u c e s ：o nt h e o t h e rh a n d ，a f t e rs t r e t c h i n g - - s e t t i n gt r e a t m e n to fh u m a nh a i r ，b r e a k i n g s t r e n g t ho ff i b e rd e c l i n e ss l i g h t l y ，w h i l eb r e a k i n gt e n a c i t y i n c r e a s ea n d b r e a m n ge x t e n s i o no n l yd e c l i n e ss l i g h t l yc o m p a r i n gw i t ht h a t o fu n t r e a t e d h a i r t h e r e f o r e ，s t r e t c h i n gp r o t e c t a n to fw o o la n dh a i ri st h ek e yg u a r a n t e e f o rt h i sm o d i f i c a t i o nt e c h n o l o g yb ys t r e t c h i n go fh a i rf i b e r a n o t h e rf o c a lp o i n ti nt h i st h e m si st os t u d yt h eb l e a c h i n ga n dd y e i n g p e r f o r m a n c eo fh u m a nh a i ra n dw o o l a f t e rm o d i f i c a t i o nb ys t r e t c h i n g a f t e r s t r e t c h i n g t r e a t m e n to fb l a c kh u m a nh a i r ，g o o db l e a c h i n gr e s u l t sc a nb e a c h i e y e dw i t h o u tc h l o r i n a t i o nt r e a t m e n t t h ec u t i c l eo fe n dp r o d u c tm a d eo f t h en e wb l e a c h i n gt e c h n o l o g yo fh u m a nh a i rb ys t r e t c h i n g - - s e t t i n gt r e a t m e n t i si n t a c to nt h ew h o l e 。i ts t i l lh a sg o o dp r o t e c t i v ef u n c t i o no nh u m a nh a l r ， a n dm a yr e d u c et h ed a m a g eo fh u m a nh a i ra n dp r o l o n gt h es e r v i c e1 i f eo fw i g s t h es t r e t c h i n l e a c h i n gt e c h n o l o g yo fh u m a nh a i ri sak i n do fc o m p l e t e l y n e wt e c h n o l o g yt h a tc a na v o i du s i n gc h l o r i n a t i o np r e t r e a t m e n t i td o e sn o t c a u s ea o x a n di sak i n d o fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i v e t e c h n 0 1 0 9 y a n d i n d u s t r i a l l ya p p l i c a b l ep r o c e s s ，i tw i l l h a sab r i g h ta p p l i c a b l ef u t u r e b e s i d e s ，a f t e rs t r e t c h i n g - - s e t t i n gt r e a t m e n to fh u m a nh a i r ，e n dp r o d u c tw i t h f i n ef i n e n e s sc a nb em a d e ，m e e t i n gh i g h e r g r a d ed e m a n d so fp e o p l e i nt e r m s o fe x p e r i m e n t a lc o n v e n i e n c ea n do v e r a l lu n d e r s t a n d i n go fw o o la n dh a i rf i b e r ， h u m a nh a i ra n dw o o lw e r ea l w a y su s e dt o g e t h e rf o rt h es a k eo fc o n t r a s ti nt h i s p a p e r t h ec u t i c l ef o r m sa “b a r r i e r ”o fh i n d e r i n gd i f f u s i o no ft h ed y e m 0 1 e c u l e si nt h ec o u r s eo fd y e i n go fw o o la n dh a i rf i b e rb e c a u s eo fi t s p a r t i c u l a rs t r u c t u r e ，s oc o n v e n t i o n a ld y e i n gi so f t e nm a d ea tt h eb o i lo rn e a r t h eb o i1 w h i c hc a u s e sm a n yp r o b l e m s o nt h eb a s i so fh u m a nh a i rm o d i f i c a t i o n b ys t r e t c h i n g ，r e s e a r c h e s o fw o o lm o d i f i c a t i o n b ys t r e t c h i n g s h o wt h a t ， s t r e t c h i n g - - - s e t t i n gt e c h n i q u e c a nr e d u c e d y e i n gt e m p e r a t u r ea n d s h o r t e n d y e i n gt i m ea n da c c o m p l i s hl o w t e m p e r a t u r ed y e i n go fw o o l ，r e v e a l i n gab r i g h t f u t u r ef o rd e v e l o p i n gan e wt e c h n o l o g yo fw o o ld y e i n ga tl o wt e m p e r a t u r e i n a d d i t i o n ，s t r e t c h i n g - s e t t i n gt r e a t m e n tw i 1ia l s of i n ea w a yw o o lf i b e r s ( t h e d i a m e t e rd e c r e a s e s2 3um ) 。m a k i n gt h e mt e n dt oh a v et h ec h a r a c t e r i s t i c so f c a s h m e r ea n dr a i s et h ea d d e dv a l u eo fw 0 0 1 o t h e rp r o p e r t i e so fw o o la n dh a i rf i b e rw i l la l s ob ea f f e c t e db ys t r e t c h i n g t r e a t m e n t s u c ha s ：( 1 ) d i r e c t i o n a lf r i c t i o n a le f f e c td e c l i n e sa n dt h ef e l t i n g p r o p e r t yo fw o o la n dh a i rf i b e rr e d u c e s ，i ti sb e t t e rt oi m p r o v ew i g sw e a r i n g c h a r a c t e r i s t i c sa n dw o o lf a b r i cd i m e n s i o n a ls t a b i l i t y ：( 2 ) w o o lf i b e rc r o s s s e c t i o nb e c o m e sp o l y g o n ，a n dt h e r ei s1 0 n g i t u d i n a lw o r m 一1 i k ec o n v o l u t i o n ：( 3 ) w 0 0 1a n dh a i rf i b e rl u s t e ri m p r o v e so b v i o u s l ya f t e rm o d i f i c a t i o nb ys t r e t c h i n g t r e a t m e n t ，w h i c hi sb e n e f i c i a lf o ri n c r e a s i n gt h eq u a l i t yo fw i g sa sw e l la s w o o lf a b r i e ：( 4 ) s u r f a c eh y d r o p h i l i c i t yo fm o d i f i e df i b e ri si m p r o v e d ，w h i c h i sg o o df o rd y e i n gp r o p e r t y ，b l e a c h i n ga n dr e a c t i v i t yo fw o o la n dh a i rf i b e r i nt h i sp a p e r ，c h a n g e so fc u t i c l el a y e ra n de p i c u t i e l es t r u c t u r ea f t e r s t r e t c h i n go rs t r e t c h i n g - - s e t t i n gt r e a t m e n to fw o o la n dh a i rf i b e ra r ea l s o a n a l y z e db ym e a n so fc u t i c l es u p e r f i c i a ls t r u c t u r eo b s e r v a t i o nt h r o u g hs e m ， a 1 1 w o r d e nr e a c t i o n ，a 1 1a m i n o a c i da n a l y s i sa n di n f r a r e ds p e c t r u ms t u d y i n g ， a n do nt h i sa c c o u n t i n q u i r i n gf i r s t l yi n t ot h em e c h a n i s mo fm o d i f i c a t i o no f w o o la n dh a i rf i b e rb ys t r e t c h i n g 0 nt h eo t h e rh a n d ，b o t hh u m a nh a l ra n dw o o l a r ea k e r a t i nf i h e r s t h e i rm e c h a n i s m so fs t r e t c h i n gm o d i f i c a t i o na r et h e s a m e 。b u tt h e i rs 朗o b s e r v a t i o na n dh e r b i gr e a c t i o np h e n o m e n o na r ed i f f e r e n t o b v i o u s l y ，s b o w i n gt h a t t h e r ea r eg r e a td i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e i rc u t i e l e s t r u c t u r e ，i ti sb e n e f i c i a lt oc o m p r e h e n s i v ek n o w l e d g eo fs i m i l a r i t i e sa n d d i f f e r e n c e sb e t w e e nh u m a nh a i ra n dw 0 0 1 p h d c a n d i d a t e ：l i nl i n ( c h e m i s t r ya n dc h e m i c a le n g i n e e r i n gd e p a r t m e n t ) d i r e c t e db yp r o f s h e ng a n q i n g k e y w o r d s ：h u m a nh a i r ，w o o l ，m o d i f i c a t i o n b ys t r e t c h i n g ，c u t i c l e ， s t r e n g t ha n de x t e n s i o np r o p e r t y ，b l e a c h i n g ，d y e i n g ，a o x 箱一章缔论 1 1 引论 第一章绪论 人类的头发被剪下后，常被用来制作高档次的假发套及戏剧用材料等。但中国人 的头发一般都是浓黑颜色，为了仿制世界各民族的发色及满足人们对发色的不同要 求，有必要将头发染成各种各样的颜色，为此染i ； 先必须对中国人的黑色头发进行漂 白。有关资料表明，催化剂存在下过氧化氢漂白法可使紫绒、驼绒等纤维得到有效的 漂白i l 3 】，但对于鳞片层较厚以及色素含量较多的人发纤维则效果不佳。若进行适当 的氧化前处理使人发纤维表面鳞片部分破坏、孔径增大，有利于试剂进入并作用于色 素，在此基础上的后续催化氧化漂白方可得较好的白度”4 3 。 近年来，环境保护问题已经成为纺织加工中的一个重要问题并受到越来越广泛的 关注，这一问题直接影响到纺织品染色及化学整理的发展方向【5 】。一些发达国家，尤 其是德国以及美国、同本等已颁布了系列法规或管理条例，对进口的商品尤其是对 与人体闩夜相接触的服装及纺织品制定了各种环境安全标准，而且所涉及的范围越来 越宽 6 , 7 1 。r 本7 0 年代颁布了日本对家庭用品中含有害物质的法律靓定和行政指 导；德国联邦卫生部要求从1 9 9 6 年4 月lf 1 起，凡含有被禁物质的消费品将不得在 德国生产、进口或出售；美国、荷兰和法国等世界服装品进口大国均在出台更为严格 的法规【7 - 9 】。1 9 9 5 年在意大利b i e l l a 市举行的第九届国际毛纺织研究会议把“在安全 的环境中求综合质量”作为主题，会上宣讲了很多针对有机卤化物问题的论文。 上述的人发漂白的氯化前处理加工过程中会产生可吸附的有机卤化物a o x ( a b s o r b a b l eo r g a n i ch a l o g e nc o m p o u n d s ) 【i 。】，这些可吸附有机卤化物不易生物降解， 同时具有亲油性，会与人体蛋白质或核酸发生作用或极易在生态环境中积聚并通过食 物链对人类造成危害，甚至能促使有机体突变产生致癌性，因此世界各国对其在废水 中的量限制得很严格，如德国规定a o x 的直接排放标准为0 1 m g l ，间接排放标准 为o 5 r a g l ：挪威、澳大利亚等也已实施了对a o x 排放标准的立法；瑞典、芬兰、 比利时、荷兰等国正在积极筹备制定法规限制a o x 的排放。其实有些可吸附的有机 卤化物本身就是环境荷尔蒙或产生环境污染的化学物质，所以对a o x 不可轻视，必 须采取有效的防范措施，加强管理，降低和消除废水中的a o x l 9 , 1 0 l 。因此，研究丌发 有利于环保的人发漂白新工艺已成为纺织工作者和假发制作商的努力目标之一。 另一方面，研究发现，氯化法破坏鳞片后再经催化氧化漂白处理，人发纤维的 鳞片层会因氧化受到更进一步的破坏，已不只是鳞片边缘钝化的闯题，而是部分鳞片 受损或被剥落绝大多数纤维的表面形态已是面目全非，个别纤维虽残存鳞片，但是 箱一章缔论 很不完整。有些生产厂家为了达到较高的白度以及染后梳理方便的需要，甚至将鳞片 层完全剥除。鳞片层的主要作用是保护内部皮质层不受损伤，一旦鳞片剥除后，皮质 层暴露于同光中，极易受到光氧化作用而脆损，强力很快下降1 ，致使假发套的使 用寿命大为缩短。因此，从改善假发套的品质方面来说，也需要开发一种能省去氯化 、前处理的漂白新工艺。 假发套制作商面对的另一问题是，由于中国人的发质较粗，所制成的假发套手感 也粗糙，满足不了客户新的更高的要求。 一1 4 一“。 解决人发漂白中a o x 污染的根本方法是避免使用氯化前处理步骤。经笔者的初 步试验表明，人发经拉伸处理后，其鳞片层某些部位被“拉豁” 1 2 3 ) 随机地产生许多 裂缝，有利于漂白试剂的渗入并作用于色素，可使人发同样地得到有效的漂白。另一 方面，人发拉伸后再经永久定型处理，其长度增加，纤度变细，从而可用于制作纤度 较细手感更佳的假发套。人发拉伸处理主要是物理改性过程，不涉及环保问题，因而 具有广阔的应用前景。 1 2 毛发等角蛋白纤维的结构 1 2 1 毛发的基本结构 羊毛和人发等角蛋白纤维都是由许多细胞聚集构成，具有近似于椭圆柱状的形状 ( 一般椭圆形横截面的长短轴之比在1 1 与1 3 之间) ，其直径、长度、卷曲以及起鳞 程度等差异很大。毛发的基本结构如图i 1 所示f ) 3 - j 6 ： 图1 1 羊毛的基本结构 虽然对毛发的某些结构目前尚未完全弄清楚，但它基本是由三部分组成的【1 7 - 1 9 ：包覆 第一章绪论 在纤维外部的鳞片层( c u t i c l e ) 、组成毛发实体主要部分的皮质层( c o r t e x ) 和处于纤维 中心因台空气而不透明的髓质层( m e d u l l a ) 。其中髓质层只存在于人发及较相的羊毛 中，有的呈连续状，有的呈断续状，细羊毛则无髓质层。含有髓质层的羊毛主要存在 于未改良的土种羊毛被上。羊毛结构中各部分成分列于表1 1 中3 。 表卜1 羊毛结构中各部分成分 纤维中的含量胱氨酸交聪窿蛋白类型备注 组织成分 摩尔分数， 鳞片襄层 o 16 角蛋白质瑚冰性 鳞片层鳞片外层 6 41 0 角蛋白质 鳞片内层 3 61 6 非角蛋白质亲水性 原纤住o4 7 角蛋白质 基嘱层绷照隧蚴 1 2 61 6 非角蛋白质亲水性 和细胞间质 熙匾 o 8 ，a 嘿自愿。，壁渣蠼 瓤5 6 5 噍剃厨潦撇蹑白质 1 _ 01 1 非角蛋白质亲水性 惰性摸1 55 角蛋白质还原酶法不溶： 1 2 2 鳞片层 鳞片层是由角质化的扁平状细胞通过细胞间质粘连而成，是毛纤维的外壳。鳞片 如鱼鳞或瓦片一样重叠覆盖，自由端均指向毛尖方向并包覆在羊毛纤维的表面，因其 形似动物鳞片故称为鳞片层。各种羊毛的鳞片大小基本上相近，平均宽度约2 8 1 a m 、 长度约3 6 0 m 、厚度约0 5 1 l a i n 。但鳞片在毛千上的覆盖密度，却因羊毛品种和粗细， 存在着较大的差异，因而鳞片的可见高度( 鳞片暴露程度) 和鳞片层的总厚度也不一 样。一般细羊毛鳞片的可见高度低于粗羊毛，鳞片层的总厚度则较粗羊毛为大1 2 l 】。鳞 片排列的密度和伸出于羊毛表面的程度，对羊毛光泽和表面性质影响较大。细羊毛鳞 片排列紧密，呈环状覆盖，伸出端较突出，所以光泽柔和。粗羊毛的鳞片排列较疏， 呈瓦片状或龟裂状覆盖【2 2 】，摩擦系数大，并有优良的缩绒性。同时粗毛的鳞片面积比 较大而且光滑，因此粗羊毛的光泽比细羊毛的明亮。 羊毛的鳞片层约占羊毛总量的1 0 【2 3 】，有着十分复杂的结构，其结构如图1 2 所示。羊毛的鳞片层由鳞片表层e p i 、鳞片外层e x o 和鳞片内层e n d 组成 2 4 - 2 73 , 鳞 片外层根据含硫量的不同又可分为鳞片外a 层和鳞片步 b 层，对鳞片各亚层的微细 结构目前仍仅有一些定性的结论。 第一章绪论 图1 2 羊毛的鳞片结构示意图 图1 3 羊毛鳞片表层化学结构模型伫9 】 1 鳞片表层鳞片表层又称为表皮细胞薄膜层，主要是含胱氨酸量达1 2 的 蛋白质。在鳞片的亚层中，鳞片表层含量最少( 厚度仅约为3 r i m ，重量约占羊毛的 o 1 1 2 7 ) ，但却是羊毛结构研究的一个重点。对于鳞片表层的化学结构及其性能一直 是羊毛科学家探讨和化学改性的对象。鳞片表层实质上就是一般的动物细胞表面的原 生质细胞膜转化而成的一层薄膜，具有良好的化学惰性，现在已知它具有耐碱、氧化 剂、还原剂和蛋白酶的作用【2 刖。处于暴露状态的鳞片部位( 可见部分) 的鳞片表层之 所以如此稳定，和其独特的化学结构有关( 如图1 3 所示) ，研究表明它不具备双脂 层结构特征，而是呈单层类脂结构，非极性基团外露。由于鳞片表面整齐的类脂层排 列，使羊毛具有拒水性能。现在己知羊毛表层的类脂的主要成分为1 8 一甲基二十酸 和二十酸，它和羊毛鳞片表层的蛋白以酯键和硫酯键结合，类脂层的厚度约为0 9n m 。 该结构己得到x 光光电分光光度计的证实。在类脂层之下为蛋白层，该蛋白层在肽 链间除有二硫键交联外，还存在酰胺键交联，该交联由谷氨酸和赖氨酸残基反应形成， 据估计，鳞片表层中5 0 的赖氨酸和谷氨酸残基形成了酰胺交联【捌。酰胺交联的存 第一章纬论 在，可能是鳞片表层具有较强耐化学性能的原因之一，由于酰胺交联的链长约为二硫 交联的二倍，这样使肽链之间具有较大的伸缩空间和韧性，故鳞片表层不易破裂。 2 ，鳞片外层鳞片外层位于鳞片表层之下，是层较厚的蛋白质，但在整个羊 毛鳞片中厚度分布并不均匀。鳞片外层主要由角质化蛋白质构成，在细羊毛中重量约 占羊毛总重的6 4 ，结构坚硬难以被膨化，是毛发鳞片的主要组成部分。它又可以 细分为鳞片外a 层和鳞片外b 层两层。a 层位于毛发的外侧，具有很高的含硫量， 胱氮酸残基的台量很高，约占3 5 ( 摩尔分数) ，即每三个氨基酸残基中就会有一个 胱氨酸残基，难被膨化，它同时也是毛发结构中含硫量最高的部位。胱氨酸以大量二 硫键形式存在，致使其微结构十分致密，且结构坚硬，有保护毛干的作用，能经得起 生长过程中的风吹同晒，经得起一般氧化剂、还原剂以及酸碱的作用，性质远比皮质 层稳定，以致于在毛发的漂、染等过程中成为阻挡各种试剂扩敖的“障壁”网。b 层位于内侧，其含硫量稍低，但是仍比其他部位的含硫量高。 鳞片外层内的蛋白质分子肽链主要是以无定型形式存在，这是由于胱氨酸含量过 多，难以有效地形成有序排列所致【2 0 】。 3 鳞片内层鳞片内层位于鳞片层的最内层，由含硫量很低的非角质化蛋白质 构成，其厚度在整个鳞片中的分布也不均匀，在细羊毛中重量约占3 6 ，由于鳞片 内层中只含约3 ( 摩尔分数) 的胱氨酸残基，且极性氨基酸的含量相当丰富，所以 其化学性质活泼，易于被化学试剂、水等膨润，可被蛋白酶消化1 2 7 1 。 鳞片层具有保护皮质层免受损伤的作用。如果毛发的鳞片层因过度漂白、永久定 型或剧烈化学试剂的作用而破坏，皮质层就会裸露，耐光性变差，严重影响其使用寿 命【3 1 1 。 1 2 3 皮质层 皮质层是由皮质细胞通过细胞间质粘连而成，它是毛发纤维的主要组成部分，占 毛发总体积的7 5 - 9 0 ! ”】。决定着毛发的主要物理、机械和化学性能( 如细度、长 度、断裂伸长、强度、弹性等) ，皮质细胞形似纺锤，其长约8 0 1 3 0 9 r n 、粗约2 5 岬。 在毛发纾维中皮质鲴胞一般分为两种，即结构相对疏松的o 皮质细胞和结构相对紧 密的p 皮质细胞，个别纤维中有时还含有介于两者之间的皮质细胞，但较为少见。不 同种的毛发纤维其o 、p 皮质细胞所占的比例以及分布差异极大。美利奴羊毛具有双 侧结构；马海毛的o