染整(第一章)

1、1 紡織工程專業(yè)課程紡織工程專業(yè)課程 2 紡織生產(chǎn)鏈紡織生產(chǎn)鏈：纖維生產(chǎn)纖維生產(chǎn)（天然紡織纖維的生長、制取，人造 纖維的生產(chǎn)）紡織加工紡織加工（紡紗機織、針織等 ） 非織造加工非織造加工（成網(wǎng)網(wǎng)的粘合等） 染整加工染整加工服裝等生產(chǎn)服裝等生產(chǎn)（最終產(chǎn)品end-use product, ultimate product)（消費者消費消費者消費廢棄廢棄 循環(huán)利用循環(huán)利用）。 純棉服裝加工工序純棉服裝加工工序：棉花種植采摘軋棉開清棉梳棉 并條成紗絡筒整經(jīng)（卷緯）漿紗穿經(jīng)織造 （坯布（坯布gray goodsgray goods）燒毛燒毛退漿退漿煮練煮練漂白漂白絲光絲光染染 色色印花印花整理（成品布整

2、理（成品布dyed and finished fabrics)dyed and finished fabrics)剪 裁縫制水洗整燙成品。 序言序言 (preface) 3 紡織品染整工藝學紡織品染整工藝學內容：內容： 涉及纖維、涉及纖維、坯布到成品布坯布到成品布的加工過程，包括織物的染色、的加工過程，包括織物的染色、 印花、整理印花、整理以及染前處理以及染前處理（from gray or greige from gray or greige goods to finished fabrics, including dying, goods to finished fabrics, inclu

3、ding dying, printing, finishing and the preparation of dying printing, finishing and the preparation of dying and finishingand finishing）。 紡織品染整加工的特點：紡織品染整加工的特點： 以化學加工為主的物理與化學加工（現(xiàn)也涉及一些生物以化學加工為主的物理與化學加工（現(xiàn)也涉及一些生物 化學）相結合的綜合加工?；瘜W）相結合的綜合加工。大多為化學加工，且多為濕大多為化學加工，且多為濕 加工（加工（chemical processing, wet processin

4、gchemical processing, wet processing）。）。 序言序言 (preface) 4 序序 言言(preface) 紡織品染整工藝學紡織品染整工藝學的主要內容的主要內容： 第一章：常用紡織纖維的結構和主要性能第一章：常用紡織纖維的結構和主要性能 第二章：染整用水和表面活性劑第二章：染整用水和表面活性劑 第三章：紡織品前處理第三章：紡織品前處理 第四章：紡織品的染色第四章：紡織品的染色 第五章：紡織品印花第五章：紡織品印花 第六章：紡織品的一般整理第六章：紡織品的一般整理 第七章：紡織品功能整理第七章：紡織品功能整理 第八章：生態(tài)紡織品第八章：生態(tài)紡織品 紡織品染整

5、工藝學紡織品染整工藝學的學習要求：的學習要求： 加工要求、加工方法和原理加工要求、加工方法和原理、工藝及設備。、工藝及設備。 5 第二章 染整用水和表面活性劑 6 7 8 第一節(jié) 印花概述 印花概念 印花設備 印花原糊 花筒的雕刻和篩網(wǎng)制作 電腦分色制板 第二節(jié) 涂料印花 涂料印花色漿的組成 印花工藝 第三節(jié) 纖維素纖維織物印花 直接印花 防染印花 拔染印花 第四節(jié) 蠶絲織物印花 蠶絲織物的直接印花 蠶絲織物的拔染印花和防印 印花 9 第六章 紡織品整理 第一節(jié) 整理概述 整理目的 整理分類和方法 第二節(jié) 棉織物整理 定形、光澤、軋紋整理 絨面、增白整理 手感、樹脂整理 第三節(jié) 毛織物整理 毛

6、織物濕整理 毛織物干整理 毛織物特種整理 第四節(jié) 絲織物整理 絲織物機械整理 絲織物化學整理 第五節(jié) 合成纖維織物熱定形 熱定形機理 熱定形設備與工藝 第六節(jié) 混紡和交織織物整理 滌/棉、滌/粘、滌/腈織物 整理 第七節(jié) 棉針織物防縮整理 10 11 12 13 14 課程教材：課程教材： 紡織品染整工藝學紡織品染整工藝學 參考資料：參考資料： 1.染整工藝原理（4冊） 2.紡織品染整工藝學 3.紡織品染整基礎（Textile Coloration and Finishing） 等。 最終成績構成：最終成績構成： 平時平時:20%:20%（課堂小測驗、章節(jié)作業(yè)、平時表現(xiàn)情況等）； 期終考試：期

7、終考試：8 80%。 15 第一章第一章 常用紡織纖維的結構和主要性能常用紡織纖維的結構和主要性能 染整加工對象：染整加工對象： 紡織品紡織品(textile products, textile items, (textile products, textile items, textiles)(fiber assembly)textiles)(fiber assembly)紡織纖維紡織纖維 (textile fibers)(textile fibers)高分子化合物高分子化合物（高聚物（高聚物 polymer ,polymer ,巨分子、大分子、巨分子、大分子、 macromoleculem

8、acromolecule， 長鏈分子長鏈分子 long-chain moleculelong-chain molecule）。）。 The basic unit from which fibers are created is a polymer, or long-chain molecule, sometimes called a macromolecule. 16 1、分子量很高分子量很高(have high molecular weight)； 2、多分散性、多分散性 分子量的多分散性：分子量的多分散性：數(shù)均分子量、重均分子量、 粘均分子量。 通常高分子物是由鏈節(jié)相同、聚合度不同的大分

9、子混合組成，大分子相互間鏈節(jié)數(shù)的相差為整數(shù)， 所以高分子物也稱為聚合同系物的混合物聚合同系物的混合物。 高分子化合物的特性高分子化合物的特性 17 3、復雜的分子鏈形、復雜的分子鏈形 高分子化合物分子鏈的幾何形狀，即鏈的結構形態(tài)主要高分子化合物分子鏈的幾何形狀，即鏈的結構形態(tài)主要 有有線型、支鏈型和體型線型、支鏈型和體型三種。三種。 通常制造化學纖維的高分子化合物都是通常制造化學纖維的高分子化合物都是線型或分支程度線型或分支程度 較小的支鏈型結構。較小的支鏈型結構。backbone chain, side chain(pendant)。 高分子化合物的特性高分子化合物的特性 18 高分子化合物

10、的術語高分子化合物的術語 聚合反應聚合反應(polymerization)：是指由低分子經(jīng)過：是指由低分子經(jīng)過 化學反應形成高分子產(chǎn)物的化學反應過程化學反應形成高分子產(chǎn)物的化學反應過程 。 單體單體(monomer)：聚合反應中參加反應的低分：聚合反應中參加反應的低分 子化合物稱為單體。子化合物稱為單體。 結構單元（重復單元結構單元（重復單元structure unit）：聚合物 中重復出現(xiàn)的基本單元，也稱為鏈節(jié)或重復單元 repeat unit（均聚物中）。 NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO n 結構單元結構單元 重復單元 CH2=CH2CH2 CH2 n HO CH2 CH2 OH

11、O CH2 CH2 n n n 19 均聚物均聚物( (homopolymer) )：由同一種單體聚合而成，如聚 乙烯，聚氧乙烯 。 共聚物共聚物(copolymer)：由兩種以上單體聚合而成。 根據(jù)結構單元有無重復性又分為有規(guī)共聚物和無規(guī)共聚物。 * *有規(guī)共聚物有規(guī)共聚物(tactic copolymer)(tactic copolymer)：結構單元完全有規(guī)則 的排列。 * *無規(guī)共聚物無規(guī)共聚物(random copolymer)(random copolymer)：結構單元排列沒有規(guī) 則，在分子鏈上是一種隨機分布。 聚合度聚合度(degree of polymerization)：聚

12、合物中結構單元的 數(shù)量，用DP表示，在分子結構示意式中用小寫n表示。 高分子化合物的術語高分子化合物的術語 20 同其它物質一樣，高分子材料的使用性能從本質上說是由 其化學組成所決定的，但還與材料的物理結構有著密切關 系。 高分子化合物的結構：高分子化合物的結構： 高分子化合物的結構包括大分子本身的結構大分子本身的結構和大分子之間大分子之間 的排列的排列（聚集態(tài)結構）兩方面。大分子可斂集成不同層次 的結構組織。在光學或電子顯微鏡中可觀察到這些不同層 次結構組織的形狀和內部結構，常稱之為形態(tài)結構或形態(tài)形態(tài)結構或形態(tài)。 高分子化合物的結構與性能高分子化合物的結構與性能 21 大分子本身的結構：大分

13、子本身的結構： 分子結構單元的化學結構：分子結構單元的化學結構： 組成高分子鏈的基礎是化學元素種類和數(shù)化學元素種類和數(shù) 量量、這些元素原子的鍵接方式、空間構象和一鍵接方式、空間構象和一 些結構異構體些結構異構體，這些可反映在結構單元的化學 結構上。 高分子化合物的元素組成和數(shù)量不一樣， 元素排列結構不一樣，結構單元的化學結構不 一樣，是形成不同材料的最根本因素。 高分子化合物的結構與性能高分子化合物的結構與性能 22 高分子鏈的構象結構高分子鏈的構象結構 ： 一般分子鏈不是伸展、而是呈卷曲狀態(tài)，稱 為高分子的空間構象（高分子的空間構象（configuration)。 高分子鏈構象之間很容易相互

14、變換，碳碳鍵 旋轉便可實現(xiàn)這種變換，所需能量不高，不象異 構體變換要破壞化學鍵，需要高能量。構象之間 轉換較容易，在常溫情況下，許多分子就因分子 熱運動而能容易地轉換構象。 高分子有許多的空間構象是高分子的內在特高分子有許多的空間構象是高分子的內在特 點，是高分子材料有彈性、柔性的基礎。點，是高分子材料有彈性、柔性的基礎。 高分子化合物的結構與性能高分子化合物的結構與性能 23 高分子化合物的聚集態(tài)結構高分子化合物的聚集態(tài)結構 高分子的分子間作用力使高分子聚集在一起，這種作 用力也稱高分子的內聚力（高分子的內聚力（cohesive force, cohesion），），定 義為將高分子分開所需

15、提供給高分子的能量。 高分子化合物分子很長，分子之間的作用力與低分子 相比，非常量大分子間的力具有加和性分子間的力具有加和性。 高分子大的內聚力使高分子在通常情況下只有固態(tài)，高分子大的內聚力使高分子在通常情況下只有固態(tài)， 在較高溫度下有液態(tài)，而沒有氣態(tài)。在較高溫度下有液態(tài)，而沒有氣態(tài)。 高分子的固態(tài)結構很復雜，有結晶態(tài)結晶態(tài)(crystalline area)、 無定形態(tài)無定形態(tài)(amorphous area)和取向態(tài)和取向態(tài)。在這三類中，實際 上又有許多形態(tài)。 高分子化合物的結構與性能高分子化合物的結構與性能 24 纖維結構三層次： 化學結構化學結構分子結構，纖維最小結構元素（納米、埃）分子

16、結構，纖維最小結構元素（納米、埃） 決定決定纖維物化性能（纖維物化性能（major determinant)major determinant) 超分子結構超分子結構分子聚集體結構（超微觀）分子聚集體結構（超微觀） 影響影響纖維物化性能纖維物化性能 形態(tài)結構形態(tài)結構分子聚集體的聚集結構（微觀）分子聚集體的聚集結構（微觀） 第一章 高分子化合物的結構與性能高分子化合物的結構與性能 25 學習了解纖維主要化學性質的目的：學習了解纖維主要化學性質的目的： 1利用性質進行染色等化學加工； 2利用性質防止在化學加工中造成對纖 維的損傷； 3利用性質進行纖維的改性。 26 常用纖維 第一節(jié) 纖維素纖維的結

17、構和主要化學性能 以纖維素分子為基本化學結構的纖維。 以- D-葡萄糖剩基為結構單元的高分子化合物。 天然纖維：棉、麻、 絲、毛 纖維素纖維 蛋白質纖維 化學纖維：粘膠、 滌綸、錦綸、睛綸 再生纖維 合成纖維 染整所 用方法 決定因 素 第一章 常用紡織纖維的結構和主要性能常用紡織纖維的結構和主要性能 27 棉纖維的生長、制取及形態(tài)結構特點棉纖維的生長、制取及形態(tài)結構特點 棉纖維棉纖維：由胚珠的表皮細胞經(jīng)過伸長和加厚而形成單細胞纖維。 上端尖而封閉，下端粗而敞口，整根纖維為細長的扁平帶狀 （ribbon like shaped），縱向有螺旋形天然扭曲 （convolution），橫截面呈腰圓形

18、（kidney shaped）。 28 長度長度：2345 mm；細度：0.150.2tex ；扭曲數(shù)：60120個/cm. 單細胞纖維的化學成分單細胞纖維的化學成分：纖維素94% wt.,蠟狀物0.6%wt.,灰分1.2%wt., 果膠物0.9%,含氮物等。 結構與性質結構與性質： *初生胞壁（初生胞壁（primary wallprimary wall）-層厚 0.10.2 m，決定棉纖維表 面性質。外層由果膠物質和蠟狀物組成（角皮層），內二層是纖維素 網(wǎng)狀結構，橫纏豎繞。拒水性，影響染整，前處理的去除對象。 *次生胞壁（次生胞壁（second wallsecond wall） -層厚約4m

19、 ，占90%wt.，共生雜 質少，決定棉纖維性質。層中很多同心日輪，同心輪按走向 S、Z、S 分三層，纖維走向與軸向夾角2030度，走向變化，內層直。 *胞腔（胞腔（medullamedulla，lumen)lumen) -中空，占橫截面1/10，含蛋白質和 色素，決定棉纖維顏色。染料和化學處理劑通道染料和化學處理劑通道。 空腔的大小及纖維細胞壁的厚薄視棉花的品種及成熟度 (maturity)而定。 29 棉纖維的制取及初加工：棉纖維的制取及初加工： 籽棉軋制ginning（軋棉皮輥軋棉r(nóng)oller ginning、鋸齒軋棉saw ginning）（皮棉 ginned cotton）原棉。 含

20、糖棉（糖污棉honeydew cotton）的處理。 30 麻纖維：麻纖維：韌皮纖維 (bast fiber，stem fiber, phloem fiber)、葉 纖維(leaf fiber)、果殼纖維(nut husk fiber)的總稱。 韌皮植物莖結構韌皮植物莖結構：青皮、韌皮部、木質部、髓腔。 苧麻苧麻 (ramie)(ramie)：中國草：中國草 苧麻麻莖剝皮（扯剝、砍剝）麻皮刮青原麻脫膠 精干麻（degummed ramie)。（單纖維紡紗） 亞麻亞麻(flax)(flax)： 亞麻麻莖（原莖）浸漬(retting)干莖碎莖、打麻 （breaking and scutching)

21、打成麻。（工藝（束）纖維 紡紗） 黃洋麻黃洋麻(jute, kenaf)(jute, kenaf)： 黃麻、洋麻麻莖漚麻（清洗retting ）熟麻。（束纖維 紡紗） 麻纖維的生長、制取及形態(tài)結構特點麻纖維的生長、制取及形態(tài)結構特點 31 麻纖維形態(tài)結構特點麻纖維形態(tài)結構特點 苧麻、亞麻、黃麻等韌皮纖維苧麻、亞麻、黃麻等韌皮纖維：厚壁、端閉、狹腔單細胞。 長短、外形、成分各異。纖維素含量不高（伴生物含量高）。 特點：特點： 縱向縱向：豎紋和橫節(jié)，端頭多樣：錘頭、分支形（苧麻），細 尖（亞麻）、鈍角形（黃麻、大麻）。 橫截面橫截面：腰圓形、橢圓形或多角形。 長徑長徑：苧麻20250mm(長),3

22、0-40m(徑)； 亞麻1725mm(長),12-17 m(徑)； 洋麻 26mm (長),1433 m(徑) 黃麻24mm (長), 1518 m(徑) 。 32 粘膠纖維形態(tài)結構特點粘膠纖維形態(tài)結構特點 特點：特點： *人造纖維，形態(tài)與紡絲成形方法有關。常規(guī)粘 膠纖維縱向為平直的圓柱體。 *橫截面：不規(guī)則的鋸齒形，有皮芯(sheath-core) 結構，皮層較芯層結構，結晶度、取向度高。 *纖維較純凈，在紡絲生產(chǎn)中已除雜。 粘膠（粘膠（Rayon,viscose)Rayon,viscose)纖維經(jīng)典的生產(chǎn)方法：纖維經(jīng)典的生產(chǎn)方法： 取之于木材等的天然纖維素堿纖維素老化纖維素磺 酸酯溶于氫氧

23、化鈉紡絲液噴絲頭凝固浴纖維素 （纖維狀）。 33 作業(yè)：作業(yè)： 查閱Modal纖維和Tencel纖維的生產(chǎn)工藝 及化學結構、超分子結構及形態(tài)結構特 點 34 二、纖維素纖維的化學結構二、纖維素纖維的化學結構 *纖維素纖維纖維素纖維： 來源不同，形態(tài)結構不同，但其化學分子的單元結構和鏈接方單元結構和鏈接方 式都一樣式都一樣由由-D-D-葡萄糖殘基（?；ㄆ咸烟菤埢ㄊ；╣lucose residueglucose residue） 彼此以彼此以1 1，4 4苷鍵聯(lián)結而成苷鍵聯(lián)結而成 。 *纖維素分子化學式：纖維素分子化學式：(C6H10O5)n 式中n：聚合度dp（degree of po

24、lymerization) 不同種纖維，葡萄糖剩基單元數(shù)不同，即平均分子鏈長不同。 n：1000015000(棉、麻)；n：250500（粘膠）； n：500-600 （富強纖維）； n：450-550（Modal纖維）； n：500550 （Tencel纖維） 35 纖維素分子結構式纖維素分子結構式 化學結構特點：化學結構特點： 1) 每個環(huán)上有三個OH，反應活性點 2) 環(huán)間O（苷鍵）連接 3) 鏈端：有一個半縮醛羥基（潛在醛基），具還原性 4) 鏈剛性，氫鍵（hydrogen bond）多，強度高。 36 三、纖維素纖維的化學性質三、纖維素纖維的化學性質 由纖維素分子化學結構所決定，受超

25、分子結構、由纖維素分子化學結構所決定，受超分子結構、 形態(tài)結構影響形態(tài)結構影響。 根據(jù)纖維素的化學結構，纖維素的化學反應主要通過根據(jù)纖維素的化學結構，纖維素的化學反應主要通過 兩方面表現(xiàn)出來：兩方面表現(xiàn)出來： 1.1.與苷鍵有關的反應。與苷鍵有關的反應。大分子截斷的反應（水解劑與大分子截斷的反應（水解劑與 苷鍵相互作用，在一定條件下引起苷鍵的斷裂）苷鍵相互作用，在一定條件下引起苷鍵的斷裂） 2.2.與羥基有關的反應。與羥基有關的反應。很多試劑都能與葡萄糖基環(huán)中很多試劑都能與葡萄糖基環(huán)中 的羥基發(fā)生反應，生成不同的纖維素衍生物。的羥基發(fā)生反應，生成不同的纖維素衍生物。 37 1 1、與酸、與酸(

26、acid)(acid)作用作用 酸促使苷鍵水解(hydrolysis)：酸做為催化劑（酸做為催化劑（catalyst) 38 酸使纖維素纖維織物初始手感變硬，然后強度嚴 重下降。 酸的種類、作用時間、溫度、纖維結構影響水解 反應速率。 生產(chǎn)上應用生產(chǎn)上應用：含氯漂白劑漂白后，稀酸處理，起 進一步漂白作用；中和過剩堿；爛花、蟬翼等新 穎印花處理。 用酸注意用酸注意：稀酸、低溫、洗凈，避免帶酸干燥。 酸的作用酸的作用 39 2.與堿（與堿（alkali)作用作用 常溫稀堿中穩(wěn)定，濃堿溶脹，高溫稀堿有氧氣易氧化、斷 裂苷鍵，強力下降。 濃堿溶脹：濃堿溶脹：各向異性、不可逆各向異性、不可逆。 徑向溶脹

27、大，縱向小 結晶度下降，無定形區(qū)增加 棉織物絲光、堿縮處理理論根據(jù)。 反應：反應：酸性纖維素分子與堿擬醇鈉反應 C2H5OH + NaOH C2H5ONa + H2O Cell-OH + NaOH Cell-ONa+ H2O + 熱; or以分之間力結合 Cell-OHNaOH +熱 反應可逆，水洗除堿，恢復纖維素分子。 40 溶脹（溶脹（swelling）：）：絕大多數(shù)的線型高分子物都絕大多數(shù)的線型高分子物都 能在適當?shù)娜軇┲邪l(fā)生溶解，但在溶解以前，能在適當?shù)娜軇┲邪l(fā)生溶解，但在溶解以前， 可以觀察到體積顯著增大的現(xiàn)象，這是低分子可以觀察到體積顯著增大的現(xiàn)象，這是低分子 物中所沒有的一種現(xiàn)象

28、，通常稱之為溶脹。物中所沒有的一種現(xiàn)象，通常稱之為溶脹。 對于無取向的高分子物來說，這種溶脹是各向對于無取向的高分子物來說，這種溶脹是各向 同性的，但是對于具有某種取向的線型高分子同性的，但是對于具有某種取向的線型高分子 物，例如紡織纖維，則存在著各向異性。物，例如紡織纖維，則存在著各向異性。 實際上可以將高分子物在某種溶劑中的溶解看實際上可以將高分子物在某種溶劑中的溶解看 作是一種無限溶脹。作是一種無限溶脹。 41 3、與氧化劑(oxidizing agent, oxidant)(oxidizing agent, oxidant)作用 纖維素分子對不同氧化劑作用有不同的敏感程度。強氧化劑 完

29、全分解纖維素。中、低強度氧化劑在一定條件下氧化分解 纖維素能力弱，可用來漂白織物。 發(fā)生氧化的情況：發(fā)生氧化的情況：堿性介質條件下，空氣中的O2直接氧化； 漂白處理。 氧化反應：氧化反應： Cell-OH + O Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH 還原型 -CHO，=C=O，潛在損傷 氧化纖維素： 酸型 -COOH 42 防止發(fā)生氧化的措施防止發(fā)生氧化的措施： （1）堿性介質條件下加工時，隔絕與氧氣的接觸（采 用較大浴比water bath，bath ratio；加壓加工時排 凈空氣）； （2）加還原劑(reductant,reducing agent)； （3）采用

30、合理的漂白工藝參數(shù)(parameter)。 4.4.纖維素對還原劑穩(wěn)定。纖維素對還原劑穩(wěn)定。 5.5.纖維素的酯醚化反應纖維素的酯醚化反應 酯醚化反應一般以堿纖維素作為中間過程。利用酯醚化 反應，可改變纖維的性質。 (酯醚化程度用DS表示) 43 四、纖維素纖維的超分子結構四、纖維素纖維的超分子結構 超分子結構：超分子結構：在分子結構基礎上、由許多個分子集聚時所形成的 分子聚集態(tài)結構。介于纖維形態(tài)結構和分子結構之間。描述纖維 中長鏈分子（高分子）排列狀態(tài)、排列方向、聚集松緊程度。 無定形區(qū) 超分子結構 結晶度-結晶區(qū)所占重量% 結晶區(qū) 取向度-鏈或微晶向與纖維軸向夾角 棉、麻、絲光棉、粘膠 結

31、晶度：70、90、 50 、40 % 超分子結構模型：纓 狀原纖模型（fringed- fibril model) 取向度值： ：1； ：0； ：角度 1：取向最高。 44 超分子結構與性能超分子結構與性能 超分子結構對纖維的化學、物理或力學性能影響很大。超分子結構對纖維的化學、物理或力學性能影響很大。 結晶度與物理性能結晶度與物理性能：結晶度高，分子間緊密、作用力大， 纖維強度大；纖維斷裂在于超分子結構缺陷處。結晶度低， 分子間松散，纖維強度也較低，斷裂延伸度可能較大。 取向度與物理性能取向度與物理性能：取向度高（絲光棉），纖維強度高， 斷裂延伸度降低，因為分子鏈、微晶排列軸向平行，分子 間

32、作用力大，應力集中點（缺陷）少，分子鏈不易斷裂和 滑移。 超分子結構與化學性能超分子結構與化學性能：結晶度高，結構緊密，空隙小又 少，化學物質不能進入結晶區(qū)，例如染料分子不易進入， 只在無定形區(qū)，得色深不易（麻）。(可極度accessibility) 45 作業(yè)：作業(yè)： 比較棉纖維、苧麻纖維、普通粘膠纖維、 Modal纖維和Tencel纖維的分子結構、超 分子結構、形態(tài)結構及性能的異同。 46 第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質纖維的結構和主要性能蛋白質纖維的結構和主要性能 蛋白質分子為最小組成單元。 天然羊毛、絲、 蛋白質纖維： 人造大豆、牛奶、蠶 蛹、豬毛等。一、一、 蛋白質（蛋白質（protein）的

33、基本知識）的基本知識 蛋白質分子：蛋白質分子：由-氨基酸(amino acid)縮合反應而得的高分子。 組成元素：組成元素：C、H、O、N，少量S、P、I、 分子鏈：分子鏈： NH2CHC-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOH R1 R2 Ra Rb -NH-CHR-CO-：氨基酸?；?amino acid residue)，構成 蛋白質大分子主鏈（多肽鏈polypeptide chain）。 側基 -R：20多種，即20多種氨基酸。 47 多肽鏈中各種氨基酸按一定順序相互連多肽鏈中各種氨基酸按一定順序相互連 接而成蛋白質的接而成蛋白質的初級結構初級結構。 由主鏈和側鏈上各種基

34、團間的氫鍵、鹽由主鏈和側鏈上各種基團間的氫鍵、鹽 式鍵、胱氨酸鍵（二硫鍵）等構成蛋白式鍵、胱氨酸鍵（二硫鍵）等構成蛋白 質的質的空間構象空間構象。 48 蛋白質分子副鍵：蛋白質分子副鍵：由分子主鏈、側基的極性或非極性基 團、離子基團相互作用而成。由于副鍵數(shù)量眾多而能穩(wěn)定由于副鍵數(shù)量眾多而能穩(wěn)定 蛋白質分子空間構象。蛋白質分子空間構象。副鍵種類如下圖： s s o Ho c N H o c c o o CH2 NH3 疏水鍵 (hydrophobic bonding) 二硫鍵(sulphur linkage, cystine linkage) 離子鍵(salt linkage) 氫鍵 (hydr

35、ogen bonding) 蛋白質副鍵圖蛋白質副鍵圖 49 蛋白質的性質蛋白質的性質 蛋白質兩性性質：蛋白質兩性性質： H+3N-P-COOH H2N-P-COOH H2N-P-COO- H+3N-P-COO- 等電點等電點(PI)：蛋白質分子上正、負電荷數(shù)量相等時溶液的蛋白質分子上正、負電荷數(shù)量相等時溶液的pH值值。 此時分子不會向電極移動。羊毛的PI: 4.2-4.8, 桑蠶絲的PI： 3.5-5.2。等電點時纖維溶脹、溶解度最低。 低pH值時： 高pH值時： 酸堿濃度高、 或鹽多時，內外pH一致。 H+ OH-OH- H+ pH內pH外 pH內1h （3）永定（新形態(tài)固定住,不收縮） 2

36、、熱：、熱： 耐干熱性差 3、水、水 和蒸汽：和蒸汽：吸濕，回潮率14%。水中異向溶脹。沸水、蒸 汽中長時間，分解（-S-S-)、失重。 53 羊毛纖維主要性質羊毛纖維主要性質 4、酸、酸 ：耐酸，pH2-4沸染，H2SO4炭化除草。高濃酸，損傷羊 毛：肽鍵水解、氨離子化、離子鍵拆開重接。 5、堿、堿 ：堿使羊毛嚴重損傷、變黃、溶解、含S降低：主鏈水解、 氨基酸水解、離子鍵拆開、二硫鍵斷開。 CO CO CO CO CH-CH2-S-S-CH2-CH - CH-CH2-NH-(CH2)4-CH NH NH NH NH 6、還原劑：、還原劑：羊毛二硫鍵、離子鍵被還原劑斷開，羊毛損傷。 7、氧化劑

37、：、氧化劑：強氧化劑分解羊毛，中強氧化劑對羊毛有損傷作用， 控制條件可漂白羊毛：NaClO, H2O2 OH- 54 三、蠶絲結構和性能三、蠶絲結構和性能 蠶絲形態(tài)結構、超分子結構、分子結構示意： （SCAN） 形態(tài)結構 分子結構-折疊鏈 蠶絲組成蠶絲組成：絲素7080%，絲膠2030%，其他雜質：少量。 55 與羊毛區(qū)別與羊毛區(qū)別： 1、組成-C、H、O、N，硫很少。 2、構成絲素的氨基酸主要是簡單的乙氨酸、丙氨簡單的乙氨酸、丙氨 酸、絲氨酸酸、絲氨酸組成，絲素的分子鏈含有許多-CONH- 鍵結構，肽鏈在結晶區(qū)幾乎是完全展直的。另外 還有有較大側基的芳香族氨基酸、單氨基二羧基有較大側基的芳香

38、族氨基酸、單氨基二羧基 氨基酸和單羧基二氨基氨基酸氨基酸和單羧基二氨基氨基酸，形成無定形區(qū)， 屬于折疊鏈構象折疊鏈構象。 無 -螺旋構象。 56 絲素性質絲素性質 絲素結構絲素結構：分子線形、支形，聚合度400500，晶區(qū)伸直鏈，不 如羊毛彈性、延伸。無定形區(qū)親水基集中， 絲素性質絲素性質： v 吸濕性吸濕性：10% ，水中異向溶脹。 v 耐熱性耐熱性 ：好，120也不變。熱傳導性低，保暖性好。 v 鹽作用鹽作用 ： 因交聯(lián)少， 溶脹、溶解。高價鹽溶脹不明顯，被 絲素吸收后增重。 v 酸作用酸作用 ：不如羊毛。酸縮處理。絲鳴（scroop)處理。 v 堿作用堿作用 ：差，比羊毛好。弱堿性精練。

39、 v 氧化還原氧化還原 ：氧化與羊毛相似，漂白不用NaClO。耐還原劑。 57 絲膠性質絲膠性質 絲膠結構絲膠結構：無定形、球狀蛋白(globular protein)，從外到里分四 個層次。組成：側基含較多親水基團（-COOH、-OH、-NH2）， 支化程度比絲素高。 絲膠性質絲膠性質：絲膠吸濕性好，水易進入，具有水溶性。低溫溶脹， 在100沸水煮能溶解，脫膠：pH10，95 ，30分鐘。 絲膠結構不穩(wěn)定，在存放中會變性，無規(guī)結構變成折疊鏈晶狀， 疏水基分布到絲膠表面。變性后絲膠不易溶于水，對蠶絲脫膠 不利。 （SCAN）結構圖 58 第三節(jié)第三節(jié) 合成纖維的結構和主要性能合成纖維的結構和主

40、要性能 化纖制取工藝：化纖制取工藝： 合成成纖聚合物（fiber-forming polymer）、制備紡絲液 （spinning solution)、紡絲（spinning）、拉伸（stretching, drawing）等后處理 化纖紡絲方法：化纖紡絲方法： wet spinning dry spinning (solvent spinning) melt spinning emulsion spinning 另有另有gel spinning，film splitting（裂膜紡絲）等。（裂膜紡絲）等。 59 一般化學纖維多以一般化學纖維多以單一組分單一組分的高分子物紡制而成，但的高分子物

41、紡制而成，但 為了能使纖維獲得某些獨特的性能，也可制成為了能使纖維獲得某些獨特的性能，也可制成雙組分雙組分 纖維纖維（bicomponent fiber），習慣上稱為），習慣上稱為復合纖維復合纖維 （或復合絲）。（或復合絲）。 兩種組分在纖維截面上的分布狀態(tài)兩種組分在纖維截面上的分布狀態(tài): 并列型（并列型（side by side type） 皮芯型皮芯型(sheath-core type) 基質原纖型（基質原纖型（matrix-fibril type母體小纖維型，海島母體小纖維型，海島 型）型） 第三節(jié)第三節(jié) 合成纖維的結構和主要性能合成纖維的結構和主要性能 60 合成纖維形態(tài)結構（和超分子

42、結構）與紡絲方法、噴合成纖維形態(tài)結構（和超分子結構）與紡絲方法、噴 絲口形狀相關性大，比天然纖維的形態(tài)結構簡單，絲口形狀相關性大，比天然纖維的形態(tài)結構簡單， 層次少。層次少。 一、滌綸（一、滌綸（PET）（）（polyester)的結構和主要性能的結構和主要性能 聚對苯二甲酸乙二醇酯聚對苯二甲酸乙二醇酯 (polyethylene terephthalate) 熔紡法熔紡法melt spinning 形態(tài)結構：形態(tài)結構：縱向光滑、均勻無條痕，橫向圓形實體，或異形。 第三節(jié)第三節(jié) 合成纖維的結構和主要性能合成纖維的結構和主要性能 61 滌綸分子滌綸分子 分子結構特點：分子結構特點： 只有弱極性基

43、團（酯基），吸濕性差、染色性差。只有弱極性基團（酯基），吸濕性差、染色性差。 -COO-酯基具有一定反應性，如水解；但苯基、亞乙基穩(wěn)酯基具有一定反應性，如水解；但苯基、亞乙基穩(wěn) 定，故滌綸定，故滌綸化學穩(wěn)定性好化學穩(wěn)定性好。 分子線性、沒有大的側基及支鏈，分子線性、沒有大的側基及支鏈， 規(guī)整，分子聚集時容易規(guī)整，分子聚集時容易 緊密堆積（結晶），使纖維形狀、強度好。緊密堆積（結晶），使纖維形狀、強度好。 -OCH2CH2O- 具柔性，故可折疊。具柔性，故可折疊。 ： HO-CH2-CH2-O-C- C O-CH2-CH2-OH n OO 62 超分子結構：超分子結構：與紡絲工藝有關與紡絲工藝有

44、關初生絲：完全初生絲：完全 無定形。經(jīng)熱拉伸，無定形。經(jīng)熱拉伸，4060%結晶度。成形后的滌結晶度。成形后的滌 綸纖維仍然可以再經(jīng)加熱熔化，是綸纖維仍然可以再經(jīng)加熱熔化，是熱塑性纖維熱塑性纖維 （thermoplastic fiber）。）。 超分子結構模型：超分子結構模型：折疊鏈纓狀原纖模型折疊鏈纓狀原纖模型伸直鏈伸直鏈 晶體晶體+折疊鏈晶體折疊鏈晶體+無定形區(qū)。無定形區(qū)。 63 滌綸性能滌綸性能 滌綸性能滌綸性能： 1、熱性能熱性能 ：耐熱難分解；熱穩(wěn)定形變小。 Tg：67（完全無定形）、81（部分結晶）、125（纖維， 取向且結晶），軟化點：230，熔化點：255 2、吸濕性吸濕性： 0

45、.40.5%吸濕率。易洗快干；靜電、玷污 3、染色性染色性：結構緊密、孔隙小，缺極性基團，難染。用小、弱 極性分散染料。 4、化學反應化學反應：結構緊密、分子穩(wěn)定。 耐酸 堿中易水解 ： 堿剝皮現(xiàn)象 耐氧化劑、還原劑作用 64 二、錦綸二、錦綸(尼龍尼龍nylon, 屬屬polyamide)的結構和性能的結構和性能 錦綸形態(tài)結構：錦綸形態(tài)結構：熔紡法制成熔紡法制成，縱向光滑無條痕，截面一般為，縱向光滑無條痕，截面一般為 圓形。圓形。 錦綸超分子結構：錦綸超分子結構：折疊鏈纓狀原纖模型。與滌綸相比，模型折疊鏈纓狀原纖模型。與滌綸相比，模型 類似，但容易結晶，在初生纖維沒拉伸前就有結晶結構。結類似

46、，但容易結晶，在初生纖維沒拉伸前就有結晶結構。結 晶度可達晶度可達5070%。 錦綸分子結構：錦綸錦綸分子結構：錦綸6、 錦綸錦綸66、SCAN 65 錦綸性能錦綸性能 熱性能熱性能 ： 耐熱性差，100以上空氣中容易熱氧化發(fā)黃、 分解。玻璃化溫度3560（錦綸6）和4060（錦綸66）。 軟化點160180（錦綸6）和235（錦綸66）。 吸濕性吸濕性：疏水纖維，吸濕性在合成纖維中僅次于維綸， 4%。 染色性染色性：容易染色，染滌綸、羊毛、絲的染料如分散染料、 酸性染料等都可染錦綸。 化學性能化學性能：耐堿性好，耐酸性差。 中強氧化劑如次氯酸鈉、過氧化氫使錦綸纖維強度降低、 變黃，漂白用亞氯

47、酸鈉、還原劑。 分子間通過羰基和亞胺基形成氫鍵。錦綸6分子間氫鍵少些。 66 三、腈綸三、腈綸(acrylic)的結構和主要性能的結構和主要性能 腈綸的形態(tài)結構：腈綸的形態(tài)結構：主要為濕法紡絲濕法紡絲所制?？v向表面象樹皮、粗 糙，有軸向溝槽，橫截面為圓形，啞鈴形（干法紡絲）。 腈綸的分子結構：腈綸的分子結構：三元共聚物三元共聚物 SCAN 第一單體85%以上，只有第一單體，纖維性能不好，脆、彈性手感差、不 易染色 第二單體10%，改善纖維結構，減弱氰基之間的作用力結構單體 第三單體5% ，結合染料基團，利于染色染色單體。 腈綸超分子結構：腈綸超分子結構：研究至今不明。與氰基、分子組成有關。 準

48、晶結構（二維有序），擬晶體，屬無定形，但高度有序結構。纖維中 有螺旋鏈結構。 67 腈綸性能腈綸性能 熱性能熱性能 ：熱穩(wěn)定性差，因為只有準晶結構，受熱時，分子 鏈易自由取向，無外力時形變收縮大。耐熱性較好，高溫變 黃，更高溫制碳纖維更高溫制碳纖維。玻璃化溫度有二個：7080， 140150。 吸濕性吸濕性： 12%，只有弱極性基團氰基 染色性染色性 ：主要由第三單體決定，與第二單體有關，用陽離 子染料或其他染料。 化學性能化學性能 ： 耐酸和弱堿，強堿中由于氰基水解快，而發(fā)黃、 溶解。 對紡織上常用氧化劑和還原劑穩(wěn)定。 耐日光、防霉耐菌。燃燒時有毒性氣體釋放。 68 四、聚氨酯四、聚氨酯(p

49、olyurethane)彈性纖維的結構和性能彈性纖維的結構和性能 氨綸氨綸(spandex)，聚氨基甲酸酯纖維，聚氨基甲酸酯纖維。嵌段共聚高分子（segmented copolymer，block polymer） ，以-NHCOO-為特征。 分子示意式： -O-CHNRNHC-NHRNH-CNHRNHC-O- 有硬段和軟段，軟段有聚酯或聚醚兩種，硬段為芳香族二異氰 酸酯 。 聚氨酯性能聚氨酯性能： 彈性彈性 ：400% 強度：強度：低，47cN/tex（分子間作用力?。?染色性能：染色性能：可用染錦綸染料 化學性能化學性能 ：聚醚型耐酸，但變黃。聚酯型不耐堿。都不耐氯 漂 O O OO 69 化學結構：化學結構：基本組成物質為等規(guī)聚丙烯，熔體紡絲熔體紡絲。 超分