纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能培訓(xùn)課件

纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能§4.1棉和麻纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)

1.棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)

長度約25—45毫米，寬度約17-22(12-20)微米(沿長度方向粗細(xì)不均勻)。一般，較長的纖維，直徑也較小，質(zhì)量較高。

2纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能在一般光學(xué)顯微鏡中的形態(tài)結(jié)構(gòu)見圖3—1。3纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能從圖3-1可以看出，正常成熟棉纖維的縱向呈扁平帶狀，并具有天然扭曲，纖維愈細(xì)，天然扭曲愈多。4纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

根據(jù)這些觀察的結(jié)果和進(jìn)一步的研究資料，結(jié)合棉纖維生長的情況，人們提出了有關(guān)棉纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)模型，如圖3-4所示。5纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能(1)角皮層：角皮層是棉纖維極薄的最外層。由油蠟和果膠物質(zhì)所組成。(2)初生胞壁：初生胞壁厚約0.1～0.2μm．棉纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)模型6纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能(3)次生胞壁：是棉纖維的主體部分，約占整個(gè)纖維總重量的90%以上。(4)胞腔：纖維生長階段，形成薄壁小管。7纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能原棉纖維在銅銨溶液中的溶脹現(xiàn)象8纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

棉纖維的組成，隨著棉的品種的不同略有出入。一般棉纖維中除了含有纖維素外，大約還含有6～10%的天然雜質(zhì).

9纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能2.麻纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)麻的種類很多，可作衣用紡織纖維的主要是苧麻和亞麻。亞麻和苧麻是生長在韌皮植物上的纖維，也稱為韌皮纖維。10纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

11纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能從圖3-7中可看到纖維上具有豎紋和橫節(jié)。12纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能表3-2幾種麻纖維的長度和截徑纖維長度（毫米）截徑（微米）苧麻亞麻大麻黃麻127～15211～3813～252～520～7511～2016～5020～2513纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能§4.2纖維素的分子結(jié)構(gòu)

纖維素是一種多糖物質(zhì)，主要是由很多葡萄糖剩基聯(lián)結(jié)起來的線型大分子，分子式可寫成(C6H10O5)n。分子結(jié)構(gòu)式：14纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能15纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能◆纖維素是β-d-葡萄糖?；舜艘?，4甙鍵聯(lián)結(jié)而成的大分子。纖維素分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：16纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

纖維素分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

◆纖維素分子中的葡萄糖?；?不包括兩端的)上有三個(gè)自由存在的羥基，其中2、3位上是兩個(gè)仲醇基，6位上是一個(gè)伯醇基，它們具有一般醇基的特性；

◆在左端的葡萄糖?；隙己兴膫€(gè)自由存在的羥基，在右端的?；泻幸粋€(gè)潛在的醛基；

◆纖維素大分子中含有許多羥基，可形成氫鍵。17纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

掃描電鏡如圖3—9所示。§4.3纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

1.電子顯微鏡的研究

18纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能棉纖維粉碎后的電子顯微鏡圖

19纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能1）X射線衍射圖

X射線是射線是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有力工具。棉和絲光棉纖維的X射線的衍射圖如下：2.X－射線的研究20纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

無論棉或絲光棉的X射線的衍射圖說明這兩個(gè)纖維的超分子結(jié)構(gòu)不是完全無定形的，而是有晶體存在的。21纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能絲光前的棉纖維絲光后的棉纖維2）晶胞參數(shù)22纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能23纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能根據(jù)這些資料可以建立起纖維超分子結(jié)構(gòu)模型。

3.纖維超分子結(jié)構(gòu)模型

24纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能根據(jù)這些資料可以建立起纖維超分子結(jié)構(gòu)模型。◆纓狀微胞的模型和理論:

3.纖維超分子結(jié)構(gòu)模型

25纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能◆纓狀原纖模型：

纖維素大分子的基本單元是原纖。在原纖中也有少數(shù)大分子分支出去組成其它的原纖，成為連續(xù)的網(wǎng)狀組織。26纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能這種模型的特點(diǎn)在于它具有較高的連續(xù)性。

根據(jù)這個(gè)模型，纖維中仍然是存在著結(jié)晶部分和無定形部分。27纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能§4.4纖維素纖維的主要物理-機(jī)

械性能

一、纖維的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

紡織品在服用過程中，要受到多種機(jī)械力的作用。28纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能1.應(yīng)力-應(yīng)變曲線29纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

對(duì)棉、麻和粘膠纖維的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行比較:

麻棉粘膠強(qiáng)度高中低延伸度低低高屈服點(diǎn)無無有初楊氏模量高中低30纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

2.纖維素纖維的斷裂棉纖維：濕態(tài)強(qiáng)度＞干態(tài)強(qiáng)度粘膠纖維：濕態(tài)強(qiáng)度＜干態(tài)強(qiáng)度31纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

棉纖維：大分子上具有較多羥基，分子間會(huì)形成大量的氫健。聚合度高，結(jié)晶度又高，斷裂原因：主要是主鏈斷裂。

32纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

但對(duì)粘膠纖維來說，大分子的聚合度較低，只有250～500左右，結(jié)晶度低，取向度也不高，它斷裂主要的原因是：分子鏈或其他結(jié)構(gòu)單元間的相對(duì)滑移。33纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

彈性性質(zhì)是紡織纖維的一項(xiàng)主要的物理-機(jī)械性能，這里所指的彈性主要是指纖維從形變中回復(fù)原狀的能力。二、彈性性質(zhì)34纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

纖維的彈性大小可采用形變回復(fù)度和功回復(fù)度來表示，定義如下：

完全回復(fù)時(shí)的形變回復(fù)度為1(或100%)，完全不回復(fù)者為0，不完全回復(fù)者則介于0～1之間。1.彈性指標(biāo)35纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能2.一次負(fù)荷彈性回復(fù)拉伸（按一定速率）→保持伸長（60s）→去除負(fù)荷至零（按一定速率）→放置一定時(shí)間（180s）36纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能3.多次負(fù)荷彈性回復(fù)37纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能蠕變

即當(dāng)一定的外力加到纖維上時(shí)，纖維會(huì)發(fā)生一個(gè)瞬時(shí)伸長，接著便開始了蠕變過程，即外力不變，伸長會(huì)隨著時(shí)間的延長而增大，直至平衡。

蠕變現(xiàn)象38纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能§4.5纖維素的主要化學(xué)性質(zhì)一、纖維素纖維進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的特征二、吸濕和溶脹三、酸對(duì)纖維素的作用四、纖維素的氧化五、堿對(duì)纖維素纖維的作用六、其他的化學(xué)作用39纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能一、纖維素纖維進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的特征

從纖維素的分子結(jié)構(gòu)來看，它至少可能進(jìn)行下列兩類化學(xué)反應(yīng)：1、甙鍵（醚鍵）2、羥基反應(yīng)伯羥基、仲羥基反應(yīng)能力不同

40纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

從纖維素纖維的形態(tài)和超分子結(jié)構(gòu)來看，在保持纖維狀態(tài)下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，具有不均一的特征。41纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能二、吸濕和溶脹

纖維中水分的含量通常是采用吸濕率或回潮率以及含水率這兩項(xiàng)指標(biāo)表示的。42纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

*纖維由于吸濕而發(fā)生的溶脹現(xiàn)象基本上是可逆的。

*溶脹只發(fā)生在纖維無定形部分，而結(jié)晶部分不發(fā)生溶脹。43纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能三、酸對(duì)纖維素的作用

●在染整工藝過程中常常會(huì)用酸來處理織物。

44纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

從反應(yīng)中我們得出:◆氫離子在纖維素水解反應(yīng)中起著催化作用。45纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能①銅值是指100克纖維素能使二價(jià)銅還原成一價(jià)銅的克數(shù)。

隨著甙鍵的水解，導(dǎo)致纖維素聚合度的降低和潛在醛基的增加，因此可采用測定聚合度、銅值①來判斷纖維素受到酸損傷的程度。46纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能綜上所述纖維素對(duì)酸的作用，一般是比較敏感的，有關(guān)的影響因素說明如下：(1)溫度：升溫加劇水解，符合阿累尼烏斯經(jīng)驗(yàn)估計(jì)(2)濃度：濃度高水解嚴(yán)重(3)時(shí)間：時(shí)間長水解嚴(yán)重(4)酸的種類：強(qiáng)無機(jī)酸水解嚴(yán)重、弱無機(jī)酸水解程度較低；有機(jī)酸水解程度低；羥基多元有機(jī)酸在高溫時(shí)會(huì)有較強(qiáng)的水解。47纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能四、纖維素的氧化

1.氧化產(chǎn)物

48纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能從纖維素的分子結(jié)構(gòu)來看，經(jīng)緩和氧化后的產(chǎn)物可能如下：49纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

按理來說纖維的強(qiáng)度和纖維素銅銨溶液的粘度，不致嚴(yán)重降低，但是實(shí)際情況并不完全如此。氧化纖維素:纖維素與氧化劑作用后生成的一系列產(chǎn)物，它是一混合物。50纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能分為：選擇性氧化劑，非選擇性氧化劑。選擇性氧化劑:1）NaClO2。能使?jié)撛谌┗?、醛基氧化成羧基。?duì)于未受其他損傷的纖維素纖維，氧化反應(yīng)主要發(fā)生在分子鏈末端2)NO2、N2O4。主要是伯羥基氧化成羧基。3）HIO4。主要會(huì)使得2、3位的羥基氧化成醛基。非選擇性氧化劑:雙氧水、次氯酸鹽等2.氧化劑51纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能有些時(shí)會(huì)出現(xiàn)纖維素銅銨溶液的粘度顯著下降，而強(qiáng)度變化不大，但不穩(wěn)定，經(jīng)過堿處理后便大幅度下降。我們把這種現(xiàn)象稱之為纖維受到“潛在損傷”。3.氧化纖維素的特點(diǎn)

1）有潛在損傷52纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可用β-分裂（裂解）的反應(yīng)來加以說明：

β-分裂必須具備下列條件：1、帶有吸電子基團(tuán)2、α位有—H3、β位有—O—鍵53纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

研究結(jié)果表明產(chǎn)物Ⅵ對(duì)纖維強(qiáng)度的影響雖然不太大，但對(duì)堿的作用卻是很不穩(wěn)定的，能沿虛線處分裂：當(dāng)醛基氧化成羧基時(shí)，因誘導(dǎo)效應(yīng)而不形成β—分裂（裂解）54纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

2）具有還原性和酸性55纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能五、堿對(duì)纖維素纖維的作用堿對(duì)纖維素纖維的作用（NaOH）

棉布印染廠常常利用燒堿進(jìn)行織物的處理和加工。棉纖維對(duì)堿具有良好的穩(wěn)定性。與結(jié)構(gòu)中的醚鍵、羥基結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。56纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

濃堿NaOH的作用1844年，英國化學(xué)家J.Mercer的試驗(yàn)現(xiàn)象：57纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能NaOH的作用過程Cell-OHI堿纖維素水合纖維素（絲光纖維素）Cell-OHII濃NaOH58纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

水合理論

纖維素中的羥基可視作為具有弱酸性質(zhì)的基團(tuán)，與濃堿作用時(shí)可示意為：59纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

當(dāng)堿液濃度達(dá)到一定程度后，繼續(xù)提高堿液濃度，使鈉離子的水化層變薄，因而纖維溶脹反而減小。

例如在堿液中加有鹽如NaCl可見，電解質(zhì)的加入會(huì)降低絲光效果60纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

經(jīng)過水洗后得到水合纖維素，用X射線法可以證明它的結(jié)晶度是比較低的，從70%(棉)降低到50%(絲光棉)，晶格參數(shù)也與天然纖維素不同。

這些變化說明纖維的超分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的變化。

纖維素Ⅰ向纖維素Ⅱ的轉(zhuǎn)變。

61纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

除了燒堿外，其它的堿金屬氫氧化物也能引起纖維素的溶脹，一些金屬離子水化能力的大小如下：Li>Na>K>Rb>Cs棉經(jīng)過濃NaOH的作用，發(fā)生的變化：應(yīng)用62纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能六、液氨的作用液氨與纖維素反應(yīng)可以形成兩種產(chǎn)物。氨化纖維素Ⅰ、氨化纖維素Ⅱ。區(qū)別在于，結(jié)合氨的數(shù)量不同。去除氨后，形成纖維素Ⅲ。結(jié)構(gòu)與纖維素Ⅱ。處理后的效果與絲光效果相近。63纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能64纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能七、銅氨氫氧化物的作用纖維素在銅氨溶液中會(huì)產(chǎn)生無限溶脹——溶解作用。常用銅氨溶液、銅乙二氨溶液。其中銅氨溶液容易出現(xiàn)氧化損傷，所以在工業(yè)化應(yīng)用中不普遍。可以生產(chǎn)銅氨纖維素纖維，大規(guī)模主要在日本，產(chǎn)品質(zhì)量良好。65纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能1.一般酯化、醚化反應(yīng)纖維素可與下列試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：67纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能2.接枝聚合反應(yīng)

這里所述的接枝聚合反應(yīng)，是指在纖維素分子主鏈上接上一些較短的合成聚合體支鏈的反應(yīng)。

68纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能鏈的轉(zhuǎn)移法接枝

69纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能§4.6粘膠纖維一、粘膠纖維的生產(chǎn)二、結(jié)構(gòu)三、性能70纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能一、粘膠纖維的生產(chǎn)

粘膠纖維是以天然纖維素如木材等為原料，經(jīng)過一定的化學(xué)加工制造而成的。

71纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

用二硫化碳進(jìn)行處理稱為黃化(或黃酸化)，其反應(yīng)可表示如下：纖維素－OH+NaOH→纖維素－ONa+H2O72纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

纖維素的再生：纖維素－O－CS2-+H+→纖維素－OH+CS273纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

市場上出現(xiàn)的“富強(qiáng)纖維”，簡稱“富纖”是一種高濕強(qiáng)度的粘膠纖維。74纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能二、結(jié)構(gòu)

粘膠纖維的基本組成物質(zhì)和棉、麻等一樣都是纖維素但聚合度較低，一般粘膠纖維約在250～500左右，而富強(qiáng)纖維為550～650。75纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能一般粘膠纖維在顯微鏡中的形態(tài)：76纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能

普通粘膠纖維的結(jié)晶度約為30～40%(密度法35%，重氫交換紅外法