纺织品染整学(序言、第一章_11.2)(精品).ppt

1 纺织工程专业课程纺织工程专业课程End崔运花序言序言(preface)我国纺织工业现状我国纺织工业现状纺织大国纺织大国 世界最大的世界最大的纺织生产国纺织生产国：我国纺织工业纤维加工总量2009年已超3780万吨，超过世界的50%；化学纤维产量2730万吨，超过世界的50%；纱产量2393万吨，布产量710亿米。世界最大的世界最大的纺织消费国纺织消费国：人均纤维消费量2007年已达15kg，超过世界平均值28%。世界最大的世界最大的纺织服装出口国纺织服装出口国：纺织品服装出口额1995年已居世界第一位。我国纺织工业存在问题：我国纺织工业存在问题：中国并非纺织强国。从整体上看，行业自主中国并非纺织强国。从整体上看，行业自主创新能力仍相对薄弱，具有自主知识产权的创新能力仍相对薄弱，具有自主知识产权的原创关键技术研发进展相对缓慢，新产品自原创关键技术研发进展相对缓慢，新产品自主开发和设计能力仍有不足，应用电子、信主开发和设计能力仍有不足，应用电子、信息、自动化、新材料等高新技术改造提升纺息、自动化、新材料等高新技术改造提升纺织产业的研究和创新能力仍有待提高。由于织产业的研究和创新能力仍有待提高。由于行业规模大，集中度低，企业间技术装备水行业规模大，集中度低，企业间技术装备水平差异较大，大量中小企业的技术装备与国平差异较大，大量中小企业的技术装备与国际先进水平相比较也仍有差距。际先进水平相比较也仍有差距。序言序言(preface)实现纺织强国目标的途径：实现纺织强国目标的途径：加快科技进步，实现纺织科技生产力的跨越加快科技进步，实现纺织科技生产力的跨越式发展，并以此为支撑转变发展方式，是实式发展，并以此为支撑转变发展方式，是实现现2020年纺织强国目标的根本途径。年纺织强国目标的根本途径。建议学习文件：建议学习文件：1.工业和信息化部工业和信息化部关于推进纺织产业转移的关于推进纺织产业转移的指导意见指导意见2.中国纺织工业协会中国纺织工业协会纺织工业纺织工业“十二五十二五”科技进步纲要科技进步纲要序言序言(preface)5纺纺织织生生产产链链：纤纤维维生生产产（天然纺织纤维的生长、制取，人造纤维的生产）纺织加工纺织加工（纺纱机织、针织等）非织造加工非织造加工（成网网的粘合等）染染整整加加工工服服装装等等生生产产（最终产品end-use product,ultimate product)（消费者消费消费者消费废弃废弃 循环利用循环利用）。纯纯棉棉服服装装加加工工工工序序：棉花种植采摘轧棉开清棉梳棉并条成纱络筒整经（卷纬）浆纱穿经织造（坯坯布布gray gray goodsgoods）烧烧毛毛退退浆浆煮煮练练漂漂白白丝丝光光染染色色印印花花整整理理（成成品品布布dyed dyed and and finished finished fabrics)fabrics)剪裁缝制水洗整烫成品。序言序言(preface)6纺织纺织品整理学品整理学内容：内容：涉及涉及坯布到成品布坯布到成品布的加工的加工过过程，包括程，包括织织物的染色、印花、物的染色、印花、整理整理以及染整前处理以及染整前处理（from gray or from gray or greigegreige goods to goods to finished fabrics,including dying,printing,finished fabrics,including dying,printing,finishing and the preparation of dying and finishing and the preparation of dying and finishingfinishing）。纺织品染整加工的特点：纺织品染整加工的特点：以化学加工为主的物理与化学加工（现也涉及一些生物以化学加工为主的物理与化学加工（现也涉及一些生物化学）相结合的综合加工。化学）相结合的综合加工。大多大多为为化学加工，且多化学加工，且多为为湿湿加工（加工（chemical processing,wet processingchemical processing,wet processing）。）。序言序言(preface)7序序 言言(preface)纺织品整理学纺织品整理学的主要内容的主要内容：第一章：常用纺织纤维的结构和主要性能第一章：常用纺织纤维的结构和主要性能第二章：染整用水和表面活性剂第二章：染整用水和表面活性剂第三章：纺织品的印染前处理第三章：纺织品的印染前处理第四章：纺织品的染色第四章：纺织品的染色第五章：纺织品印花第五章：纺织品印花第六章：纺织品的一般整理第六章：纺织品的一般整理第七章：纺织品功能整理第七章：纺织品功能整理纺织品整理学纺织品整理学的学习要求：的学习要求：各工序加工要求、加工方法和原理各工序加工要求、加工方法和原理、工艺及设备。、工艺及设备。末页8课程教材：课程教材：纺织品整理学纺织品整理学参考资料：参考资料：1.染整工艺原理（4册）2.纺织品染整工艺学3.纺织品染整基础（Textile Coloration and Finishing）等。最终成绩构成：最终成绩构成：平时平时:30%:30%（课堂小测验、章节作业、平时出席情况等）；期终考试：期终考试：70%。9第一章第一章 常用纺织纤维的结构和主要性能常用纺织纤维的结构和主要性能染整加工对象：染整加工对象：纺织品纺织品(textile products,textile items,(textile products,textile items,textiles)(fiber assembly)textiles)(fiber assembly)纺织纤维纺织纤维(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、macromoleculemacromolecule，长链分子长链分子 long-chain moleculelong-chain molecule）。）。Thebasicunitfromwhichfibersarecreatedisapolymer,orlong-chainmolecule,sometimescalledamacromolecule.101、分子量很高分子量很高(havehighmolecularweight)；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：数均分子量、重均分子量、粘均分子量。通常高分子物是由链节相同、聚合度不同的大分通常高分子物是由链节相同、聚合度不同的大分子混合组成，大分子相互间链节数的相差为整数子混合组成，大分子相互间链节数的相差为整数，所以高分子物也称为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113、复杂的分子链形、复杂的分子链形高高分分子子化化合合物物分分子子链链的的几几何何形形状状，即即链链的的结结构构形形态态主主要要有有线型、支链型和体型线型、支链型和体型三种。三种。通通常常制制造造化化学学纤纤维维的的高高分分子子化化合合物物都都是是线线型型或或分分支支程程度度较较 小小 的的 支支 链链 型型 结结 构构。backbone chain,side chain(pendant)。高分子化合物的特性高分子化合物的特性12高分子化合物的术语高分子化合物的术语 聚合反应聚合反应(polymerization)：是指由低分子经过：是指由低分子经过化学反应形成高分子产物的化学反应过程化学反应形成高分子产物的化学反应过程。单体单体(monomer)：聚合反应中参加反应的低分子：聚合反应中参加反应的低分子化合物称为单体。化合物称为单体。结构单元（重复单元结构单元（重复单元structure unit）：聚合物中重复出现的基本单元，也称为链节或重复单元repeatunit（均聚物中）。13 均均聚聚物物(homopolymer)：由由同同一一种种单单体体聚聚合合而而成成，如如聚聚乙乙烯，聚氧乙烯烯，聚氧乙烯。共聚物共聚物(copolymer)：由两种以上单体聚合而成。：由两种以上单体聚合而成。根据结构单元有无重复性又分为有规共聚物和无规共聚物。根据结构单元有无重复性又分为有规共聚物和无规共聚物。*有有规规共共聚聚物物(tactic(tactic copolymer)copolymer)：结结构构单单元元完完全全有有规规则则的排列的排列。*无无规规共共聚聚物物(random(random copolymer)copolymer)：结结构构单单元元排排列列没没有有规规则，在分子链上是一种随机分布。则，在分子链上是一种随机分布。聚聚合合度度(degree of polymerization)：聚聚合合物物中中结结构构单单元元的的数量，用数量，用DP表示，在分子结构示意式中用小写表示，在分子结构示意式中用小写n n表示。表示。高分子化合物的术语高分子化合物的术语 14同其它物质一样，高分子材料的使用性能从本质上说是由其化学组成所决定的，但还与材料的物理结构有着密切关系。高分子化合物的结构：高分子化合物的结构：高分子化合物的结构包括大分子本身的结构大分子本身的结构和大分子之间的大分子之间的排列排列（聚集态结构）两方面。大分子可敛集成不同层次的结构组织。在光学或电子显微镜中可观察到这些不同层次结构组织的形状和内部结构，常称之为形态结构或形态形态结构或形态。高分子化合物的结构与性能高分子化合物的结构与性能15 大分子本身的结构：大分子本身的结构：分子结构单元的化学结构：分子结构单元的化学结构：组成高分子链的基础是化学元素种类和数化学元素种类和数量量、这些元素原子的键接方式、空间构象和一键接方式、空间构象和一些结构异构体些结构异构体，这些可反映在结构单元的化学结构上。高分子化合物的元素组成和数量不一样，元素排列结构不一样，结构单元的化学结构不一样，是形成不同材料的最根本因素。高分子化合物的结构与性能高分子化合物的结构与性能16高分子链的构象结构高分子链的构象结构：一般分子链不是伸展、而是呈卷曲状态，称为高分子的空间构象（高分子的空间构象（configuration)。高分子链构象之间很容易相互变换，碳碳键旋转便可实现这种变换，所需能量不高，不象异构体变换要破坏化学键，需要高能量。构象之间转换较容易，在常温情况下，许多分子就因分子热运动而能容易地转换构象。高分子有许多的空间构象是高分子的内在特高分子有许多的空间构象是高分子的内在特点，是高分子材料有弹性、柔性的基础。点，是高分子材料有弹性、柔性的基础。高分子化合物的结构与性能高分子化合物的结构与性能17 高分子化合物的聚集态结构高分子化合物的聚集态结构高分子的分子间作用力使高分子聚集在一起，这种作用力也称高分子的内聚力（高分子的内聚力（cohesive force,cohesion），），定义为将高分子分开所需提供给高分子的能量。高分子化合物分子很长，分子之间的作用力与低分子相比，非常量大分子间的力具有加和性分子间的力具有加和性。高分子大的内聚力使高分子在通常情况下只有固态，高分子大的内聚力使高分子在通常情况下只有固态，在较高温度下有液态，而没有气态。在较高温度下有液态，而没有气态。高分子的固态结构很复杂，有结晶态结晶态(crystalline area)、无定形态无定形态(amorphous area)和取向态和取向态。在这三类中，实际上又有许多形态。高分子化合物的结构与性能高分子化合物的结构与性能18纤维结构三层次纤维结构三层次：化学结构化学结构分子结构，纤维最小结构元素（纳米、埃）分子结构，纤维最小结构元素（纳米、埃）决定决定纤维物化性能（纤维物化性能（major determinant)major determinant)超分子结构超分子结构分子聚集体结构（超微观）分子聚集体结构（超微观）影响影响纤维物化性能纤维物化性能形态结构形态结构分子聚集体的聚集结构（微观）分子聚集体的聚集结构（微观）末页第一章高分子化合物的结构与性能高分子化合物的结构与性能19学习了解纤维主要化学性质的目的：学习了解纤维主要化学性质的目的：1利用性质进行染色等化学加工；利用性质进行染色等化学加工；2利用性质防止在化学加工中造成对纤利用性质防止在化学加工中造成对纤 维的损伤；维的损伤；3利用性质进行纤维的改性。利用性质进行纤维的改性。20常用纤维第一节 纤维素纤维的结构和主要化学性能 以纤维素分子为基本化学结构的纤维。以-D-葡萄糖剩基为结构单元的高分子化合物。天然纤维：棉、麻、丝、毛纤维素纤维蛋白质纤维化学纤维：粘胶、涤纶、锦纶、睛纶再生纤维合成纤维染整所用方法决定因素末页第一章常用纺织纤维的结构和主要性能常用纺织纤维的结构和主要性能21棉纤维的生长、制取及形态结构棉纤维的生长、制取及形态结构特点特点棉纤维棉纤维：由胚珠的表皮细胞经过伸长和加厚而形成单细胞纤维。上端尖而封闭，下端粗而敞口，整根纤维为细长的扁平带状（ribbon like shaped），纵向有螺旋形天然扭曲（convolution），横截面呈腰圆形（kidney shaped）。end22结构与性质结构与性质：*初生胞壁（初生胞壁（primary wallprimary wall）-层厚0.10.2m，决定棉纤维表面性质。外层由果胶物质和蜡状物组成（角皮层），内二层是纤维素网状结构，横缠竖绕。拒水性，影响染整，前处理的去除对象。*次生胞壁（次生胞壁（second wallsecond wall）-层厚约4m，占90%wt.，共生杂质少，决定棉纤维性质。层中很多同心日轮，同心轮按走向S、Z、S分三层，纤维走向与轴向夹角2030度，走向变化，内层直。*胞腔（胞腔（medullamedulla，lumen)lumen)-中空，占横截面1/10，含蛋白质和色素，决定棉纤维颜色。染料和化学处理剂通道染料和化学处理剂通道。空腔的大小及纤维细胞壁的厚薄视棉花的品种及成熟度(maturity)而定。长度长度：2345mm；细度：0.150.2tex；扭曲数：60120个/c单细胞纤维的化学成分单细胞纤维的化学成分：纤维素94%wt.,蜡状物0.6%wt.,灰分1.2%wt.,果胶物0.9%,含氮物等。23棉纤维的制取及初加工：棉纤维的制取及初加工：籽棉轧制ginning（轧棉皮辊轧棉rollerginning、锯齿轧棉sawginning）（皮棉ginnedcotton）原棉。含糖棉（糖污棉honeydewcotton）的处理。24麻麻纤纤维维：韧皮纤维(bastfiber，stemfiber,phloemfiber)、叶纤维(leaffiber)、果壳纤维(nuthuskfiber)的总称。韧皮植物茎结构韧皮植物茎结构：青皮、韧皮部、木质部、髓腔。苎麻苎麻 (ramie)(ramie)：中国草：中国草苎麻麻茎剥皮（扯剥、砍剥）麻皮刮青原麻脱胶精干麻（degummed ramie)。（单纤维纺纱）亚麻亚麻(flax)(flax)：亚麻麻茎（原茎）浸渍(retting)干茎碎茎、打麻（breaking and scutching)打成麻。（工艺（束）纤维纺纱）黄洋麻黄洋麻(jute,(jute,kenafkenaf)：黄麻、洋麻麻茎沤麻（清洗retting）熟麻。（束纤维纺纱）麻纤维的生长、制取及形态结构特点麻纤维的生长、制取及形态结构特点25麻纤维形态结构麻纤维形态结构特点特点苎麻、亚麻、黄麻等韧皮纤维苎麻、亚麻、黄麻等韧皮纤维：厚壁、端闭、狭腔单细胞。长短、外形、成分各异。纤维素含量不高（伴生物含量高）。特点：特点：纵向纵向：竖纹和横节，端头多样：锤头、分支形（苎麻），细尖（亚麻）、钝角形（黄麻、大麻）。横截面横截面：腰圆形、椭圆形或多角形。长径长径：苎麻20250mm(长),30-40m(径)；亚麻1725mm(长),12-17m(径)；洋麻26mm(长),1433m(径)黄麻24mm(长),1518m(径)。26再生纤维素再生纤维素纤维形态结构特点纤维形态结构特点特点：特点：*人造纤维，形态与纺丝成形方法有关。常规粘胶纤维纵向为平直的圆柱体。*横截面：不规则的锯齿形，有皮芯(sheath-core)结构，皮层较芯层结构，结晶度、取向度高。*纤维较纯净，在纺丝生产中已除杂。粘胶（粘胶（Rayon,viscose)Rayon,viscose)纤维经典的生产方法：纤维经典的生产方法：取之于木材等的纯化天然纤维素碱纤维素老化纤维素磺酸酯溶于氢氧化钠纺丝液喷丝头凝固浴纤维素（纤维状）。27作业：作业：1.查阅Modal纤维和Tencel纤维的生产工艺及化学结构、超分子结构及形态结构特点2.查阅彩棉、木棉及其它纤维素纤维的基本信息。28二、纤维素纤维的化学结构二、纤维素纤维的化学结构*纤维素纤维纤维素纤维：来源不同，但其化学分子的单元结构和链接方式都一样单元结构和链接方式都一样由由-D-D-葡萄糖残基（剩基）（葡萄糖残基（剩基）（glucose residueglucose residue）彼此以）彼此以1 1，4 4苷苷键联结而成键联结而成。*纤维素分子化学式：纤维素分子化学式：(C6H10O5)n式中n：聚合度dp（degreeofpolymerization)不同种纤维，葡萄糖剩基单元数不同，即平均分子链长不同不同种纤维，葡萄糖剩基单元数不同，即平均分子链长不同。n：1000015000(棉、麻)；n：250500（粘胶）；n：500600（富强纤维）；n：450550（Modal纤维）；n：500550（Tencel纤维）29纤维素分子结构式纤维素分子结构式化学结构特点：化学结构特点：1)每个环上有三个OH，反应活性点2)环间O（苷键）连接3)链端：有一个半缩醛羟基（潜在醛基），具还原性具还原性4)链刚性，氢键（hydrogenbond）多，强度高。30三、纤维素纤维的化学性质三、纤维素纤维的化学性质由纤维素分子化学结构所决定，受超分子结构、形态结构影响。根据纤维素的化学结构，纤维素的化学反应主要通过两方面表现出来：1.与与苷苷键键有有关关的的反反应应。大分子截断的反应（水解剂与苷键相互作用，在一定条件下引起苷键的断裂）2.与羟基有关的反应。与羟基有关的反应。很多试剂都能与葡萄糖基环中的羟基发生反应，生成不同的纤维素衍生物。311 1、与酸、与酸(acid)(acid)作用作用苷键对无机酸和高温水的作用是不稳定的。苷键对无机酸和高温水的作用是不稳定的。酸促使苷键水解(hydrolysis)：酸做为催化剂（酸做为催化剂（catalyst)32酸使纤维素纤维织物初始手感变硬，然后强度严重下降。酸的种类、作用时间、温度、纤维结构酸的种类、作用时间、温度、纤维结构影响水解反应速率。生产上的应用生产上的应用：含氯漂白剂漂白后，用稀酸处理，起去氯和进一步漂白作用；中和过剩碱；用于烂花、蝉翼等新颖印花处理。用酸注意用酸注意：稀酸、低温、洗净，避免带酸干燥。酸的作用酸的作用332.与碱（与碱（alkali)作用作用常温稀碱中稳定；高温稀碱有氧气时易氧化、断裂苷键，强力下降；浓碱下：浓碱下：径向溶胀大、纵向小径向溶胀大、纵向小 *溶胀溶胀：各向异性、不可逆各向异性、不可逆。*结晶度下降，无定形区增加结晶度下降，无定形区增加 *反应：反应：酸性纤维素分子与碱拟醇钠反应C2H5OH+NaOHC2H5ONa+H2OCell-OH+NaOHCell-ONa+H2O+热;或以分子间力结合Cell-OH+NaOHCell-OHNaOH+热反应可逆，水洗除碱，恢复纤维素分子。棉织物丝光、碱缩处理理论根据。棉织物丝光、碱缩处理理论根据。34溶胀（溶胀（swelling）：）：绝大多数的线型高分子物都绝大多数的线型高分子物都能在适当的溶剂中发生能在适当的溶剂中发生溶解溶解，但在溶解以前，但在溶解以前，可以观察到可以观察到体积显著增大体积显著增大的现象，这是低分子的现象，这是低分子物中所没有的一种现象，通常称之为物中所没有的一种现象，通常称之为溶胀溶胀。对于无取向的高分子物来说，这种溶胀是各向对于无取向的高分子物来说，这种溶胀是各向同性的，但是对于具有某种取向的线型高分子同性的，但是对于具有某种取向的线型高分子物，例如纺织纤维，则存在着各向异性。物，例如纺织纤维，则存在着各向异性。实际上可以将高分子物在某种溶剂中的实际上可以将高分子物在某种溶剂中的溶解看溶解看作是一种无限溶胀作是一种无限溶胀。353、与氧化剂(oxidizing agent,oxidant)(oxidizing agent,oxidant)作用纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。强氧化剂完全分解纤维素。中、低强度氧化剂在一定条件下氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。发生氧化的情况：发生氧化的情况：碱性介质条件下，空气中的O2直接氧化；漂白处理。氧化反应：氧化反应：Cell-OH+OCell-CHO,Cell-C=O,Cell-COOH还原型-CHO，=C=O，潜在损伤氧化纤维素：酸型-COOH36防止发生氧化的措施防止发生氧化的措施：（1）碱性介质条件下加工时，隔绝与氧气的接触（采用较大浴比water bath，bath ratio；加压加工时排净空气）；（2）加还原剂(reductant,reducing agent)；（3）采用合理的漂白工艺参数(parameter)。4.4.纤维素对还原剂纤维素对还原剂:稳定。稳定。5.5.纤维素的酯醚化反应纤维素的酯醚化反应酯醚化反应一般以碱纤维素作为中间过程。利用酯醚化反应，可改变纤维的性质。(酯醚化程度用DS表示)37四、纤维素纤维的超分子结构四、纤维素纤维的超分子结构超分子结构超分子结构：在分子结构基础上、由许多个分子集聚时所形成的分子聚集态结构聚集态结构。介于纤维形态结构和分子结构之间。描述纤维描述纤维中中长链分子（高分子）排列状态、排列方向、聚集松紧程度长链分子（高分子）排列状态、排列方向、聚集松紧程度。无定形区超分子结构结晶度-结晶区所占重量%结晶区取向度-链或微晶向与纤维轴向夹角棉、麻、丝光棉、粘胶结晶度：70、90、50、40%超分子结构模型：超分子结构模型：缨状原纤模型（fringed-fibrilmodel)取向度值：1；：0；：角度1：取向最高。38超分子结构与性能超分子结构与性能超分子结构超分子结构对纤维的化学、物理或力学性能影响很大。对纤维的化学、物理或力学性能影响很大。结晶度与物理性能结晶度与物理性能：结晶度高，分子间紧密、作用力大，纤维强度大；纤维断裂在于超分子结构缺陷处。结晶度低，分子间松散，纤维强度也较低，断裂延伸度可能较大。取向度与物理性能取向度与物理性能：取向度高（丝光棉），纤维强度高，断裂延伸度降低，因为分子链、微晶排列轴向平行，分子间作用力大，应力集中点（缺陷）少，分子链不易断裂和滑移。超分子结构与化学性能超分子结构与化学性能：结晶度高，结构紧密，空隙小又少，化学物质不能进入结晶区，例如染料分子不易进入，只在无定形区，得色深不易（麻）。(可极度accessibility)39作业：作业：比较棉纤维、苎麻纤维、普通粘胶纤维、Modal纤维和Tencel纤维的分子结构、超分子结构、形态结构及性能的异同。40第二节第二节 蛋白质纤维的结构和主要性能蛋白质纤维的结构和主要性能蛋白质分子为最小组成单元。天然羊毛、丝、蛋白质纤维：人造大豆、牛奶、蚕蛹、猪毛等。一、蛋白质（一、蛋白质（protein）的基本知识）的基本知识蛋白质分子：蛋白质分子：由-氨基酸(aminoacid)缩合反应而得的高分子。组成元素：组成元素：C、H、O、N，少量S、P、I、分子链：分子链：NH2CHC-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOHR1R2RaRb-NH-CHR-CO-：氨基酸剩基(aminoacidresidue)，构成蛋白质大分子主链（多肽链polypeptidechain）。侧基-R：20多种，即20多种氨基酸。41多肽链（多肽链（polypeptide chain）中各种氨）中各种氨基酸按一定顺序相互连接而成蛋白质的基酸按一定顺序相互连接而成蛋白质的初级结构初级结构。由主链和侧链上各种基团间的氢键、盐由主链和侧链上各种基团间的氢键、盐式键、胱氨酸键（二硫键）等构成蛋白式键、胱氨酸键（二硫键）等构成蛋白质的质的空间构象空间构象。这些键称为。这些键称为副键副键。42蛋白质分子副键：蛋白质分子副键：由分子主链、侧基的极性或非极性基团、离子基团相互作用而成。由于副键数量众多而能稳定蛋白由于副键数量众多而能稳定蛋白质分子空间构象。质分子空间构象。副键种类如下图：ssoHocNHoccooCH2NH3疏水键疏水键(hydrophobic bonding)二硫键二硫键(sulphur linkage,cystine linkage)离子键离子键(salt linkage)氢键氢键(hydrogen bonding)蛋白质副键图蛋白质副键图43蛋白质的性质蛋白质的性质蛋白质两性性质：蛋白质两性性质：H+3N-P-COOHH2N-P-COOHH2N-P-COO-H+3N-P-COO-等电点等电点(PI)：蛋白质分子上正、负电荷数量相等时溶液的蛋白质分子上正、负电荷数量相等时溶液的pH值值。此时分子不会向电极移动。羊毛的羊毛的PI:4.2-4.8，桑蚕丝的，桑蚕丝的PI：3.5-5.2。等电点时纤维溶胀、溶解度最低。低pH值时：高pH值时：酸碱浓度高、或盐多时，内外pH一致。H+OH-OH-H+pH内pH外pH内1h（3）永定（新形态固定住,不收缩）2、热：、热：耐干热性差3、水、水 和蒸汽：和蒸汽：吸湿，回潮率14%。水中异向溶胀。沸水、蒸汽中长时间，分解（-S-S-)、失重。47羊毛纤维主要性质羊毛纤维主要性质4、酸、酸：耐酸。耐酸。pH2-4沸染；沸染；H2SO4炭化除草。高浓酸炭化除草。高浓酸(pH1)，损伤羊毛：肽键水解、氨离子化、离子键拆开重接。，损伤羊毛：肽键水解、氨离子化、离子键拆开重接。5、碱、碱：碱使羊毛严重损伤、变黄、溶解、含碱使羊毛严重损伤、变黄、溶解、含S降低：主链水解、降低：主链水解、离子键拆开、二硫键断开。离子键拆开、二硫键断开。COCOCOCOCH-CH2-S-S-CH2-CH-CH-CH2-NH-(CH2)4-CHNHNHNHNH6、还原剂：、还原剂：羊毛二硫键、离子键被还原剂断开，羊毛损伤。羊毛二硫键、离子键被还原剂断开，羊毛损伤。7、氧化剂：、氧化剂：强氧化剂分解羊毛，中强氧化剂对羊毛有损伤作用，强氧化剂分解羊毛，中强氧化剂对羊毛有损伤作用，控制条件可漂白羊毛：控制条件可漂白羊毛：NaClO,H2O2OH-48三、蚕丝结构和性能三、蚕丝结构和性能蚕蚕：具有分泌丝质物和吐丝结茧本能的昆虫。蚕丝蚕丝：桑蚕丝（mulberrysilk）、柞蚕丝（tussahsilk）。茧子的构成茧子的构成：从外到内依此为茧衣、茧层、蛹衬、蛹体茧衣、茧层、蛹衬、蛹体。蚕丝组成：蚕丝组成：丝素（fibroin）7080%，丝胶(silkglue,sericin)2030%，其他杂质：少量。蚕丝初加工蚕丝初加工：茧子剥茧衣缫丝（reeling）蚕丝。绢纺原料（wastesilkmaterial）精练（refining）精干绵。49与羊毛区别与羊毛区别：1、组成元素-C、H、O、N，硫很少。2、构成丝素的氨基酸主要是简单的乙氨酸、丙氨简单的乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸酸、丝氨酸组成，丝素的分子链含有许多-CONH-键结构，肽链在结晶区几乎是完全展直的。另外还含有有较大侧基的芳香族氨基酸、单氨基二羧有较大侧基的芳香族氨基酸、单氨基二羧基氨基酸和单羧基二氨基氨基酸基氨基酸和单羧基二氨基氨基酸，形成无定形区，属于折叠链构象折叠链构象。无-螺旋构象。三、蚕丝结构和性能三、蚕丝结构和性能50三、蚕丝结构和性能三、蚕丝结构和性能蚕丝形态结构、超分子结构、分子结构示意：（SCAN）形态结构分子结构-折叠链丝素结构：丝素结构：分子线形、支形，聚合度400500，晶区伸直链，不如羊毛弹性、延伸。无定形区亲水基集中。51丝素性质丝素性质丝素性质丝素性质：v吸湿性吸湿性：10%，水中异向溶胀。v耐热性耐热性：好，120也不变。热传导性低，保暖性好。v盐作用盐作用：因交联少，溶胀、溶解。高价盐溶胀不明显，被丝素吸收后增重增重。v酸作用酸作用：不如羊毛。酸缩处理。丝鸣（scroop)处理。v碱作用碱作用：差，比羊毛好。弱碱性精练。v氧化还原氧化还原：氧化与羊毛相似，漂白不用NaClO。耐还原剂。52丝胶性质丝胶性质丝胶结构丝胶结构：无定形、球状蛋白(globularprotein)，从外到里分四个层次。组成：侧基含较多亲水基团（-COOH、-OH、-NH2），支化程度比丝素高。丝胶性质丝胶性质：丝胶吸湿性好，水易进入，具有水溶性。低温溶胀，在100沸水煮能溶解，脱胶：pH10，95，30分钟。丝胶结构不稳定，在存放中会变性，无规结构变成折叠链晶状，疏水基分布到丝胶表面。变性后丝胶不易溶于水，对蚕丝脱胶不利。（SCAN）结构图53查阅：查阅：大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、蚕蛹大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、蚕蛹蛋白纤维的相关信息。蛋白纤维的相关信息。54第三节第三节 合成纤维的结构和主要性能合成纤维的结构和主要性能化纤制取工艺：化纤制取工艺：合成合成成纤聚合物（fiber-formingpolymer）制备纺丝液（spinningsolution)纺丝（spinning）拉伸（stretching,drawing）等后处理化纤纺丝方法：化纤纺丝方法：wet spinningdry spinning(solvent spinning)melt spinningemulsion spinning另有另有gel spinning，film splitting（裂膜纺丝）等。（裂膜纺丝）等。55一般化学纤维多以一般化学纤维多以单一组分单一组分的高分子物纺制而成，但的高分子物纺制而成，但为了能使纤维获得某些独特的性能，也可制成为了能使纤维获得某些独特的性能，也可制成双组分双组分纤维纤维（bicomponent fiber），习惯上称为），习惯上称为复合纤维复合纤维（或复合丝）。（或复合丝）。两种组分在纤维截面上的分布状态两种组分在纤维截面上的分布状态:并列型（并列型（side by side type）皮芯型皮芯型(sheath-core type)基质原纤型（基质原纤型（matrix-fibril type母体小纤维型，海岛母体小纤维型，海岛型）型）第三节第三节 合成纤维的结构和主要性能合成纤维的结构和主要性能56 合成纤维形态结构（和超分子结构）与纺丝方法、喷丝口形状相关性大，比天然纤维的形态结构简单，层次少。一、涤纶（一、涤纶（PET）（属）（属polyester)的结构和主要性能的结构和主要性能聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)熔纺法熔纺法melt spinning形态结构：形态结构：纵向光滑、均匀无条痕，横向圆形实体，或异形。第三节第三节 合成纤维的结构和主要性能合成纤维的结构和主要性能57涤纶分子涤纶分子分子结构特点：分子结构特点：1.只有弱极性基团（酯基），吸湿性差、染色性差。只有弱极性基团（酯基），吸湿性差、染色性差。2.-COO-酯基具有一定反应性，如水解；但苯基、亚乙基稳定，酯基具有一定反应性，如水解；但苯基、亚乙基稳定，故涤纶化学稳定性好。故涤纶化学稳定性好。3.分子线性、没有大的侧基及支链，分子线性、没有大的侧基及支链，规整，分子聚集时容易紧规整，分子聚集时容易紧密堆积（结晶），使纤维形状、强度好。密堆积（结晶），使纤维形状、强度好。-OCH2CH2O-具柔性，具柔性，故可折叠。故可折叠。涤纶分子结构涤纶分子结构涤纶分子结构涤纶分子结构：HO-CH2-CH2-O-C-CO-CH2-CH2-OHnOO58超分子结构：超分子结构：与纺丝工艺有关初生丝：完全无定形。经热拉伸，4060%结晶度。成形后的涤纶纤维仍然可以再经加热熔化，是热塑热塑性纤维性纤维（thermoplasticfiber）。超分子结构模型：超分子结构模型：折叠链缨状原纤模型伸直链晶体+折叠链晶体+无定形区。59涤纶性能涤纶性能涤纶性能涤纶性能：1、热性能、热性能：耐热难分解；热稳定形变小。Tg：67（完全无定形）、81（部分结晶）、125（纤维，（纤维，取向且结晶），软化点：取向且结晶），软化点：230，熔化点：，熔化点：255 2、吸湿性：、吸湿性：0.40.5%吸湿率。易洗快干；静电、玷污 3、染色性：、染色性：结构紧密、孔隙小；缺极性基团，难染。用小、弱极性分散染料。4、化学反应：、化学反应：结构紧密、分子稳定。耐酸碱中易水解：碱剥皮碱剥皮现象耐氧化剂、还原剂作用60二、锦纶二、锦纶(尼龙尼龙nylon,属属polyamide)的结构和性能的结构和性能聚酰胺是一类聚酰胺是一类以有机胺和二酸、氨基酸或内酰胺为原料以有机胺和二酸、氨基酸或内酰胺为原料通过酰胺键通过酰胺键(amide linkage)联接起来的高分子材料。联接起来的高分子材料。如锦纶6、锦纶66。锦纶形态结构：锦纶形态结构：熔纺法制成，纵向光滑无条痕，截面一般为圆形。熔纺法制成，纵向光滑无条痕，截面一般为圆形。锦纶超分子结构：锦纶超分子结构：折叠链缨状原纤模型折叠链缨状原纤模型。与涤纶相比，模型类似，但容。与涤纶相比，模型类似，但容易结晶，在初生纤维没拉伸前就有结晶结构。结晶度可达易结晶，在初生纤维没拉伸前就有结晶结构。结晶度可达5070%。锦纶分子结构：锦纶6、锦纶66、SCAN61锦纶性能锦纶性能 热性能热性能：耐热性差，100以上空气中容易热氧化发黄、分解。玻璃化温度3560（锦纶6）和4060（锦纶66）。软化点160180（锦纶6）和235（锦纶66）。吸湿性：吸湿性：疏水纤维，吸湿性在合成纤维中仅次于维纶，4%。染色性：染色性：容易染色，染涤纶、羊毛、丝的染料如分散染料、酸性染料等都可染锦纶。化学性能：化学性能：耐碱性好，耐酸性差。中强氧化剂如次氯酸钠、过氧化氢使锦纶纤维强度降低、变黄，漂白用亚氯酸钠、还原剂。分子间通过羰基羰基和亚胺基亚胺基形成氢键。锦纶6分子间氢键少些。62三、腈纶三、腈纶(acrylic，聚丙烯腈系纤维，聚丙烯腈系纤维)的结构和主要性能的结构和主要性能腈纶的分子结构：腈纶的分子结构：三元共聚物三元共聚物（copolymer）SCAN第一单体85%以上，只有第一单体，纤维性能不好，脆、弹性手感差、不易染色主单体主单体第二单体10%，改善纤维结构，减弱氰基之间的作用力结构单体结构单体第三单体5%，有结合染料基团，利于染色染色单体染色单体。三种单体在分子链中随机排列，属于无规共聚物。三种单体在分子链中随机排列，属于无规共聚物。腈纶超分子结构：腈纶超分子结构：研究至今不明。与氰基、分子组成有关。准晶结构（二维有序），拟晶体，属无定形，但高度有序结构。纤维中有螺旋链结构。腈纶的形态结构：腈纶的形态结构：主要为湿法纺丝湿法纺丝所制。纵向表面象树皮、粗糙，有轴向沟槽，横截面为圆形，哑铃形（干法纺丝）。63腈纶性能腈纶性能热性能热性能：热稳定性差，因为只有准晶结构，受热时，分子链易自由取向，无外力时形变收缩大。耐热性较好，高温变黄，更高温制碳纤维更高温制碳纤维。玻璃化温度有二个：7080，140150。吸湿性：吸湿性：12%，只有弱极性基团氰基染色性染色性：主要由第三单体决定，与第二单体有关，用阳离子染料或其他染料。化学性能化学性能：耐酸和弱碱，强碱中由于氰基水解快，而发黄、溶解。对纺织上常用氧化剂和还原剂稳定。耐日光、防霉耐菌。燃烧时有毒性气体释放。64四、聚氨酯四、聚氨酯(polyurethane)弹性纤维的结构和性能弹性纤维的结构和性能氨纶氨纶(spandex)，聚氨基甲酸酯纤维，聚氨基甲酸酯纤维。嵌段共聚嵌段共聚高分子（segme