纤维素纤维.ppt

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1、纤维素纤维纤维素纤维本章主要内容v第一节第一节纤维素纤维的形态结构纤维素纤维的形态结构 v第二节第二节纤维素大分子的分子结构纤维素大分子的分子结构v第三节第三节纤维素纤维的超分子结构纤维素纤维的超分子结构v第四节第四节纤维素纤维的主要物理纤维素纤维的主要物理机械性能机械性能v第五节第五节纤维素纤维的主要化学性质纤维素纤维的主要化学性质v第六节第六节纤维素共生物纤维素共生物v第七节第七节黏胶纤维、铜氨纤维和醋酯纤维的基本特性黏胶纤维、铜氨纤维和醋酯纤维的基本特性v第八节亚麻纤维结构和特性第八节亚麻纤维结构和特性 v第九节新型纤维素纤维第九节新型纤维素纤维v第十节天然彩色棉第十节天然彩色棉第一节第

2、一节纤维素纤维的形态结构纤维素纤维的形态结构v纤维素纤维包括天然纤维素纤维和再生纤维素纤维天然纤维素纤维：棉、麻再生纤维素纤维：v常规：黏胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维 v新型：Lyocell纤维、竹浆纤维、Modal 纤维v本节主要内容本节主要内容一、棉纤维的形态结构一、棉纤维的形态结构二、麻纤维的形态结构二、麻纤维的形态结构v一、棉纤维的形态结构一、棉纤维的形态结构棉纤维是从棉籽表皮上细胞突起生长而成的。每根棉纤维就是一个细胞。成熟棉纤维的外形可描述为：上端尖而封闭，下端粗而敞口，整根纤维为细长的扁平带子状，有螺旋状扭曲，纤维截面呈腰子形，中间有干瘪的空腔，成熟棉纤维的形态如图31所示。图31

3、成熟棉纤维的形态结构v一、棉纤维的形态结构一、棉纤维的形态结构棉纤维从外到里分成三层，最外层称为初生胞壁，中间为次生胞壁，内部为胞腔。图3-2为棉纤维形态结构模型示意图。图32为棉纤维形态结构模型示意图v二、麻纤维的形态结构二、麻纤维的形态结构 苎麻单纤维两端呈锤头形或分支；亚麻两端稍细，呈纺锤形。见图34。图34麻纤维纵切面和横截面 v二、麻纤维的形态结构二、麻纤维的形态结构电子显微镜观察苎麻纤维结构，有交叉和扭曲现象，扭曲主要是在近端部，中部较少。见图35和图36。麻纤维上有竖纹和横节。图35苎麻茎段切片纤维 图36光学显微镜下苎麻纤维扭曲状态 v二、麻纤维的形态结构二、麻纤维的形态结构几

4、种麻纤维的长度和截径见表33。表33 几种麻纤维的长度和截径纤维长度（毫米）截径（微米）苎麻1271522075亚麻11381120大麻13251650黄麻252025v二、麻纤维的形态结构二、麻纤维的形态结构麻纤维的主要化学成分和棉纤维一样也是纤维素，但含量较低，此外还有蜡状物、木质素、果胶物质、含氮物质和灰分等。我国苎麻化学成分见表3-4。表34 苎麻组成成分纤维素水分蜡状物木质素果胶物质未测定部分合计含量%61.0211.101.022.0014.819.05100第二节第二节纤维素大分子的分子结构纤维素大分子的分子结构v棉、麻和黏胶纤维的基本组成物质都是纤维素。纤维素是一种多糖物质，其

5、大分子主要是由很多葡萄糖剩基联结起来的，分子式可写成（C6H10O5）n。v纤维素是一个复杂同系物的混合物，棉的聚合度为250010000，麻的聚合度为1000015000，黏胶的聚合度为250500。v纤维素大分子的化学结构是由D-葡萄糖剩基彼此以1-4苷键联结而成，结构如下：CH2OHHHHCH2OHHOHHHOHHOHOHOOCH2OHOHHHOHHOHHOOHHHOHHCH2OHHOHOOHHHOHOHHv纤维素分子中的葡萄糖剩基（不包括两端）上有三个自由存在的羟基，2、3位上是两个仲羟基，6位上是一个伯羟基，它们具有一般醇的特性；v右端的剩基中含有一个潜在的醛基，使纤维素具有还原性。

6、第三节第三节纤维素纤维的超分子结构纤维素纤维的超分子结构v纤维素纤维的超分子结构，也称微结构，主要是指纤维素纤维中次生胞壁纤维素大分子的聚集态结构。v本节主要内容本节主要内容一、一、X射线研究射线研究二、电子显微镜和扫描隧道显微镜二、电子显微镜和扫描隧道显微镜(STM)研究研究v一、一、X射线研究射线研究（一）棉纤维的X射线图像 v当用X射线对棉纤维及丝光棉纤维进行衍射实验时，发现它们的衍射图像并非完全模糊的阴影，也不是明暗相间的同心圆，而是有干涉弧或点存在，说明这两个纤维的超分子结构不是完全无定形的，而是有晶体存在，并且它们的长轴虽非完全与纤维轴相平行，但也非完全杂乱无序，而是具有一定的取向

7、度。如图3-7所示。v一、一、X射线研究射线研究（一）棉纤维的X射线图像（1）棉 （2）丝光棉图3-7 棉及丝光棉纤维的X射线衍射图 v一、一、X射线研究射线研究（二）棉纤维中纤维素的单元晶格 根据丝光前后棉纤维的X衍射图中干涉点与弧的位置、间距，以及纤维素的分子结构推算出其单元晶格属于单斜晶系，天然纤维素被称为纤维素，它的单元晶格及其投影如图3-8。图3-8天然纤维素单元晶格及其投影 v一、一、X射线研究射线研究（二）棉纤维中纤维素的单元晶格0.79nm(2)投影图图3-8天然纤维素单元晶格及其投影 v一、一、X射线研究射线研究（三）纤维的结晶度与取向度 v棉纤维的结晶度约为70%，麻纤维约

8、为90%，无张力丝光棉纤维约为50%，黏胶纤维约为40%。v棉纤维次生胞壁外层的螺旋角在3035，麻纤维的螺旋角为6左右。v二、电子显微镜和扫描隧道显微镜二、电子显微镜和扫描隧道显微镜(STM)研研究究（一）棉纤维的扫描隧道显微镜(STM)图 v用扫描电镜(SEM)可以直接观察到棉纤维中的原纤组织（图39）。v电子显微镜的分辨率较低，现在可用更为先进的扫描隧道显微镜(STM)对微晶纤维素的超显微结构进行直接观察（图310和图311）。图39棉纤维的SEM图（SEM p hotograp h of dewaxed cotton fiber(2860X，bar:10m)图310棉花纤维超显微结构的

9、STM 图像(隧道电流0.28nA，偏压420mV，扫描范围 128nm 128nm 图311棉花纤维超显微结构的STM 图像(隧道电流0.28nA，偏压420mV，扫描范围 32nm 32nm 图312棉花纤维的结晶区与无定形区结构的STM图像(隧道电流0.31nA，偏压508mV，扫描范围40nm40nm)图313 棉花纤维的分叉结构的STM图道电流0.31nA，偏压506mV，扫描范围40nm40nm（二）麻纤维电子显微镜图v苎麻韧皮纤维的巨原纤是由纤维素大分子经基原纤、微原纤、原纤逐级大体平行排列构成大分子束，半纤维素、木质素等伴生物分布于各级原纤之间及其内部的缝隙和孔洞中。v纤维刚性

10、强、弹性差、抱合力较小，是由于纤维素大分子结晶度和取向度较高的缘故。图317苎麻纤维原纤的螺旋结构图316苎麻纤维巨原纤局部整齐的间断图315苎麻纤维表面巨原纤图314苎麻纤维巨原纤外观形态第四节第四节纤维素纤维的主要物理纤维素纤维的主要物理机械性能机械性能v本节主要内容本节主要内容一、纤维素纤维的断裂强度和断裂伸长一、纤维素纤维的断裂强度和断裂伸长二、纤维素纤维的初始模量二、纤维素纤维的初始模量三、纤维素纤维的应力三、纤维素纤维的应力应变曲线应变曲线四、纤维素纤维的断裂机理与纤维超分子结构的四、纤维素纤维的断裂机理与纤维超分子结构的关系关系五、纤维素纤维的弹性五、纤维素纤维的弹性v一、纤维素

11、纤维的断裂强度和断裂伸长率一、纤维素纤维的断裂强度和断裂伸长率纤维的断裂强度是指纤维在拉伸至断裂时所能承纤维的断裂强度是指纤维在拉伸至断裂时所能承受的最大外力。受的最大外力。1.断裂强度（相对强度）v是指单位线密度纤维或纱线所能承受的最大应力，单位为N/tex(或N/旦)，其计算式为：vPtex 特数制断裂强度；vPden旦数制断裂强度；vP绝对强力,N；vNtex纤维的特数；vNden 纤维的线密度，旦数。v各种纤维的断裂强度如表35所示表35 纤维的断裂强度纤维断裂强度（N/tex）干态湿态棉黏胶麻0.180.310.180.260.490.590.220.400.110.160.510.

12、682.纤维的断裂延伸度纤维的断裂延伸度v纤维断裂时的长度纤维断裂时的长度LR与原长与原长L之差称断裂伸长。之差称断裂伸长。v断裂伸长与纤维原长之比称为断裂延伸度，以断裂伸长与纤维原长之比称为断裂延伸度，以表示。表示。v式中：式中：L断裂伸长；断裂伸长；L纤维原长。纤维原长。100%LLv二、纤维素纤维的初始模量二、纤维素纤维的初始模量初始模量也称初始模量也称杨杨氏模量或氏模量或弹弹性模量，是指材料所性模量，是指材料所受受应应力与其相力与其相应应形形变变之比。之比。纤维纤维材料的初始模量通常是指使材料的初始模量通常是指使纤维产纤维产生生1%伸伸长长所需的力，以牛所需的力，以牛/特或特或N/te

13、x表示。表示。v三、纤维素纤维的应力三、纤维素纤维的应力应变曲线应变曲线将纤维随着应力的增大逐渐发生应变的情况绘成曲线，即为应力应变曲线，又称纤维的负荷延伸曲线，由实验值绘得。利用各种纤维的应力应变曲线可求出纤维的断裂强度、断裂延伸度及模量等反映纤维性能的重要数据。还可直接看出纤维的刚柔情况。一些纤维的应力应变曲线，往往各有特点，如图318。图318 一些纤维的应力应变曲线 亚麻与棉的应力应变曲线相似，都近似为一条直线，没有明显屈服点，但前者的断裂强度和初始模量较高，断裂伸长率和断裂功较小，显得比较硬、脆，而棉纤维的韧性则较大。黏胶纤维的应力应变曲线与棉纤维相比有显著的不同，前者有明显的屈服点

14、，断裂强度和初始模量均较小，但断裂伸长率较大，是一种软弱的纤维。v四、纤维素纤维的断裂机理与纤维超分子结四、纤维素纤维的断裂机理与纤维超分子结构的关系构的关系v断裂机理目前存在着两种解释：断裂机理目前存在着两种解释：一种解释是纤维大分子链在受外力作用时，由于一种解释是纤维大分子链在受外力作用时，由于不能承受外力的作用而发生大分子链的断裂，从不能承受外力的作用而发生大分子链的断裂，从而导致纤维材料的断裂，如而导致纤维材料的断裂，如麻、棉；另一种解释是纤维在受外力作用时，大分子间的另一种解释是纤维在受外力作用时，大分子间的作用力不足以抵抗外力的作用，使得大分子链间作用力不足以抵抗外力的作用，使得大

15、分子链间发生相对位移，甚至滑脱，从而导致纤维的断裂，发生相对位移，甚至滑脱，从而导致纤维的断裂，如黏胶。如黏胶。v五、纤维素纤维的弹性五、纤维素纤维的弹性纤维的弹性就是纤维从形变中回复原状的能力，纤维的弹性就是纤维从形变中回复原状的能力，它是纤维主要的物理机械性能之一。它是纤维主要的物理机械性能之一。弹性高的纤维所组成的织物外观比较挺括，不易弹性高的纤维所组成的织物外观比较挺括，不易起皱，如毛织物就是如此。起皱，如毛织物就是如此。纤维的弹性对纺织品的耐穿、耐用性能也着重要纤维的弹性对纺织品的耐穿、耐用性能也着重要的影响。的影响。为了表示纤维的弹性大小，可采用形变回复率和功回复率来表示：完全回复

16、时的形变回复率为1（或100%），完全不回复则为0，不完全回复者介于01之间。一些纤维的形变回复率与应力关系如图3-20所示。一些纤维的形变回复度与形变的关系如图3-21所示。图320一些纤维的形变回复度与应力的关系 图3-21 一些纤维的形变回复度与应变的关系 在应力相同的情况下，麻的形变最小，弹性表现较高；黏胶纤维的形变最大，弹性表现最差。形变相同的情况下，麻的弹性回复能力最差，黏胶最好，棉介于麻和黏胶之间。棉、麻纤维由于结晶度和取向度都比一般黏胶纤维高，具有大的初始模量，显出类似硬弹簧的弹性，能承受较大应力的作用而不发生很大形变，放松后回复原状，有较好的弹性。一般黏胶纤维由于结晶度、取向

17、度、聚合度和杨氏模量都较低，分子间力小，承受稍大的外力，就可破坏原有分子间力，使大分子链间发生相对位移，发生塑性形变；当黏胶纤维处于潮湿状态时更是如此，染整加工时应加以注意。第五节第五节纤维素纤维的主要化学性质纤维素纤维的主要化学性质v本节主要内容本节主要内容一、纤维的吸湿和溶胀一、纤维的吸湿和溶胀二、碱对纤维素纤维的作用二、碱对纤维素纤维的作用三、纤维素与酸的作用三、纤维素与酸的作用四、纤维素与氧化剂的作用四、纤维素与氧化剂的作用五、光、热及微生物对纤维素的作用五、光、热及微生物对纤维素的作用六、纤维素酶对纤维素的作用六、纤维素酶对纤维素的作用七、纤维素纤维的化学改性七、纤维素纤维的化学改性

18、v从纤维素的分子结构来看，它至少可能进行两类化学反应：一类是与纤维分子结构中联结葡萄剩基的苷键有关的化学反应。例如强无机酸对纤维素的作用就属此类；另一类则是纤维素分子结构中葡萄糖剩基上的三个自由羟基有关的化学反应。例如纤维对染料和水分的吸附、氧化、酯化、醚化等。v从纤维素纤维的形态和超分子结构来看，在保持纤维状态下进行化学反应时，具有不均一的特征，染整加工所进行的化学反应往往多属此类。这种现象主要与纤维的形态和超分子结构的不均纤维的形态和超分子结构的不均一一有关：纤维素纤维分子在纤维中组成原纤、晶区和无定形区，形成了特定的形态和超分子结构。不同的试剂在不同的介质中只能深入到纤维中某些区域，而不

19、能到达纤维内排列紧密的晶区，以致造成各部分所发生的化学反应程度的不均一。v一、纤维的吸湿和溶胀一、纤维的吸湿和溶胀 吸湿性常用吸湿率（或回潮率）和含水率这两项指标来表示。吸湿率就是纤维内所含水分的重量与绝对干燥纤维的重量之比；含水率是纤维内所含水分的重量与未经烘干纤维重量之比。吸湿率（回潮率）R：含水率M：棉和黏胶虽然都是纤维素纤维，但两者在相同环境中的吸湿率是不同的。黏胶纤维的吸湿率要比棉纤维大得多，在5%80%相对湿度条件下的吸湿率之比约为2，见表3-6。表3-6 黏胶纤维与棉纤维的吸湿比相对湿度(%)520406080吸湿比（黏胶纤维吸湿率/棉纤维吸湿率）1.992.132.082.03

20、1.98v二、碱对纤维素的作用二、碱对纤维素的作用 1纤维素对碱的稳定性v纤维素对碱是很稳定的。v但在高温和有空气存在时，纤维素对碱十分敏感。这是因为碱对空气中的氧与纤维素的氧化反应起着催化作用。v纤维素织物在染整加工过程中，使用烧碱时，在高温、高浓度的条件下，应予以足够重视，特别注意避免带碱织物长时间与空气接触，以免纤维受损。2浓碱对纤维素的作用 v在常温下，浓氢氧化钠溶液会使天然纤维素膨化，纵向收缩，直径增大，如设法施加张力防止收缩，并及时洗除碱后，可使纤维获得丝一样光泽，这就是丝光。v碱与纤维素的作用原理，一般有两种解释。v一种观点认为纤维素是一种弱酸，它与碱发生了类似中和反应而生成醇钠

21、化合物，可表示为：纤维素OH+NaOH纤维素ONa+H2O放热v另一观点认为碱和纤维素的羟基结合，形成分子化合物。它是以分子间力，特别是氢键结合而成，其反应式表示如下：纤维素OH+NaOH纤维素OHNaOH放热v碱与纤维素作用后的产物叫碱纤维素，碱纤维素是一种不稳定的化合物，经过水洗后仍能回复原来纤维素的结构，但微结构发生变化，通常称它为纤维素II，也称它为水化纤维素或丝光纤维素。v丝光纤维素结晶度下降，无定形区增加，因而对染料的吸附能力及化学反应能力大大提高。v三、纤维素与酸的作用三、纤维素与酸的作用 1酸与纤维素作用原理v纤维素大分子的1,4苷键具有缩醛性质，对碱稳定，对酸敏感，酸对纤维素

22、大分子中苷键的水解起催化作用，反应如下：HH+OHOOHHHOHHCH2OHOOHCH2OHOHHOHHOHOHHHHOHOOHHHOHHCH2OHOOHCH2OHOHHHOHHOH+HHOHOHOHHHOHCH2OHOCH2OHOHHHOHHOHHCOH+OH+H+v可以测定纤维素的聚合度和还原性来判断纤维素受到酸损伤的程度，纤维素的还原性通常以碘值或铜值来测定。“碘值”是指1g干燥纤维素能还原0.1N I2液的摩尔数。v 纤维素CHO+I2+2NaOH 纤维素COOH+2NaI+H2O“铜值”是指100g干燥纤维素将Cu2+还原成Cu+的克数。v纤维素CHO+2CuO 纤维素COOH+Cu

23、2O v纤维素在酸溶液中发生部分水解，形成分子聚合度不同的混合物，称为水解纤维素水解纤维素。v水解纤维素的化学组成与原纤维素并无区别，只是聚合度降低，分子量具有更大的分散性。v水解纤维素若继续与酸作用，聚合度降至50左右时，称为纤维素糊精。v如果将所有苷键彻底水解断裂，则产物是葡萄糖：(C6H10O5)n nC6H10O5H2OH+2影响纤维素酸性水解的因素v（1）酸的性质：酸性愈强，催化能力愈强，水解速率愈快。v（2）温度：在20100的范围内，酸的浓度恒定，温度每提高10，纤维素水解速率可提高23倍；（3）浓度：酸的浓度越大，纤维素的水解程度越大，聚合度越小；同时，酸的浓度越大，纤维素水解

24、速率越快。图322是精制棉在不同浓度的HCl溶液中的水解情况。图322精制棉的酸水解v（4）时间：在其他条件相同的情况下，纤维素水解速率与时间成正比。v纤维素对酸的作用，一般说来是比较敏感的，但在适当条件下，还是有一定稳定性，即使在使用强的无机酸时，若能适当控制条件，不致引起纤维严重的损伤。v这在实际生产中有很多应用。如氯漂后用稀硫酸脱氯、用酸中和织物上过量碱、棉织物用酸处理生产蝉翼纱、涤/棉织物的烂花产品等。v但在生产中必须严格控制酸的浓度、温度及处理时间，一般选用稀酸，温度不宜超过50，织物必须充分洗去酸，特别应避免带酸干燥。在生产中应用氧化剂NaClO、NaClO2、H2O2等，对棉或涤

25、/棉织物进行漂白。氧化纤维素纤维素被氧化后的产物。（一）纤维素的氧化v纤维素可能发生以下各基团的氧化：v1大分子基环中的伯羟基氧化成醛基：OOOHHCH2OHOHHHOHOOOOOHHHOHHCHOHHHv2大分子基环中的伯羟基氧化成羧基：OOHHCH2OHOHHHOHOOOOOHHHOHHCOOHOHHH3大分子基环中的仲羟基氧化成酮基：OOHHCH2OHOHHOOOOOOCH2OHOCCHHOHHHH4大分子基环中的仲羟基氧化成醛基：CH2OHOOHHCH2OHOHHOOOOOOHOCHHCHHOHHH5大分子基环中的仲羟基氧化成羧基：OOHHCH2OHOHHOOOOOHCH2OHOCO

26、OCH HHOHHHHO6大分子末端潜在醛基氧化成羧基：HOHHHHCH2OHOHOOHOOOOHOHHHOHHCH2OHCHOOOOHOHHHOHHCH2OHCOHOHH（二）氧化剂的种类v1选择性氧化剂v选择性氧化剂的种类不多，主要有以下几种：（1）亚氯酸钠（NaClO2）（2）偏高碘酸（HIO4）v2非选择性氧化剂v非选择性的氧化剂种类较多，用于漂白的次氯酸钠（NaClO）、过氧化氢（H2O2）、以及高锰酸钾（KMnO4）、重铬酸钾（K2Cr2O7）等均属此类。（三）氧化纤维素的性质v纤维在不同条件下氧化，可得到还原型和酸型两类氧化纤维素。v还原型氧化纤维素指分子中含有大量醛基的氧化纤维

27、素，而酸型纤维素则指分子中含有大量羧基的氧化纤维素。纤维素氧化后生成还原型氧化纤维素时，只是葡萄糖环发生破裂，并没使纤维素大分子断裂，纤维的强度变化不大，但不稳定。实验证明，它经碱煮后强力下降非常大，这种现象称为潜在损伤。所谓潜在损伤，是由于纤维素基环因氧化而产生的醛基或羰基能使碳原子的醚键对碱变得敏感而发生断裂，因为醛基、羰基均属负电性基团，具有强烈的吸电子性，形成诱导效应，碳上的氢显酸性，在碱存在下很容易离解，这样碳上的电子发生位移，在形成双键的同时发生碳上醚键分裂。分裂历程如下：ROCCL+OH-ROCCL+H+OH-（-）OH-+ROH+C=CLH+OH-RO+C=CLv含有下列结构的

28、氧化纤维素在碱存在下都能发生大分子断裂：v(1)第六碳原子上出现醛基所引起的大分子断裂；OOHCOHOHHHOHONaOHOH+OHCOHOHHHOHOHHHv(2)第二碳原子上出现羰基所引起的大分子断裂；HNaOHOOOHCH2OHOHHOCHOH+OHCH2OHOHOOCHHv(3)第二、第三碳原子上出现醛基引起的大分子断裂；OOCH HCHCH2OHHOOOHNaONOCHCH2OHCHO+HOHCOOH测定纤维或制品强度的方法 v测定碱煮后的强度 v测定纤维素铜铵溶液的黏度或铜乙二胺溶液黏度的变化 表3-7 水解纤维素与氧化纤维素性能比较低低低较高经碱处理低低低高未经碱处理酸性型高高低

29、低经碱处理高高低高不同未经碱处理还原型氧化纤维素高高低低相似水解纤维素低低高高正常纤维素碱中溶解度还原性（铜值）铜铵溶液黏度强 度与正常纤维素结构比较纤 维 素 类 型氧化纤维素与水解纤维素性能比较见表37。v五、光、热及微生物对纤维素的作用五、光、热及微生物对纤维素的作用1光对纤维素的作用 v纤维素纤维在日光和大气的作用下，发生氧化和裂解反应。在日光照射下，不同纤维的强度损伤50所需要的时间如下：v 天然丝 200hv 黏胶丝 900hv 棉 940hv 亚麻 999hv 羊毛 1120hv2热对纤维素的作用 纤维素对热稳定较好。但当温度很高时，纤维素的稳定性下降。3菌类对纤维素的作用 v天

30、然纤维易受细菌和霉菌的影响。细菌和霉菌均属微生物，其分泌物称为酶。在酶的作用下，纤维素易发生水解，生成较简单的糖。所以细菌和霉菌的破坏都能使纤维的强度受到严重损失。v六、纤维素酶对纤维素的作用六、纤维素酶对纤维素的作用纤维素酶是能催化水解纤维素，生成葡萄糖的一组酶的总称。它主要包括三类性质不同的酶:内切型-葡聚糖酶、外切型-葡聚糖酶和-葡萄糖苷酶。纤维素酶作为一种高效生物催化剂，因其具有可降解性及对织物能产生可控的整理而广泛应用于纺织行业。其中，牛仔布的仿旧整理及纺织品的生物抛光是纤维素酶最成功的应用。在酶处理过程中，纤维素织物强度有所降低。由于降解作用从非晶区开始，如果酶处理控制适当，织物强

31、力损失可调节在合理范围，对织物的服用性能影响很小。v七、纤维素纤维的化学改性七、纤维素纤维的化学改性 纤维素纤维分子链中含有大量的羟基，可以和许多化合物作用，由此可对纤维素进行改性，使纤维素织物的性能在某些方面获得改善，如亲水性、染色性等。（一）棉织物的化学改性v1.对棉织物进行季铵化改性（阳离子改性）v2.利用纳米技术对棉织物改性。天然棉具有天然的多孔质构造。若将银化合物的矿物质磨成6nm大小的颗粒，以特殊工艺将天然棉纤维中的天然多孔质封住，处理之后的纤维称为“活生棉”，活生棉具有吸汗、速干、抗菌、防臭及保温等五大功能性。v3等离子体对棉织物的改性等离子体表面改性可改进各种天然纤维或合成纤维

32、材料的亲水性、可染性、可印刷性、透气性以及防静电功能等，其在纺织上的应用越来越广泛。v4.水溶布和可控降解纤维普通纤维是不溶于水的，并可以反复洗涤，但若以棉纤维素为原料，经烧碱浸泡、一氯乙酸醚化、盐酸中和及乙醇精制等工艺处理，制得羧甲基纤维素后，即可在水中溶胀和糊化，直至完全溶解。若对棉布进行相同工艺处理，在适当醚化和不破坏织物固有性能情况下，也可制得能溶于水的棉布。这种水溶布的水溶性大于97%，不溶性游离纤维小于3%，且无毒，能在冷、热水中膨胀，糊化和溶解，形成黏稠状胶质液体。v5纤维素纤维接枝改性纤维素纤维吸湿性好，穿着舒适，无论作为服用、装饰用还是产业用，一直是人们的首选纺织材料。但它在

33、某些方面还存在着不足，如染色牢度差、色泽不鲜艳、强力低、抗皱保形性差等。为了改善其性能的不足或赋予其特殊的功能，人们对其进行化学接枝改性，保持了纤维素纤维的优良服用性能，通过改变其化学结构，从根本上改善纤维素纤维的性能。（二）苎麻纤维的化学改性 v苎麻纤维化学改性是打破纤维结晶区羟基间的氢键，使大分子产生膨化和溶胀，改变分子晶型结构。v由于大多数反应试剂不易进入结晶区，苎麻纤维的化学改性的关键在于所采用的溶胀剂能进入纤维素分子链的网状结构，甚至结晶区产生溶胀作用，溶胀能力越强，分子间氢键强度减弱，分子键间距离增大。v苎麻纤维的化学改性就是在纤维素超分子结构中产生最大限度的溶胀，并避免已松懈的纤

34、维素分子的重结晶，实际上就是纤维的溶胀与消晶。苎麻纤维的改性主要有以下几个方面：v使纤维素大分子产生膨化、溶胀的物理化学变化。v使纤维素酯化和醚化。v进行功能基团的接枝。v1苎麻纤维的碱法改性苎麻纤维经浓碱液浸渍后，纤维发生了溶胀作用，纤维的微细结构随之发生了改变，结晶度、取向度、密度下降，纤维的物理性能也发生变化。苎麻纤维经碱法改性处理后，在可纺性能和服用性能方面得到提高。v2苎麻纤维的乙酰化改性和烷基化改性 在苎麻纤维溶胀时引入乙酰基化学基团，以避免纤维素的重结晶。v3苎麻纤维的磺化改性苎麻纤维的磺化改性是对纤维素的酯化反应，是碱纤维素与二硫化碳作用生成纤维素磺酸酯的过程。v4苎麻纤维的氰

35、乙基化改性苎麻纤维的氰乙基化改性，是在纤维素大分子上引进了氰基，生成纤维素醚，改变了纤维素的化学组成和结构，同时也伴随有纤维素晶体结构和微细结构的变化。v5苎麻纤维的液氨处理与棉纤维的液氨丝光类似，是一种高档的处理技术。苎麻织物经过液氨处理后改善了苎麻织物的弹性、手感、柔软性、尺寸稳定性等诸多性能，从而使其服用性能获得提高。v6苎麻纤维的阳离子化改性。与棉阳离子改性类似，苎麻阳离子化改性机理是利用阳离子基团与纤维素葡萄剩基上的羟基反应，生成阳离子化合物，进而选用阴离子染料染色。第六节第六节纤维素共生物纤维素共生物v本节主要内容本节主要内容一、果胶物质一、果胶物质二、含氮物质二、含氮物质三、蜡状

36、物质三、蜡状物质四、灰分（无机盐类）四、灰分（无机盐类）五、色素五、色素六、棉籽壳六、棉籽壳v 棉纤维在生长过程中，纤维素的含量随着棉成熟度的增长而增加，约占90%以上。除此之外，还有一定含量的天然杂质，这些物质与纤维素共生共长，因此也称其为纤维素共生物。纤维素共生物主要有果胶、含氮物质、蜡状物质、色素等。棉纤维在生成过程中由于品种不同，以及生长季节、气候、土壤和营养等影响，它们的品质有较大差异。v一、果胶物质一、果胶物质果胶物质广泛存在于自然界的植物体中，棉和麻中均含有此类物质，棉纤维中果胶物质的含量随棉纤维成熟度的提高而降低。成熟的棉纤维中果胶物质的含量低于0.9%1%，在不成熟的棉纤维中

37、高达6%。果胶物质主要存在于纤维的初生胞壁中。v果胶酸的化学组成是多半乳糖醛酸，具有链状结构，果胶物质的主要成分是果胶酸的衍生物。v如下式所示：HOHCOOHOHHHOHOOHHHOHHCOOHOHHOnOHOHOHHHOHHCOOHOHHHv二、含氮物质二、含氮物质含氮物质主要是以蛋白质的形式存在于纤维的胞腔中，也有一部分存在于初生胞壁和次生胞壁中，棉纤维中含氮物质的含量大约在1.3%，纤维上若有蛋白质存在，则织物在加工或服用过程中，经过漂洗，与有效氯接触，很容易形成氯胺，引起织物泛黄。v二、含氮物质二、含氮物质v棉纤维中的含氮物质，可分为两部分：一部分为无机盐类，如硝酸盐或亚硝酸盐，其含量

38、占含氮物质总量的20%，可溶于60的热水或常温稀酸、稀碱中；另一部分的主要成分为蛋白质，需要在烧碱溶液中长时间煮沸而被除去。v三、蜡状物质三、蜡状物质在棉纤维中，不溶于水而能被有机溶剂提取的物在棉纤维中，不溶于水而能被有机溶剂提取的物质，统称为蜡状物质。它主要存在于初生胞壁中。质，统称为蜡状物质。它主要存在于初生胞壁中。含量大约在含量大约在0.5%0.6%。蜡状物质对纤维的润。蜡状物质对纤维的润湿性能有很大影响。湿性能有很大影响。可利用表面活性剂的皂化和乳化作用去除蜡质。可利用表面活性剂的皂化和乳化作用去除蜡质。v四、灰分（无机盐类）四、灰分（无机盐类）成熟棉纤维的灰分含量约占成熟棉纤维的灰分

39、含量约占1%2%，是由各种无机盐组，是由各种无机盐组成，其中包括硅酸、碳酸、盐酸、硫酸和磷酸的钾、钠、成，其中包括硅酸、碳酸、盐酸、硫酸和磷酸的钾、钠、钙、镁和锰盐，氧化铁和氧化铝。其中以钾盐和钠盐的钙、镁和锰盐，氧化铁和氧化铝。其中以钾盐和钠盐的含量最多，约占灰分总量的含量最多，约占灰分总量的95%。无机盐的存在对纤维的吸水性、白度和手感有一定影响。无机盐的存在对纤维的吸水性、白度和手感有一定影响。而且某些盐类和氧化铁等，对于漂白粉的分解有催化作而且某些盐类和氧化铁等，对于漂白粉的分解有催化作用，这对染整加工是有害的。用，这对染整加工是有害的。在练漂过程中，灰分可通过水洗和酸洗而被去除。在练

40、漂过程中，灰分可通过水洗和酸洗而被去除。v五、色素五、色素棉纤维中的有色物质称为色素。有乳酪色、褐色、棉纤维中的有色物质称为色素。有乳酪色、褐色、灰绿色等。灰绿色等。色素影响织物的白度。色素影响织物的白度。色素可通过漂白作用而被去除。色素可通过漂白作用而被去除。v六、棉籽壳六、棉籽壳棉籽壳不是棉纤维的共生物。棉籽壳不是棉纤维的共生物。籽棉在轧花过程中，虽然棉籽和棉纤维得到了分离，但籽棉在轧花过程中，虽然棉籽和棉纤维得到了分离，但会有少量棉籽壳的残片附在纤维上，影响棉织物的外观。会有少量棉籽壳的残片附在纤维上，影响棉织物的外观。棉籽壳的化学组成是木质素、单宁、纤维素、半纤维素棉籽壳的化学组成是木

41、质素、单宁、纤维素、半纤维素以及其他的多糖类，除此以外，还含有少量的蛋白质、以及其他的多糖类，除此以外，还含有少量的蛋白质、油脂和矿物质，但以木质素为主。油脂和矿物质，但以木质素为主。在高温烧碱液的长时间作用下，棉籽壳发生溶胀，变得在高温烧碱液的长时间作用下，棉籽壳发生溶胀，变得松软而解体，残存的部分经过水洗和受到搓擦作用，从松软而解体，残存的部分经过水洗和受到搓擦作用，从织物上脱落。织物上脱落。第七节第七节黏胶纤维、铜氨纤维和醋酯纤维的基本特性黏胶纤维、铜氨纤维和醋酯纤维的基本特性v本节主要内容本节主要内容一、黏胶纤维一、黏胶纤维二、铜氨纤维二、铜氨纤维三、醋酯纤维三、醋酯纤维v一、黏胶纤维

42、一、黏胶纤维 黏胶纤维属再生纤维。它是以天然纤维为原料，经碱化、老化、黄化等工序制成可溶性纤维素磺酸酯，再溶于稀碱液制成黏胶纺丝液，经湿法纺丝而成。采用不同的纺丝工艺，可以分别得到普通黏胶纤维、高湿模量黏胶纤维和高强力黏胶纤维等。普通黏胶纤维具有一般的物理机械性能和化学性能，分为棉型、毛型和棉型、毛型和长丝型长丝型，俗称人造棉、人造毛和人造丝人造棉、人造毛和人造丝。高湿模量黏胶纤维具有较高的聚合度、强力和湿模量，主要有富强纤富强纤维维。高强力黏胶纤维具有较高的强力和耐疲劳性能。（一）黏胶纤维的制造 v制造黏胶纤维的主要过程是：制浆粕制黏胶纺丝液纺丝成型纤维后处理。v1制浆粕 v2制黏胶纺丝液v

43、3纺丝成型v4纤维后处理 1制浆粕v制浆粕就是提纯原料纤维素，增加其化学反应性能，适当降低纤维素的聚合度，以适应纺丝要求。v制浆粕的方法是先将原料粉碎，进行碱或亚硫酸盐蒸煮，在此过程中原料发生膨化，结构变得松散，化学反应性增强并除去部分杂质，然后再进行打浆，NaClO漂白，即可制成浆粕板。2.制黏胶纺丝液v先以17.5%的氢氧化钠溶液浸泡处理浆粕，制成中间原料碱纤维素。碱纤维素再经压榨去余碱，粉碎放置。放置过程称为“老化”，使碱纤维素聚合度进一步降低，组成更加均匀。v老化后的碱纤维素再与二硫化碳作用（黄化过程），生成纤维素磺酸酯，能溶于4%6%的稀碱溶液中，就可得到又黏又稠的黏胶溶液。v维持一

44、定的温度并放置一定时间，使之熟成。v熟成后的黏胶纤维溶液经过滤和脱泡后便可进行纺丝。纤维素OH+NaOH 纤维素ONa+H2O （碱纤维素）纤维素ONa+CS2 纤维素OC SSNa （纤维素磺酸酯）v3.纺丝成型v黏胶纤维的纺丝成型，是以黏胶纺丝液通过纺丝头形成细流，这种细流在酸浴中凝固，分离出固体纤维素，这就是纤维素的再生，纤维素OC+H2SO4 NaHSO4+CS2+纤维素OHSSNa（再生纤维素）v4.纤维后处理v 纺丝成型的黏胶纤维上带有酸、碱、硫黄、硫化氢、二硫化碳等，这些物质的存在，会影响纤维的强度、手感、表面光泽以及染色效果等，所以必须进行水洗、脱硫、漂白、酸洗、水洗、上油、干

45、燥等后处理。（二）黏胶纤维的结构 v一般黏胶纤维在显微镜中的形态是：纵向为平直的圆柱体，截面是不规则的锯齿形。见图3-32所示。v而富纤的截面比较规则，几乎成圆形，见图3-33。图3-32 普通黏胶纤维的截面 图3-33 富纤截面 v黏胶纤维的横截面结构是不均一的,一般纤维横截面的分层情况随纺丝浴组成的不同而不同。v皮层紧密，结晶度及取向度高。芯层结构都比较疏松，结晶度及取向度较低。黏胶纤维的这种皮芯结构结其染色性能有很大的影响。v普通黏胶纤维的结晶度约为30%40%，但结晶区尺寸较小。v黏胶纤维的大分子取向度随生产中拉伸程度的增加而提高。如拉伸10%的纤维，螺旋角为34；拉伸80%的纤维，螺

46、旋角为25；拉伸120%的纤维，螺旋角为16。在聚合度一定的情况下，取向度愈高，则纤维强度愈高。（三）黏胶纤维的性能v黏胶纤维的基本组成物质和棉纤维一样也是纤维素，所以它的性质与棉纤维基本相似。但由于聚合度较低，超分子结构上又有不同，因而性质上有某些特点。v1物理机械性能黏胶纤维的表面比棉纤维光滑，所以光泽比棉强，甚至有耀眼的感觉。黏胶纤维的机械性质如强度、耐磨性较差，但因无定形结构多且较为疏松，所以吸湿性好，上染率高，透气性好，穿着舒适，与合成纤维混纺可以取长补短，并改善织物的机械性质与服用性能。普通黏胶下水后的湿强比干强度降低近一半左右，这是因为黏胶纤维聚合度低，水分子进入无定形区，使分子

47、间力进一步减小，易造成滑移断裂之故。v2化学性能黏胶纤维结构疏松，有较多的空隙和内表面积，暴露的羟基比棉纤维多，因此化学活泼性比棉纤维大，对酸、碱、氧化剂都比较敏感。必须注意的是黏胶纤维对碱的稳定性比棉纤维、丝光棉纤维差很多，能在浓碱作用下剧烈膨化以致溶解。所以在染整加工中应尽量少用浓碱。（四）富强纤维v富强纤维组成和结构和普通黏胶纤维类似，但聚合度较大。v它的生产过程和普通黏胶纤维有些差别。这类纤维的粉碎过程是在低温下进行的，碱纤维素不经老化，即以大量的二硫化碳进行黄酯化，其使纤维素硫酸酯溶于纯水中以制得黏胶，黏胶不经熟成；凝固浴的组成用酸、低盐或无盐，并在浴内进行纺丝拉伸。普通黏胶纤维和富

48、强纤维主要性能如表3-9所示。表3-9 普通黏胶纤维和富强纤维的性能指标普通黏胶纤维富强纤维强度（N/tex）干0.120.250.320.35湿0.060.140.220.35断裂延伸度（%）干1530711湿203585回潮率在水中溶胀性耐碱性12151012高低低高v二、铜氨纤维铜氨纤维也是再生纤维素纤维。它是将棉短绒等天然纤维素原料溶解在氢氧化钠或碱性铜盐的浓氨溶液内，配成纺丝液，在水或稀碱溶液中，纺丝成型，再在含2%3%硫酸溶液的第二浴内使铜氨纤维素分子化学物分解出再生纤维素。生产的水合纤维素经加工后即得到铜氨纤维。铜氨纤维的吸湿性与黏胶纤维相近。铜氨纤维的干强与黏胶纤维相近，但湿强

49、高于黏胶纤维，耐磨性优于黏胶纤维。浓硫酸和热稀酸能溶解铜氨纤维，稀碱对其有轻微损伤，强碱则可使铜氨纤维膨胀直至溶解。铜氨纤维不溶于一般有机溶剂，而溶于铜氨溶液。由于纤维细软，光泽适宜，常用作高档丝织物或针织物。但受原料的限制，且工艺复杂，产量较低。v三、醋酯纤维三、醋酯纤维醋酯纤维是以纤维素为原料，纤维素分子上的羟基醋酯纤维是以纤维素为原料，纤维素分子上的羟基OH与醋酸作用生成醋酸纤维素酯，经干法或湿法纺丝制得。与醋酸作用生成醋酸纤维素酯，经干法或湿法纺丝制得。根据羟基被乙酰化的程度分为二醋酯纤维和三醋酯纤维根据羟基被乙酰化的程度分为二醋酯纤维和三醋酯纤维两种。二醋酯纤维中至少两种。二醋酯纤维

50、中至少74%92%的羟基被乙酰化。的羟基被乙酰化。三醋酯纤维则至少三醋酯纤维则至少92%的羟基被乙酰化。通常所说的醋的羟基被乙酰化。通常所说的醋酯纤维是指三醋酯纤维。酯纤维是指三醋酯纤维。醋酯纤维的截面呈多瓣形，片状或耳状为多，无皮芯结醋酯纤维的截面呈多瓣形，片状或耳状为多，无皮芯结构。构。醋酯纤维不易受水浸湿，不易起污，洗涤容易，且手感醋酯纤维不易受水浸湿，不易起污，洗涤容易，且手感柔软，弹性好，不易起皱，故可用于妇女面料、衬里料、柔软，弹性好，不易起皱，故可用于妇女面料、衬里料、贴身女衣裤等。也可以与其他纤维交织，生产各种成品贴身女衣裤等。也可以与其他纤维交织，生产各种成品绸。绸。第八节亚