生活化学与健康 衣着化学和合成纤维.pptx
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1、第一章第一章 衣着化学和合成纤维衣着化学和合成纤维第1页/共81页1.1 1.1 纤维与衣着品纤维与衣着品1.2 1.2 皮革与衣着品皮革与衣着品1.3 1.3 橡胶橡胶 第2页/共81页1.1.了解纤维与衣着品了解纤维与衣着品2.2.了解皮革与衣着品了解皮革与衣着品3.3.了解橡胶及其用品了解橡胶及其用品本章教学要求本章教学要求第3页/共81页 服装的穿着能够使人风度翩翩,能够显示人的文明和气质.苏东坡写道“羽扇伦巾,谈笑间,强虏灰飞烟灭”,这是描述三国时期的周瑜在赤壁之战中,运筹帷幄,指挥若定,大败曹军而形成的三足鼎立之势的穿戴饰物和儒将风度。合适的服装,使男人显得英俊、女人显得娟美、教师
2、显得尊严、演员显得潇洒、运动员显得矫健、军人显得英武。服装在一定程度上能体现一个人的人格,对于不同的服装样式、线条、结构,就形成不同的风格而风格和人格的统一,就产生了科学的美和风度的美。衣衣着着(ClothingClothing)包包括括衣衣裤裤、鞋鞋、帽帽,它它们们具具有有生生理理功功能能、生活功能和社会功能。生活功能和社会功能。衣衣着着材材料料(Clothing Clothing MaterialMaterial)包包括括纤纤维维(天天然然纤纤维维、人人造纤维、合成纤维)、皮革、塑料和其他制品。造纤维、合成纤维)、皮革、塑料和其他制品。衣衣着着化化学学(Clothing Clothing
3、ChemistryChemistry)就就是是研研究究衣衣着着材材料料如如纤纤维维、皮皮革革、塑塑料料及及其其他他制制品品的的组组成成、性性质质,对对人人体体的的生生理理功功能能、生活功能和社会功能,显示人的风度和气质的一门综合性科学。生活功能和社会功能,显示人的风度和气质的一门综合性科学。第4页/共81页1.1 1.1 纤维与衣着品化学纤维与衣着品化学第5页/共81页 衣衣着着纤纤维维(Clothing Clothing FiberFiber)是是指指纤纤维维长长度度(Fiber Fiber LengthLength)比比纤纤维维的的直直径径大大(其其比比值值大大于于100100)许许多多倍
4、倍,并并且且有有一一定柔韧性,通过加工可以制成各种衣物的纤细物质。定柔韧性,通过加工可以制成各种衣物的纤细物质。1.1.1 1.1.1 天然纤维天然纤维 天天然然纤纤维维(Nature Nature FiberFiber)是是指指棉棉、麻麻、羊羊毛毛、蚕蚕丝丝等等衣衣着纤维。主要包括植物纤维和动物纤维。着纤维。主要包括植物纤维和动物纤维。丝丝(SilkSilk)的的粗粗细细计计量量单单位位是是旦旦(D D):定定义义为为90009000m m 长长的的纤纤维维的的克克数数,重重1 1克克的的为为1 1D.D.我我国国生生产产的的人人造造丝丝为为7070D D和和120120D D;人人造造短短
5、纤纤维维(纤纤维维长长5 53333mmmm)称称为为“纤纤”,合合成成短短纤纤维维称称为为“纶纶”,长长纤纤维维(7676mmmm以以上上),不不管管人人造造还还是是合合成成的的都都称称为为“丝丝”。第6页/共81页1.1.1.1天然植物纤维天然植物纤维 (1 1)植物纤维结构及性质植物纤维结构及性质 (1.11.1)植物纤维结构:植物纤维)植物纤维结构:植物纤维(Plant FiberPlant Fiber)的主要成分是纤维素,的主要成分是纤维素,纤维素用酸水解后,只得到纤维素用酸水解后,只得到D-D-(+)-葡萄糖,说明纤维素是由一种单体失水葡萄糖,说明纤维素是由一种单体失水而成的聚合体
6、。若用高浓度的酸水解,可以生成纤维二糖、纤维三糖、纤维而成的聚合体。若用高浓度的酸水解,可以生成纤维二糖、纤维三糖、纤维四糖等,说明纤维素这个大分子是由多个纤维二糖聚合而成的。纤维二糖是四糖等,说明纤维素这个大分子是由多个纤维二糖聚合而成的。纤维二糖是由两分子葡萄糖通过由两分子葡萄糖通过1 1,4 4两位上的羟基失水而来的。纤维二糖为两位上的羟基失水而来的。纤维二糖为-C-C6 6H H1212O O6 6(葡萄糖)苷,纤维素是葡萄糖)苷,纤维素是-C-C6 6H H1212O O6 6(葡萄糖)的聚合物的聚合物,包括约葡萄糖)的聚合物的聚合物,包括约50005000个该糖的单体。纤维素呈一束
7、一束的形状,每一束由个该糖的单体。纤维素呈一束一束的形状,每一束由100100200 200 条彼此平条彼此平行的纤维分子的链子通过氢键结合起来,纤维素的化学稳定性和机械性能可行的纤维分子的链子通过氢键结合起来,纤维素的化学稳定性和机械性能可能取决于这种纤维束的结构。能取决于这种纤维束的结构。纤维素第7页/共81页 (1.2)(1.2)纤纤维维素素的的分分子子量量测测定定:测测定定方方法法是是采采用用哈哈武武斯斯的的端端基基法法测测定定,此此法法是是将将纤纤维维素素进进行行甲甲基基化化,尔尔后后,把把甲甲基基化化纤纤维维素素水水解解后后分分析析,得得到到纤纤维维素素长长链的下式结构:链的下式结
8、构:2 2,3,3,4 4,6 6四甲基葡萄糖 2 2,3 3,6 6四甲基葡萄糖 2 2,4 4,6 6四甲基葡萄糖 水水解解后后,将将大大部部分分三三甲甲基基产产物物和和四四甲甲基基产产物物分分离离开开,按按照照这这二二者者的的比比例例,计计算算纤纤维维素素的的分分子子量量约约为为2000020000至至4000040000,测测得得纤纤维维素素的的链链长长大大约约为为5000500010000 10000 个个葡葡萄萄糖糖单单位位。测测得得的的分分子子量量是是它它的的平平均均分分子子量量。此此法法测测定定的的分分子子量量与与用用X X 射射线线测测量量的的物物理理方方法法测测出出来来结结
9、果果大大致致相相同同。纤纤维维素素的的来来源源不不同同,处处理理方方法法不不同同,测测得得分分子子量量的的差差异异很很大大,其其偏偏差差的的原原因因可可能能是是,在在化化学学方方法法的的测测定定过过程程中中,原原来来的的分分子子结结构构发发生生了了改改变变,测测到到的的并并不不是是原原来来的的分分子子,而而是是初步水解的水解小分子。初步水解的水解小分子。第8页/共81页 (2 2)纤维素的性质)纤维素的性质 用用 X X 衍衍射射和和电电子子显显微微镜镜研研究究,纤纤维维素素分分子子形形成成的的小小束束直直径径大大约约是是3 3nm nm,分分子子之之间间通通过过氢氢键键联联结结,每每一一个个
10、小小束束大大约约有有30 30 个个分分子子,具具有有很很强强的的结结晶晶性性质质,纤纤维维素素是是呈呈搓搓成成麻麻线线状状的的长长链链。纤纤维维素素不不溶溶于于水水,可可溶溶于于斯斯外外兹兹(SchweitzerSchweitzer)溶溶液液(硫硫酸酸铜铜的的20%20%的的氨氨水水溶溶液液)分分子子中中的的羟羟基基形形成成铜铜氨氨配配合合物物。此此配配合合物物遇酸分解,原来的纤维素又沉淀下来。遇酸分解,原来的纤维素又沉淀下来。人人的的消消化化道道中中没没有有水水解解-C C6 6H H1212O O6 6(葡葡萄萄糖糖)苷苷键键的的纤纤维维素素酶酶,所所以以人人不不能能消消化化纤纤维维素素
11、。(而而食食草草动动物物的的消消化化道道中中纤纤维维素素细细菌菌和和原原生生动动物物,它它们们能能分分泌泌出出纤纤维维素素酶酶将将纤纤维维素素分分解解成成纤纤维维二二糖,再由纤维二糖酶分解成糖,再由纤维二糖酶分解成D D 葡萄糖)。葡萄糖)。第9页/共81页1.1.1.2 1.1.1.2 常见的植物纤维常见的植物纤维 (1 1)棉棉(CottonCotton)是是指指从从种种植植的的棉棉花花中中获获得得的的皮皮棉棉经经过过加工而成的棉纤维。加工而成的棉纤维。棉棉在在显显微微镜镜看看到到棉棉纤纤维维呈呈细细长长微微扁扁的的椭椭圆圆管管状状结结构构。由由于于棉棉纤纤维维是是空空心心的的,所所以以棉
12、棉布布有有吸吸湿湿性性、透透气气性性好好,可可吸吸汗汗和保暖的特点,根据其特点棉布是内衣制品的理想材料。和保暖的特点,根据其特点棉布是内衣制品的理想材料。包包括括棉棉和和麻麻两两类类。纤纤维维素素是是植植物物细细胞胞壁壁的的主主要要组组分分,构构成成植植物物组组织织的的基基础础。棉棉花花含含纤纤维维素素90%90%以以上上,亚亚麻麻约约含含80%80%,木木材材的的细细胞胞壁壁约约有有50%50%,其其他他如如竹竹子子、芦芦苇苇、稻稻草草等等,都都含含有有大大量量的的纤纤维维素素。纤纤维维素素是是具具有有不不同同形形态态的的固固体体纤纤维维状状物物质质,它它不不溶溶于于水水和和有有机机溶溶剂剂
13、,加加热热时时分分解解,所所以以也也不不能能熔熔化化。纤纤维维素素是是以以葡葡萄萄糖糖甙甙键键形形成成的的高高分分子子化化合合物物,糖糖甙甙键键对对酸酸不不稳稳定定,对对碱碱则比较稳定。纤维素燃烧时生成二氧化碳和水,无异味。则比较稳定。纤维素燃烧时生成二氧化碳和水,无异味。第10页/共81页 尽管棉布可以染色,但是染料对人体是有危害的;棉花在生长时使用了大量的农药、加工制造时采用了某些化学物质处理,因此都有可能留有部分残留物。对于“免烫”布料是因为此布料经过了甲醛树脂的处理。所以,天然棉有时对人体也是能够造成危害。有色棉是经过科学培育而形成的真正的天然棉,它不使用化学物质培育,不用甲醛类物质处
14、理。已经培育出来了许多有色棉,有绿色的、褐色的、赤褐色的、奶油色的等棉。天然有色棉的颜色洗涤后会加深,可以直接采用有色棉纺织成格子布和人字形布。内衣用品、床上用品和沐浴用品的发展趋势是不漂白、不染色、不经过化学处理的棉布内衣、棉布床单及棉布毛巾。有色棉的用品质地柔软,用起来具有舒适的感觉,同时对环境有利和可持续发展。第11页/共81页 (2 2)麻(Fiber Fiber CropsCrops)是指从种植的的麻中通过剥下的麻皮后经过加工而成的麻纤维。麻在显微镜看到麻纤维呈实心棒状的长纤维,不卷曲挺阔,强度极高,具有通气性好和舒适性强的功能,所以麻是夏季衣服制品、蚊帐的理想材料。麻的生产适应性强
15、,具有耐寒耐旱的特点,不需要杀虫剂、灭草剂或者化肥,其产量远比棉花高,因此,麻布具有广阔的应用前景。1.1.1.3常见动物纤维常见动物纤维 动物纤维(Animal FiberAnimal Fiber)主要包括丝和毛两类。(1 1)丝(SilkSilk)是指从蚕的肚中盛有的液体通过其小口中分泌出的一条细流,细流在空气中很快凝结起来,就变成了一缕连续不断的长丝;通常一个蚕茧由一根丝缠绕,一般长达1000100015001500米;丝的主要成分是蛋白质(角蛋白),它不能被消化酵素作用,因而无营养价值。丝是空心管状结构。强度高,有丝光,有凉爽感,丝制品质地好,属于真正的天然材料,所以可以做出夏季高级衣
16、服。第12页/共81页 (2 2)毛(HairHair)包括各种兽毛,主要以羊毛为主。羊毛(WoolWool)属于粗短纤维,由两种蛋白质组成,一种是含硫较少的纤维质蛋白,其排列循序是成条状的;另一种是含硫较多的细胞间质蛋白,其作用是连接纤维角蛋白,二者构成了羊毛纤维的骨架。羊毛具有天然阻燃、抗尘防污的作用,并且具有耐磨性能好和保暖性好的作用,因此,可以做出高级的外衣。有机羊毛的性能更好,其原因是没有经过化学处理,一般都用污染少的染料染色。第13页/共81页1.1.2 1.1.2 人造纤维人造纤维 人造纤维(Artificial Artificial FiberFiber)又称纤维素面料(Cel
17、lulose Cellulose Cover Cover FarbicFarbic),是利用不适宜种植粮食的土地种植的树木、芦苇或者甘蔗渣、棉杆、麦杆等植物纤维,经过必要的化学处理,得到人造纤维。人造纤维主要包括人造棉、人造毛、人造丝等.1.1.2.1 1.1.2.1 人造棉 粘胶纤维结构与棉纤维相同,但为实心棒状,比较脆,强度差,纤维素分子排列与棉纤维相比其松散零乱,分子之间的空隙较大,水分子容易进入,因此由粘胶纤维制成的面料与棉布相比缩水性要大。若将此制品浸入水后会发胀、变厚变硬,所以不容易洗涤。由于粘胶纤维的性能与棉花相近,常用于制作内衣,穿着舒适,价格相对较低,所以得到了广泛的应用。人
18、造棉(Staple Staple RayonRayon)的制备方法:将上述植物纤维和烧碱、二硫化碳一起作用,生成纤维素黄酸酯,把它溶解于稀的碱溶液中,能得到一种粘稠液体,用这种粘稠液体经过纺丝可得到粘胶纤维(Viscose FiberViscose Fiber)。第14页/共81页纤维素纤维素碱纤维素碱纤维素纤维素黄原酸钠纤维素黄原酸钠纤维素(再生)纤维素(再生)在粘胶纤维中加入合成树脂,合成树脂能够使粘胶纤维分子的排列更整齐规则,克服了粘胶纤维的脆和强度差的缺点,经过纺丝可得到富强纤维(Prosperous Prosperous and and StrongStrong),此纤维制成的面料缩
19、水性非常小,洗涤性能好。第15页/共81页1.1.2.2人造毛人造毛 (1 1)人造羊毛 (Artificial Artificial WoolWool)是指把粘胶纤维的长丝加工成为大约7676102 102 mm mm 与羊毛相似的长度,其形状与羊毛近似。人造羊毛的缺点是遇水膨胀变硬,耐磨性能差。(2 2)氰乙基纤维是指粘胶纤维中加入丙烯腈后,纤维中的羟基与丙烯腈反应生成的纤维 ,这种纤维的耐磨性好。(3 3)人造丝 (3.13.1)人造丝(Artificial Artificial SilkSilk)是通过粘胶纤维中制成的丝状制品。人造丝与棉布相同,能够制作内衣等,人造丝的缺点是在水中不结
20、实,洗涤易变形。(3.23.2)醋酸纤维 (Cellulose Cellulose AcetaneAcetane)是粘胶纤维与醋酐在硫酸或氯化锌的作用下反应生成的产物。醋酸纤维稳定性能好,能阻燃。(3.33.3)铜氨人造丝(Cuprammonnium Cuprammonnium RayonRayon)是粘胶纤维加入铜氨溶液(方法是氢氧化钠溶入浓氨水即得铜氨溶液)使其溶解制成纺丝液,尔后在酸液中喷丝,得到铜氨人造丝 ,质地好。第16页/共81页1.1.3 1.1.3 合成纤维合成纤维 合成纤维(Synthetic Synthetic FiberFiber)是由合成高分子化合物所制的纤维。由于天然
21、纤维如棉、麻不是在任何地方、任何土壤和气候条件下都能种植,另外,棉、麻每年也只能种植一次。动物纤维的来源如羊毛的产量也受到牧场和草等条件的限制,蚕丝的产量受到桑树的种植的限制。同样,人造纤维也受到了原料的限制。合成纤维的生产解决了天然纤维、人造纤维资源缺乏的问题。合成纤维有着很好的化学性能和机械性能,加上资源来自于石油,因此世界上合成纤维的产量从2020世纪80 80 年代就超过了 天然纤维的产量,并且得到了广泛的应用。第17页/共81页1.1.3.1 1.1.3.1 合成纤维的高聚物分子的基本条件(成纤条件)(1 1)高聚物分子必须是线形结构:合成纤维的高聚物分子必须是线形结构的高分子或带有
22、少数支链的线形结构高分子。成纤后,高分子链能够保证进行纤维拉伸时具有一定的强度和弹性。在纤维的分子链束(分子链束是由若干分子链组成的)中,经常同时有晶型区和无定型区存在,在晶型区链束局部排列规整,分子间吸引力较大,强度较高;在无定型区链束局部排列不规整,呈无规则的卷曲状态,分子链间相互纠缠在一起。因此,合成纤维在制造过程中必须经过拉伸,使分子链能沿着纤维轴的方向取向(单向有序排列),也使无定型区内排列得不规整的分子链顺着纤维方向伸直排列,以提高分子间的作用力,从而增加纤维的强度。第18页/共81页 (2 2)高聚物分子的分子量要适量:合成纤维的分子量适量,才有利于拉丝和保证足够的强度。分子量不
23、够大时,纤维强度差;分子量增大时,纤维强度可以提高,但分子量大到一定程度时对强度影响不大,而对防丝来说却由于黏度太大带来了困难。一般要求分子量在10104 4 的数量级。(3 3)高聚物分子的分子链要有吸引力:一根合成纤维是由无数线形高分子链交织排列在一起形成的。要提高纤维的强度,则必须提高高分子链的作用力(范德华力和氢键)。分子链中有极性基团如-OHOH、-NHNH2 2、-CO CO-等容易形成氢键,分子链间的吸引力就大,纤维的强度就增强。另外高聚物在溶剂中有较大的溶解度,制成的溶液要有较高的稳定性,以有利于纺丝;形成纺丝纤维要具有易于染色的性能。第19页/共81页1.1.3.2 1.1.
24、3.2 合成纤维的性质合成纤维的性质 (1 1)合合成成纤纤维维的的强强度度和和耐耐磨磨性性:合合成成纤纤维维的的高高分分子子结结构构决决定定了了其其具具有有好好的的强强度度和和耐耐磨磨性性,因因此此合合成成纤纤维维的的用用途途非非常常广广,合合成纤维制成的纺织品经久耐用。成纤维制成的纺织品经久耐用。(2 2)合合成成纤纤维维的的吸吸水水性性能能:合合成成纤纤维维的的分分子子结结构构紧紧密密,因因此此吸吸水水性性能能差差,不不易易被被细细菌菌侵侵蚀蚀、不不易易被被虫虫咬咬。由由于于吸吸水水性性能能差差,所以不适合做内衣。所以不适合做内衣。(3 3)合合成成纤纤维维的的耐耐酸酸碱碱性性:合合成成
25、纤纤维维的的化化学学稳稳定定性性能能好好,强强度度高高,不不怕怕酸酸碱碱的的侵侵蚀蚀,因因此此常常常常用用来来做做耐耐腐腐蚀蚀的的衣衣服服等等。合合成纤维制品易洗,并且一般的洗涤剂不会对合成纤维造成损害。成纤维制品易洗,并且一般的洗涤剂不会对合成纤维造成损害。(4 4)合成纤维的易玷污性)合成纤维的易玷污性:合成纤维受到摩擦时,容易产生合成纤维受到摩擦时,容易产生静电,因此合成纤维制品易吸附空气中的尘埃,造成纤维制品静电,因此合成纤维制品易吸附空气中的尘埃,造成纤维制品易脏。合成纤维是电的不良导体,所以,合成纤维衣物易起毛。易脏。合成纤维是电的不良导体,所以,合成纤维衣物易起毛。第20页/共8
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