纤维素纤维

染整工艺学考试课：期末成绩80%，平时成绩20%；课程目的：掌握纺织品前处理、染色、印花、后整理加工的基本原理、方法及常用染整助剂、染料的应用性能，了解染整加工的最新发展方向。答疑时间：周二下午3：00-4：00主讲：张晓莉纺织工业常用纤维主要内容：天然纤维素纤维天然蛋白质纤维化学合成纤维一、纺织纤维的分类纤维的特征是细而长，不同用途的纤维，要求它具有不同的性能，作为纺织纤维，一般必要的条件有：（1）具有一定的化学，物理稳定性（固体）（2）具有一定的强度，柔曲性，可纺性，弹性和可塑性等。染整关注：纤维高分子与水有无结合基团、与染料分子有无作用点、与整理剂等有无结合点，是共价键结合、离子键结合、氢键结合还是范得华作用力结合。二、纤维素纤维的结构和性能棉纤维天然彩棉麻纤维再生纤维素纤维（粘胶纤维、高湿模量粘胶纤维、Lyocell纤维、竹纤维）（一）棉纤维1、棉纤维的形态结构形态结构又分微型态结构和宏形态结构。微型态结构是指电子显微镜能观察到的结构，如微纤、微孔和裂缝等。宏形态结构是指光学显微镜能观察到的结构，如纤维外观和截面形态等。形态结构对纤维的力学性质、光泽、手感、保暖性、吸湿性等均有影响。图1棉纤维的梢部中部、基部形态图2成熟棉纤维的横截面将棉纤维经过适当的溶胀处理后，在显微镜下进一步观察，发现棉纤维从外到里又分成三层：最外层为初生胞壁，中间为次生胞壁，内部为胞腔。棉纤维的主要成分：纤维素：94%果胶物质：0.9%蜡状物质：0.6%灰分：1.2%有机酸和多糖类：1.1%含氮物质：1.3%其他：0.9%共生物在棉织物染整加工中影响纤维的吸水、染色、白度等性能，因此，在染整加工的前处理中需要除去，以满足染整加工与服用的需要。2、纤维素的化学结构β-D-葡萄糖剩基彼此以1，4甙键联结而成，分子式:纤维素纤维大分子上的反应基团主要反应甙键：水解反应（降解，分子链断裂）醇羟基：吸附、氧化、酯化、醚化、交联、接枝…次要反应末端甙羟基：潜在醛基，弱还原性质H基：光化学反应3、纤维素纤维的化学性质（1）一般碱作用甙键：耐碱性很强在碱性条件下，纤维素纤维不易发生降解羟基：碱一般不会影响纤维素大分子链结构纤维素的耐碱性很好！！纤维素染整加工尽量在碱性条件下进行CellOH+NaOHCellONa+H2O碱纤维素可逆3.1碱对纤维素纤维的作用（2）浓碱对纤维素的丝光作用使纤维发生剧烈溶胀改变纤维的超分子结构和形态结构改变纤维的一些物理机械性能（3）纤维素的碱氧化作用在高温碱性条件下，纤维素会发生损伤原因：高温下，空气中的氧气将纤维素氧化，碱有催化作用氧化纤维素在碱性条件下发生β分裂高温下，碱可能会从末端开始使纤维素逐渐降解意义：高温碱性条件时，必须将空气排除或避免与空气接触实例：棉煮练时要先排出空气再升温3.2酸对纤维素的作用(1)反应方程式：(2)反应机理：甙键的水解反应酸是水解的催化剂——在反应过程中，酸的浓度保持不变反应历程：(C6H10O5)n(C6H10O5)q(C6H10O5)r+H+其中：nq，rOHHHOHOCH2OHOHHHHOHOHCH2OHOHOHOHHH+OHHHOHOCH2OHOHHHHOHOHCH2OHOHOHOHHH+HOHOHHHHOHCH2OHOHOHHCO+HHHOHOHCH2OHOHOHOH+H+(3)酸降解对纤维素纤维的影响聚合度降低分子量下降水解产物是一系列同系物的混合物，称为水解纤维素完全水解产物是葡萄糖。末端增加潜在醛基增加还原性增加——铜值增加强度下降(4)酸降解的一般规律酸性越强，降解越大H2SO4，HClH3PO4H3BO3纤维素纤维对弱的有机酸有一定的稳定性温度越高，降解越大浓度越高，降解越大使用酸时浓度应尽量低时间降解程度与时间成正比与酸接触时间越短越好纤维素对有机酸、低浓低温无机酸有一定的稳定性，可小心使用；使用强酸后一定要充分洗净，决不能带酸烘干！3.3纤维素的氧化(1)氧化产物剧烈氧化：CO2和H2O缓和氧化：氧化纤维素六位羟基→醛基、羧基2，3位羟基→酮基、醛基、羧基产物一般是混合物氧化纤维素类型还原型（酮、醛）羧酸型(2)纤维素纤维氧化反应的特点氧化主要发生在中间的醇羟基和末端的甙羟基上表面上看分子链未断裂，分子量不下降，强力不下降有可能发生“潜在损伤”OHHHOHCH2OHOHOHHOOHHHOHCHOOHOHHOOHHHOHCOOHOHOHHOOHHHOHCH2OHOOHOOHHOHCH2OHOHHOOOHHOHCH2OHOOOHHOHHOHCH2OHOCCOOOHOHHOHCH2OHOHOCCOO(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)(Ⅴ)(Ⅵ)(Ⅶ)3.4纤维素分子其它反应（1）酯化反应纤维素分子与（羧）酸类物质反应生成酯：纤维素分子形成磷酸酯后能使织物具有阻燃性；与醋酸酐反应生成纤维素醋酸酯是制造人造纤维——醋酯纤维的原料。纤维素分子与氯乙酸在碱性条件下的反应产物称羧甲基纤维素钠，可用作纺织浆料和增稠剂；与缩水甘油三甲基氯化铵反应后形成阳离子衍生物，使纤维素纤维织物在用阴离子染料染色和其它染料染色时上染率和染色牢度大为提高，同时兼有抗静电、抗菌、防霉等功效，用于难染色的苎麻纤维织物上尤其有效。（2）醚化反应4、纤维素纤维的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。其地位介于纤维形态结构和分子结构之间。描述纤维中长链分子（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---链或微晶向与纤维向夹角棉、麻、丝光棉、粘胶结晶度：70、90、50、40%图-缨状原纤图超分子结构与性能•超分子结构：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：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）。（二）天然彩棉缺点：产量低、成熟度差、纤维强度低、可纺性差、色泽不鲜艳；优点：彩色棉制品有利于人体健康;在纺织过程中减少印染工序;迎合了人类提出的绿色革命口号，减少了对环境污染；有利于国家继续保持纺织品出口大国的地位，打破了国际绿色贸易壁垒。性能彩棉纤维次生胞壁薄，胞腔远大于白棉，呈U型；彩棉色素主要分布在纤维的次生胞壁内，靠近胞腔部位，彩棉色素不稳定，变化程度与所用试剂的种类、用量和处理条件有关；彩棉纤维中纤维素含量低，纤维长度短，因此强力低；彩棉杂质含量多，共生物主要成分是棉蜡、灰分、果胶和蛋白质，棉蜡的含量约为白棉的5~8倍，因此彩棉纤维吸水性差。（三）麻纤维1、苎麻和亚麻的化学组成主要成分为纤维素、并含有较多量的半纤维素、果胶和木质素；2、麻纤维的物理性能☆取向度和结晶度高于棉纤维，具有高强度和低伸长；☆大分子排列整齐、紧密，溶胀困难，染色性能较差，染料扩散困难，上染率低，染色始终是个麻烦的问题；☆断裂伸长率低，纤维硬挺，刚性大，折皱回复能力差；（四）再生纤维素纤维1、粘胶纤维（吸湿易染）：（1）形态结构：截面呈不规则锯齿状，截面结构不均一，典型的皮芯结构，皮层结晶度和取向度高，结构紧密，而芯层结晶度和取向度均较低，结构比较疏松（暴露的羟基比棉多，因此化学活泼性比棉大，对酸和氧化剂的敏感性大于棉）。（2）性能：湿强是干强的一半左右，所以在染整加工中应采用低张力或松式加工；粘胶对碱的稳定性差，能在浓烧碱中溶胀甚至溶解，所以染整中尽量少用浓碱，与棉的混纺织物不能进行丝光处理；由于皮芯结构，使低温、短时间染色时，粘胶纤维得色比棉浅，而高温、长时间染色时，得色比棉深。2、高湿模量粘胶纤维（1）富强纤维干湿强度高、伸长低和湿模量高，对碱的稳定性好，使得其与棉的混纺织物能进行丝光处理；比较耐折皱，水洗后变形较小。（2）Modal纤维干湿强度、湿模量和缩水率均好于普通粘胶纤维，但其抗皱性差，成品需要进行防皱整理。3、Lyocell纤维Tencel纤维生产过程对环境无公害；普通型Lyocell纤维具有很高的吸湿膨润性，特别是径向；当纤维在水中膨润时，纤维轴向分子间的氢键等结合力被拆开，在受到机械作用时，纤维沿轴向分裂，形成较长的原纤，这种现象称为原纤化现象，可加工成桃皮绒风格织物。高的横向膨润性，造成织物遇水后结构紧密、僵硬，在湿加工时很容易产生折痕和擦伤等疵病；4、竹纤维天然竹纤维横截面呈扁平状，中间有空洞，纤维表面存在沟槽和裂缝，横向有枝节，无天然扭曲，这使天然竹纤维具有很好的吸湿、放湿性能。具有天然的抗菌能力，抗紫外线能力比棉纤维强。