教学课题∶纤维素纤维的结构与性质.doc

教学课题：纤维素纤维的结构与性质教学目的：1、了解纤维及纺织纤维的概念及纤维的分类 ；2、理解麻纤维与棉纤维的结晶构造对纤维材料机械性能影响；3、掌握纤维素的化学性质教学重点：纤维及纺织纤维的概念/纤维素的化学性质教学难点：纤维素纤维的结构教学内容一、 纤维概念纤维：直径一般为几微米，而长度比直径大百倍、千倍以上的细长物质称做纤维。纺织纤维：可以用业制造纺织制品（纱、线、绳等）的纤维。聚合度：小分子通过聚合反应生成的聚合物中小分子的个数。结晶度：表示大分子结晶区含量大小的指标。二、纺织纤维必须具备的性质1、牢度：纺织纤维必须具有相当之抗张强度，强度之最低限度可定为20千克/平方毫米或1.5克/旦尼尔（Denier）2、长度：纤维长度，愈长愈佳。如长度在五毫米以下，则不易纺纱。 3、粗细：纤维愈细，纺成之纱线及织成之织物愈精致。但若过细时，则强度随之变弱。一般人造纤维之直径约在0.01至0.04毫米之间。 4、延展性及弹性：供制衣用者可弯曲不致折断,且能恢复原状等特性。这些性质，皆与弹性及延展性直接有关，故纺织纤维必须具有适当之弹性及延展性。 5、胶著性：纺织纤维须具备能互相缠绕或胶著以成坚固纱线之特性，此性质大半因纤维之形状而定。如棉纤维纤维扭曲，毛织维表面具有鳞片组织，因而易于互相缠绕而胶著。这种性质于制造人造短纤维时，尤其重要。 6、保温性：衣服主要功能之一，为具有防寒御暑之性能，故纺织纤维必为热之不良导体。7、耐久性：纺织纤维于织造、加工及使用时，均须承受相当程度力之作用，如无耐久之力，实无法使用。 8、不溶性：纺织纤维不但须有不溶于水的特性，即使对于肥皂水、弱碱、弱酸水等亦须不溶，因无论在织物之制成、加工过程中或制后使用时，皂水及弱碱、弱酸液，均为无法避免接触之物。 9、手感:手感柔软、乾、不粗硬，第一节 纤维素纤维的结构与性质一、纤维素1、纤维素（cellulose）：由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。2、纤维素的来源：（1）棉花的纤维素含量接近100，为天然的最纯纤维素来源。（2）木材中，纤维素占4050，还有1030的半纤维素和2030的木质素（3）麻、麦秆、稻草、甘蔗渣3、纤维素的用途：塑料、炸药、电工及科研器材；纤维素是重要的造纸原料；食物中的纤维素（即膳食纤维）对人体的健康也有着重要的作用。二、纤维素的物理结构（1）两相结构理论：纤维素大分子之间有结晶区和非结晶区（无定形区）相互交错连接起来。主要论点如下：两相结构理论认为：在结晶区纤维素分子链排列定向有序，具有完全的规整性，并且依靠在纤维素侧链的氢键结合，组成一定的结晶格子。在非结晶区，纤维素分子不呈定向有序，规则性不强，不构成结晶格子。但也不象液体那样杂乱无序，只是排列不整齐，结合比较松散。结晶区与非结晶区没有严格的界面，而是逐渐过渡。纤维素大分子分子链很长，所以一个分子有几个结晶区与非结晶区。（2）单相结构理论：纤维素分子内不存在结晶区与非结晶区的区别，而是认为完全是一种无定形结构，只不过结晶区稍微规整一点。（3）折叠链结构理论，日本学者近几年创，认为纤维素分子链以折叠方式构成了薄层片晶，即分子链在薄层中间呈折叠状。这种结构不多见。2纤维素的结晶度指纤维素分子中结晶区所占整个纤维素纤维整体的百分率。结晶度的大小，对木材纤维即有有利一面，又有不利一面。结晶度增大，木材或纤维的抗拉强度，弹性模量、硬度、密度以及尺寸稳定性增大；而它的伸长率、吸湿性以及对染料的吸着度和它的润长度、化学反应能力都随之降低。因此，木材或纤维的结晶度对于它们的性质有很大影响。确定纤维中含纤维素的方法：X-射线衍射法用X-射线衍射的方法来测定木材纤维素结晶度为65%，棉花为70%。棉纤维的大分子结构纤维素是一种多糖物质，每个纤维素大分子是由n个葡萄糖剩基 (葡萄糖酐)，彼此以1-4甙键 (氧桥) 联结而形成的。所以，纤维素大分子的基本链节 (基本单元或单基) 是葡萄糖剩基，在大分子结构式中为不对称的六环形结构，也称氧六环。相邻两个氧六环彼此的位置扭转180，依靠甙键 (O) 连成一个重复单元，即大分子单元结构是纤维素双糖 (即纤维糖酐，是由两个葡萄糖酐组成)，长度为1.03纳米 (即10.3埃)，是纤维素大分子结构的恒等周期。纤维素大分子空间结构纤维素大分子中，氧六环的空间结构属于椅式结构。每一氧六环的21个原子并不在一个平面上，相邻两个氧六环的中心平面也不在一个平面上。另外每个氧六环 (不包括两端) 上含有三个游离醇羟基，其中2、3位碳原子上是两个仲醇羟基 (=CHOH)，6位碳原子上是一个伯醇羟基 (一CH2OH)，它们都具有一般醇羟基的特性，但在化学性质上略有差异。在纤维素大分子的末端1位碳原子上有一个性质与其它醇羟基不同的羟基 (一OH)，由于它的存在而产生醛基性质，具有还原性。棉纤维的形态结构1 棉纤维的梢部中部、基部形态 23 成熟棉纤维的横截面4 棉纤维截面结构示意图纤维素的物理结构纤维素超分子结构理论认为：纤维素是由结晶区和无定形区交错联结而成的二相体系。在结晶区，纤维素大分子的排列具有完全的规则性，结合的比较紧密；在无定形区，纤维素分子链的排列不具有规则性，结合的比较松散；结晶区与无定形区无明显的绝对界限。吸湿与放湿只能发生在非结晶区，在结晶区，由于分子上的羟基形成了氢键，所以，水分子不能进入。纤维素的吸湿能力取决于亲水性羟基的多少，纤维素的非结晶区的多少，以及非结晶区内大分子排列的疏密程度。纤维素的物理性质 色泽：纤维素本身为白色； 比重：1.5 - 1.56； 各向异性：纤维素的各个方向的物理力学性质不同；吸湿现象：纤维素大分子含有大量的羟基，使纤维素大分子之间和内部存在大量的氢键。羟基是较强的亲水性基团，还能吸附空气中的水分子。干缩湿胀：根据纤维素的物理结构，被吸附的水分子只能进入非结晶区的纤维素分子链之间，纤维素水分的减少或增多必然会改变纤维素分子链之间的距离，靠拢或拉开，从而导致收缩