第二章纺织纤维

第二章纺织纤维第一页，共六十八页，2022年，8月28日第二页，共六十八页，2022年，8月28日第二节纤维素纤维第三页，共六十八页，2022年，8月28日第二节纤维素纤维纤维素的基础知识糖类化学棉纤维麻纤维粘胶纤维Tencel纤维甲壳胺纤维纤维素：是构成植物细胞壁的基础物质，植物中含量最多，分布最广。纤维素分子式：（C6H10O5）n：碳水化合物多羟醛或多羟酮以及它们的聚合物或衍、生物。※单糖※低聚糖※多糖第四页，共六十八页，2022年，8月28日一、单糖元素组成：C、H、O

通式：Cn(H2O)m定义：糖是多羟基醛或多羟基酮。HCHO、CH3COOH等C5H10O4（脱氧核糖）C6H12O5（鼠李糖）等第五页，共六十八页，2022年，8月28日对于含3个C原子以上的糖，以距醛基或酮基最远的不对称碳原子为准，羟基在右边的为D-型，在左边的为L-型。自然界中存在的单糖大多数是D型的。纤维素纤维都是由D-型葡萄糖连接而成的线型高分子化合物。（一）单糖的结构第六页，共六十八页，2022年，8月28日在糖的分子结构中，凡分子中含n个不同手性碳原子的，

具有2n个旋光异构体。

葡萄糖、果糖多少旋光异构体？1、单糖的开链式结构葡萄糖果糖第七页，共六十八页，2022年，8月28日2、单糖的环状结构Fisher提出了单糖的环状结构。单糖分子中醛基和其他碳原子上的羟基能发生成环反应，称为半缩醛反应。糖分子的结构既有开链的醛式，也有环状的半缩醛式，而且以后者为主。第八页，共六十八页，2022年，8月28日2、单糖的环状结构一种是醛基与C5位上的羟基反应生成吡喃环（环中含5个碳原子），称吡喃糖；另一种是与C4位上的羟基反应生成呋喃环（环中含4个碳原子），称呋喃糖。天然葡萄糖以吡喃型为主。第九页，共六十八页，2022年，8月28日凡半缩醛羟基与决定直链构型的羟基（环）处于碳链的同一边者为α-型；反之，在不同边者为β-型。形成环状结构以后有多少个手性碳原子？有多少个旋光异构体？3、开链式结构与氧环式结构的互变异构第十页，共六十八页，2022年，8月28日六元环的构象直立键a键，平伏键e键平伏键位阻小，能量低，取代基尽量占据e键葡萄糖构象第十一页，共六十八页，2022年，8月28日（二）单糖的性质1、氧化性醛糖和酮糖还原成已六醇

第十二页，共六十八页，2022年，8月28日费林试剂：CuSO4、NaOH、酒石酸钾钠；多伦试剂（银氨溶液）：AgNO3、氢氧化铵溶液。常使用费林试剂和多伦试剂来鉴别还原糖和非还原糖，以及还原糖的定量分析。费林试剂常用于棉和麻纤维经化学处理后损伤程度的测定。2、还原性单糖都是还原糖第十三页，共六十八页，2022年，8月28日3、酸、热反应

戊糖和己糖在非氧化性强酸作用下发生脱水环化，分别生成呋喃甲醛（糠醛）和羟甲基呋喃甲醛。第十四页，共六十八页，2022年，8月28日4、脎的生成单糖与苯肼反应生成苯腙，如苯肼过量，则生成的苯腙仍可与苯肼继续反应生成糖脎。成脎的反应常用于糖的鉴别和构型测定。

生成糖脎的反应需用三分子的苯肼与一分子的糖进行反应。当苯肼用量为一摩尔时，得到苯腙。苯肼只和糖的C-1和C-2成脎。第十五页，共六十八页，2022年，8月28日5、糖苷单糖半缩醛结构上羟基（苷羟基）可与其他含羟基的化合物（如醇、酚等）失水缩合而成缩醛式衍生物，称为糖苷。糖苷中的糖部分称为糖基，非糖部分称为配基或配糖体，糖苷的化学性质和生物功能主要由配糖体决定。由半缩醛羟基与配糖体缩合后生成的化学键称糖苷键。糖苷键的构型（

α-型，β-型，P60）是由糖体决定的。第十六页，共六十八页，2022年，8月28日6、取代最常见的取代单糖是氨基糖，它是构成多种多糖的基本组成单位。氨基糖的氨基常被乙酰化，称为N-乙酰氨基糖。2-脱氧氨基葡萄糖N-乙酰葡萄糖胺（P79）第十七页，共六十八页，2022年，8月28日二、二糖（双糖）C12H22O11蔗糖乳糖麦芽糖纤维二糖第十八页，共六十八页，2022年，8月28日二、二糖（双糖）是由一分子α-D-葡萄糖C1上的苷羟基与另一分子D-葡萄糖C4上的醇羟基脱水缩合而成的，这种缩合方式称为α-l,4－糖苷键。

α-D-葡萄糖苷。（一）麦芽糖还原性二糖苷羟基是β型的第十九页，共六十八页，2022年，8月28日（二）纤维二糖β-D-(+)-葡萄糖的苷羟基与另一分子α-或β-D-(+)-葡萄糖分子中的C4上的醇羟基缩合--β-1,4-苷键--生成的二糖。酶催化水解专一性P61鉴别糖苷键的构型第二十页，共六十八页，2022年，8月28日三、多糖多糖一般是由10个以上单糖分子缩合而成的高聚物。按多糖的组成成分，可将其分为同聚多糖和杂聚多糖。同聚多糖是由一种单糖组成的，杂聚多糖则是由一种以上的单糖或衍生物组成。淀粉纤维素甲壳素第二十一页，共六十八页，2022年，8月28日（一）淀粉—植物体内的贮藏多糖1、淀粉的结构淀粉由许多α-D葡萄糖分子以糖苷键连接而成，由于α-D葡萄糖在淀粉中结合方式的不同，存在着两种不同结构的淀粉，即直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉溶于水，支链淀粉不溶于水。第二十二页，共六十八页，2022年，8月28日（1）直链淀粉由α-D葡萄糖分子通过1→4糖苷键连接而成，它的相对分子量约3.2×104-1.6×105，构象是盘旋呈螺旋状，每一圈螺旋含有6个葡萄糖单位，每个直链淀粉分子是一条线性的无分支的链型结构。第二十三页，共六十八页，2022年，8月28日直链淀粉的结构第二十四页，共六十八页，2022年，8月28日（2）

支

链

淀

粉是一种带支链的多糖，组成它的葡萄糖残基之间以α（1→4）糖苷键连接，在结合11-12个葡萄糖残基后即产生一个分支，支链与主链以α（1→6）糖苷键连接。支链淀粉的相对分子质量一般在105-106之间。第二十五页，共六十八页，2022年，8月28日2、淀粉的性质淀粉是白色、无臭无味的高分子化合物，天然淀粉中一般直链淀粉占10-20%，支链淀粉占80-90%。天然淀粉一般不溶于水。一个直链淀粉分子具有两个末端，一端由于存在一个游离的半缩醛羟基，具有还原性，称为还原端，另一端为非还原端。单个支链淀粉分子有1个还原端和n+1个非还原端，n为分支数。第二十六页，共六十八页，2022年，8月28日（1）水解反应淀粉大分子链中的葡萄糖糖苷键遇酸能水解，使大分子链断裂，聚合度降低。淀粉对碱的作用比较稳定，淀粉在酸或酶的作用下可逐步水解，生成一系列化合物，可表示如下：H2OH2OH2O（C6H10O5）x→（C6H10O5）y→C12H22O11→C6H12O6△△△

淀粉糊精麦芽糖葡萄糖（2）与碘作用淀粉与碘能发生很灵敏的颜色反应，直链淀粉遇碘产生蓝色，支链淀粉遇碘产生红色，因此淀粉遇碘呈蓝紫色。淀粉水解产物与碘作用所呈现的颜色，视水解的中间产物——糊精分子大小不同而呈现蓝紫色、紫色、红色、橙色等。这个呈色反应是由于碘分子钻入直接淀粉螺旋中间，形成了蓝色络合物的结果。第二十七页，共六十八页，2022年，8月28日

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。无论一年生或多年生植物，尤其是各种木材都含有大量的纤维素。植物体内约有50％的碳以纤维素的形式存在。估计地球上绿色植物每年大约净产有机物15-20×1010吨，其中纤维素占三分之一至二分之一。棉花、亚麻、苎麻和黄麻都含有大量优质的纤维素。木材中的纤维素则常与半纤维素和木质素共同存在。（二）纤维素第二十八页，共六十八页，2022年，8月28日植物中纤维素的存在形态微细纤维—原微细纤维—亚-原微细纤维第二十九页，共六十八页，2022年，8月28日β－D－葡萄糖剩基以β-1，4糖苷键联结而成。结构特点：（1）相邻葡萄糖剩基相互扭转180º，大分子对称性良

好，结构规整，有较好的结晶性能。（2）每个葡萄糖环上有3个自由－OH，具有一般醇

羟基的性质。（3）分子中的－OH可以形成氢键。1、纤维素的分子结构第三十页，共六十八页，2022年，8月28日葡萄糖剩基的构象为椅式构象，三个－OH均为平伏键。纤维素有多种晶型，天然纤维素晶型为纤维素Ⅰ，在不同条件下可以转换成其它晶型，如纤维素Ⅱ和纤维素Ⅲ等。结晶度天然棉纤维70%

丝光棉纤维50%

天然麻90%第三十一页，共六十八页，2022年，8月28日（1）溶解性（2）刚性（3）热性能2、纤维素的物理性质（1）溶解性能纤维素是白色、无味、无臭的物质，不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，也不溶于一般的稀碱溶液。强氢键纤维素分子内和分子间的氢键作用第三十二页，共六十八页，2022年，8月28日A、吸湿和溶胀吸湿性好，回潮率8%；纤维素纤维吸湿后发生溶胀现象；结晶部分不发生溶胀。吸湿溶胀溶解有限溶胀：结晶区间的溶胀：溶胀剂只到达无定形区和结晶区

表面，X射线衍射图不生变化。无限溶胀：结晶区内溶胀：溶胀剂到达整个无定形区及结晶区，X射线衍射图变化，溶解，最终形成溶液。溶胀剂：有极性的。水，碱溶液（LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH），（弱、稀）酸，甲醇，乙醇、苯胺、苯甲醚等溶胀度：纤维素纤维溶胀时直径增大的百分率。第三十三页，共六十八页，2022年，8月28日溶解分两步：溶胀和溶解溶剂:纤维素不溶于水，能溶解纤维素的溶剂不多含水溶剂：某些无机的酸、盐、碱（铜氨溶液，铜乙二胺溶液）非水溶剂：含有机溶剂的体系。如三氟醋酸，乙基吡啶化氯等B、溶解Cu(NH3)4(OH)2

铜氨溶液，用于溶解纤维素，测定纤维素的粘度与聚合度。在硫酸作用下再生，制得铜氨纤维（再生纤维素纤维）。回收铜和氨困难，价格高。对氧敏感，易氧化降解。铜乙二胺溶液溶解，对空气稳定，常用来测定纤维素的聚合度。第三十四页，共六十八页，2022年，8月28日难以发生内旋转的六元环

分子间均有许多的氢键玻璃化温度很高(＞200℃)纤维素纤维的大分子缺乏柔性链，一般纤维素纤维的回弹性欠佳(2)刚性(3)热性能对热的稳定性，不能被熔融，180℃时，热裂解。280℃发生剧烈分解在惰性气体保护下，可以制备碳纤维。(4)聚合度：(5)结晶度：70％左右端基测定法超离心法铜氨法测粘度硝酸酯丙酮苎麻46001240021006500亚麻3600033008000棉32501080025207800第三十五页，共六十八页，2022年，8月28日3、纤维素的化学性质

◆纤维素分子中的羟基（每一个葡萄糖分子含有3个自由羟基，2、3位上仲醇基，6位上伯醇基），是纤维素纤维染色、化学整理、改性和制备各种衍生物的基础。◆纤维素分子结构中的糖苷键。反应程度的不均一性：①纤维结构不均一（形态结构和聚集态结构不均一）；②反应介质的性能，试剂分子的大小和性能。第三十六页，共六十八页，2022年，8月28日（1）酸的作用（2）碱的作用（3）成酯反应（4）醚化反应（5）纤维素氧化（6）耐光性第三十七页，共六十八页，2022年，8月28日纤维素对酸敏感，对碱稳定。（1）酸的作用纤维素分子中的苷键遇酸发生水解致使分子链断裂，分子量降低（聚合度降低），纤维强度减小。醛基（还原性）增加，溶解性增加第三十八页，共六十八页，2022年，8月28日酸的性质：其他条件相同时，酸性越强，水解速率越快。（强的无机酸作用最强烈，有机酸即使是酸性强的作用也较缓和）酸的浓度：浓度较低时，水解速率与浓度几乎成正比；浓度较高时，水解速率比酸浓度增加的速率快。反应温度：酸的浓度恒定，在20-100℃范围内，温度每升高10℃，水解速率增加2-3倍。作用时间：其他条件相同，水解的程度与作用时间成正比。纤维素酸水解的影响因素第三十九页，共六十八页，2022年，8月28日常采用测纤维素铜氨溶液的粘度来测定聚合度。还原性能常通过测“铜值”法和“碘值”法。纤维素酸解损伤程度的测定◆酸的作用可使纤维素的聚合度降低，还原性增加，所以可通过测定聚合度和还原性判断纤维素损伤的程度。碘值：是指1g干燥纤维素能还原0.1NI2溶液的毫升数。

Cell-CHO+I2+2NaOH

Cell-COOH+2NaI+H2O铜值：100g干燥纤维素能使二价铜还原成一价铜的克数。Cell-CHO+2CuSO4+2NaOHCell-COOH+Cu2O+2Na2SO4+H2O第四十页，共六十八页，2022年，8月28日（2）碱的作用纤维素苷键对碱的稳定性较好，碱液能与纤维素分子中的羟基作用生成碱纤维素。（放热反应）

[C6H7O2(OH)3]n+nNaOH→[C6H7O2(OH)2ONa]n+nH2O[C6H7O2(OH)3]n+nNaOH→[C6H7O2(OH)3NaOH]n反应可能形成纤维素与碱的分子化合物或者是醇化物反应的羟基数用γ表示：γ表示100个葡萄糖基起反应

的羟基数。γ可以从0-300，碱纤维素的组成可变化：P65γ值随温度增加而下降，由于反应放热；

γ值随碱液浓度增加而增加。第四十一页，共六十八页，2022年，8月28日碱作用后纤维素的结构变体浓NaOH（18%-25%）作用过程：

天然纤维素（纤维素Ⅰ）NaOH碱纤维素H2O水合纤维素（纤维素Ⅱ）

Cell-OHⅠ（结晶度70%）Cell-OHⅡ（结晶度50%）天然纤维素的结晶结构为纤维素Ⅰ碱处理后变成纤维素Ⅱ，为水化纤维素其余的粘胶，醋酸纤维也为纤维素Ⅱ结晶结构纤维素的溶胀和溶解聚合度低的纤维素容易溶解，天然纤维素不溶于碱液中。稀烧碱溶液（9%以下）能使棉纤维发生可逆溶胀，浓烧碱溶液（9%以上）能使棉纤维发生剧烈的不可逆溶胀。（因为浓烧碱溶液可进入无定形区和结晶区，水只能进入无定形区）

能使纤维素发生不可逆溶胀的有：LiOH>NaOH>KOH>RbOH>CsOH第四十二页，共六十八页，2022年，8月28日丝光处理：在对纤维素织物施加张力的条件下用浓碱处理棉纤维。纤维经丝光处理后结晶度下降40-50％，无定形部分增多，纤维的柔软性稍有提高，化学活泼性大为提高。低温需要浓度低，高温下需要的浓度高。材料NaOH最低浓度(%)棉17麻12

粘胶8碱作用的应用第四十三页，共六十八页，2022年，8月28日（a）吸水能力提高；（b）对染料的吸附能力提高，改善染色性能；（c）化学稳定性降低，容易酯化、醚化、氧化；（d）弹性增加、伸长率增加，强度下降。由于结晶度降低，聚合度下降★碱纤维素能吸附大量的水，使纤维剧烈溶胀，使试

剂易于渗入，从而提高了纤维素的反应性能。碱处理后纤维素纤维性质的改变第四十四页，共六十八页，2022年，8月28日

T＜－30℃氨纤维素II

[C6H10O5(NH3)2]nT≥－30℃氨纤维素I

[C6H10O5NH3]n

液氨处理一般在液氨沸点（－33.4℃）以上进行，以氨

纤维素I存在。

天然纤维素（纤维素Ⅰ）+NH3

氨纤维素Ⅰ

脱氨纤维素Ⅲ

水洗液氨对纤维素的作用纤维性质变化

结晶度：下降（54%）光泽：无明显变化织物尺寸稳定性：提高化学反应活性：提高，（比烧碱程度低，溶胀程度较小，但液氨在纤维中扩散速率快，溶胀作用迅速且均匀。）

第四十五页，共六十八页，2022年，8月28日（3）成酯反应

纤维素分子中羟基能与酸或酸酐作用，形成纤维素酯类。

Cell-OH+HNO3→Cell-ONO3+H2O纤维素硝酸酯（硝化纤维）（火药、喷漆、塑料）浓硝酸与纤维素反应，加入硫酸做催化剂CellCellCellCellCellCellCellCell第四十六页，共六十八页，2022年，8月28日

H2SO4Cell-OH+(CH3CO)2O——→Cell-O-COCH3

纤维素醋酸酯（制造人造丝，不易燃，对光稳定）

Cell-OH+多元羧酸→纤维素羧酸酯（防皱整理）

反应都是不完全的25～50％。醋酸纤维素：醋酸酐与纤维素的羟基反应（乙酰化反应）形成的酯。黄花反应：纤维素黄酸酯，粘胶纤维第四十七页，共六十八页，2022年，8月28日

（4）醚化反应(碱)纤维素分子中羟基上的氢，如被烃基或连有其他基团的烃基取代后，即得到纤维素醚类。

浆料粘合剂等第四十八页，共六十八页，2022年，8月28日（5）纤维素氧化纤维素的氧化主要发生在羟基、末端潜在的醛基和苷键(a)葡萄糖剩基中的伯羟基氧化成醛基(b)葡萄糖剩基中的伯羟基氧化成羧基第四十九页，共六十八页，2022年，8月28日(c)葡萄糖剩基中的仲羟基氧化成酮(d)葡萄糖剩基中的仲羟基氧化成醛基第五十页，共六十八页，2022年，8月28日(e)葡萄糖剩基中的仲羟基氧化成羧基

(f)大分子末端潜在醛基氧化成羧基氧化以后羰基，羧基含量增加，溶解性增加第五十一页，共六十八页，2022年，8月28日■氧化剂

选择性氧化剂：只选择某一位置某一特定官能团进行作用，而对其他位置其他官能团无作用。非选择性氧化剂：任意位置、任意官能团。

选择性氧化剂

NaClO2（亚氯酸钠）——只将纤维素分子上的醛基

氧化成羧基。

OHNaClO2

第五十二页，共六十八页，2022年，8月28日

HIO4高碘酸（HIO4）——将仲醇基（C2，C3）氧化为醛基。NO2和N2O4——将伯醇基（C6）氧化为羧基。NO2第五十三页，共六十八页，2022年，8月28日除了氧化剂种类外，溶液的酸碱性对纤维的氧化作用有影响：如次氯酸钠P67第五十四页，共六十八页，2022年，8月28日氧化纤维素：纤维素经氧化作用后，生成各种氧化产

物的混合物。不是均一的化合物。有还原性和酸性衡量还原性可用“铜值”衡量酸性可用“亚甲基蓝值”亚甲基蓝值——100g绝对干燥纤维素吸附亚甲基蓝染料

（碱性染料）的毫摩尔数。苷键氧化：纤维素分子链断裂，最终氧化为CO2和H2O。如何判断纤维在氧化漂白后实际受到的损伤程度：①测碱煮后的强度；②测氧化前后纤维素铜氨或铜乙二铵溶液粘度的变化。第五十五页，共六十八页，2022年，8月28日（6）耐光性耐光性良好，在远紫外区会发生光分解。染料的加入可能造成光敏化，导致光降解。某些染料、TiO2、ZnO第五十六页，共六十八页，2022年，8月28日四、棉纤维纤维素含量：94％，几乎是纯的纤维素，可直接纺纱结晶度：70％，聚合度n=2000以上蛋白质含量：1.3％果胶蜡质：1.5％蜡状物和果胶对纤维有保护作用，能减轻外界条件对纤维素的损害，在纺纱过程中蜡状物还起润滑作用，是棉纤维具有良好纺纱性能的原因之一。影响棉纤维的润湿性和染色性，在染色加工时一般要去除。第五十七页，共六十八页，2022年，8月28日五、麻纤维最常见的有亚麻、大麻、苎麻、黄麻。纤维素含量70-75％，还有半纤维素、果胶、木质素、蜡质等。结晶度高：90％以上；取向度高：90％以上优点：纤维长、拉力强，水浸后拉力更强，耐腐

蚀、吸收和散发水分快，散热快。是优良

的夏季服装面料。缺点：弹性差，伸度小，太刚硬，染色性差，色牢

度差。第五十八页，共六十八页，2022年，8月28日(一)纤维素麻纤维中的纤维素的聚合度比棉花大。1、与无机酸的作用β-1，4糖苷键水解麻纤维的外表有一层胶质对纤维起着保护作用2、与碱的件用：麻纤维碱法变性，改善麻纤维的弹及延伸性3、与氧化剂的作用氧化纤维素(一)半纤维素结构类似于纤维素，多糖类物质多缩戊糖类半纤维素、多缩己糖类半纤维素和多缩糖醛酸类半纤维素。P71

β-1，4糖苷键白色粉末分子量较低，聚合度n＝100左右

化学性质不稳定，易被无机酸所水解，易被氧化剂所氧化。可溶于17％～18％NaOH溶液而不溶于水。

第五十九页，共六十八页，2022年，8月28日（三）果胶共聚所构成的具有酸性的多杂糖类物质，主要是果胶酸。单体主要为为半乳糖醛酸、半乳糖醛酸甲酯等。相对分子质量高于半纤维素，10万左右。果胶不溶于水；稀碱液的煮沸或稀的强无机酸的处理，即被水解。（四）本质素三维网状无定形结构，分子量：400-5000通过卤化、氧化，使用氢氧化钠煮练可去除木质素具有三维空间结构的高分子化合物，提供机械强度。第六十页，共六十八页，2022年，8月28日麻的化学加工脱胶：脱除纤维素外面的果胶、半纤维素、木质素首先浸酸：60℃以下，稀硫酸：1.5-2.0g/L,1-2h，脱果胶、半纤维素碱煮：氢氧化钠10％－15％,蒸煮温度：128-134℃,脱木质素第六十一页，共六十八页，2022年，8月28日六、粘胶纤维最早投入工业化生产的再生纤维1891年发明粘胶法，1901商品生产长丝（人造丝）、强力丝、短纤维、玻璃纸原料：植物浆粕（木材、甘蔗渣、芦苇、竹）经过亚硫酸纳溶液蒸煮，去除非纤维素物质，再经过打浆、漂白、酸处理、碱处理、干燥等得到浆板。第六十二页，共六十八页，2022年，8月28日粘胶纤维的生产◆18％的氢氧化钠制备碱纤维素：[C6H7O2(OH)3]n+nNaOH[C6H7O2(OH)2ONa]n+nH2O半纤维素溶出碱化放热水解◆