于伟东-物理化学-纤维的吸湿机理和理论教学课件

于伟东物理化学纤维的吸湿机理和理论第五节纤维的吸湿机理与理论主讲:陈德涛·所谓吸湿机理是指水分与纤维的作用及其附着与脱离过程。纤维吸湿是比较复杂的物理化学现象,从20世纪20年代末以来,许多研究者从不同角度对纤维的吸湿的机理提出了各种吸湿理论。、纤维材料的吸湿机理在众多纺织纤维中天然纤维吸湿性比合成纤维好,在合成纤维中吸湿性差异也很大,主要原因有四个方面1亲水基团作用·2纤维结晶度·3纤维比表面积和内部空隙4纤维中伴生物和杂质)纤维材料的吸湿机理1.亲水基团的作用a纤维大分子中,亲水基团的多少和基团极性的强弱均对纤维的吸湿性有很大影响。如羟基(-0H)、酰胺基(-ON)、胺基(-NH2)、羧基(-c0oH)等都是较强的亲水集团,它们与水分子的亲和力很大,能与水分子形成化学结合水。这类基团越多,纤维的吸湿能力越高。b纤维素纤维中,如棉、麻、粘胶等纤维,大分子中的每一葡萄糖剩基含有三个羟基,所以吸湿性很大。·醋酯纤维中葡萄糖剩基上的大部分羟基被乙酰取代,而乙酰基(-c0CH2)对水的吸引力不强,因此,醋酯纤维的吸湿性较粘胶纤维低。蛋白质纤维的主链上含有亲水性的酰胺基(-cONH)侧链中含有羟基(-0H)、氨基(-NH2)、羧基(-c00H)等亲水基团,因此吸湿性好、合成纤维中含有亲水基团不多,所以吸湿性都较低。维纶纤维中,纤维大分子上的羟基经缩醛化后,一部分被封闭,所以吸湿性减小。锦纶大分子中有酰胺基(-C0NH),也具有一定的吸湿性。腈纶大分子中的氰基(-CN),极性较大,但亲水性弱,故吸湿性能力小。涤纶和丙纶中缺乏亲水基团,故吸湿能力极差2.纤维的结晶度a纤维的结晶度越低,吸湿能力越强·天然纤维素纤维的X射线衍射图表明,吸湿前后图布余水在在分子每支交通水分子一般不能进入结晶区。所以,纤维的吸湿主要发生在纤维大分子不规则排列的无定形区。因此,纤维的结晶度越低,吸湿能力越强。例如棉纤维经丝光处理后,由于结晶度降低使吸湿量增加;棉和粘胶纤维是纤维素纤维,但棉的结晶度约为70%,而粘胶纤维仅为30%左右,所以粘胶纤维吸湿能力比棉高得多。b此外,在同样结晶度条件下,微晶体的大小对吸湿性也有影响。·一般来说,晶体颗粒小的总表面积大,晶体表面纤维大分子的亲水基团吸收水使吸湿性较大。如粘胶纤维芯层回潮率一般为11%12%,皮层的回潮率为13%14%,就是由于皮层的晶粒小而均匀分散,具有较大的晶区表面积的缘故。c纤维大分子的取向度一般认为对吸湿性的影响很但聚合度对纤维吸湿能力有一定的影响。力大分子聚合度低的纤维,如果大分子端基是亲水基团,其吸湿能力也较强,如粘胶纤维3纤维的比表面积和内部空隙比表面积:单位质量纤维所具有的表面积;表面能:物质表面分子由于引力不平衡,使它匕内层分子具有多余的能量;·表面积越大,表面上的分子数越多,表面能也越大表面张力:在液体与气体的界面上,液体的表面分子总是有力图把自己表面收缩以求降低表面能的倾向·固体表面的吸附作用:纤维是固体,在固气界面上,其表面能不能使它表面缩小,但它有吸附某种物质以降低表面能的倾向;纤维的比表面积和内部空隙·1纤维比表面积越大,表面能也越多,表面吸附能力越强,纤维表面吸附水分子能力也越强,表现为吸湿性越好2纤维内部大分子排列越不规则,使大分子间空隙越多越大,纤维的吸湿能力也越强。·在吸湿机理中与纤维的比表面积和内部空隙有关的两个重要概念:(一)直接吸收水和间接吸收水:·直接吸收水:直接被纤维大分子上亲水基团吸附和纤维大分子起化学反应的水分子。直接水分子间接吸收水:已被吸附的水分子,由于本身也有极性也可以吸附其它水分子间接水分子使后来被吸附的水分子积聚在上面。谢谢！61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈。——CocoChanel

62、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向

63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。——孔丘