教學(xué)課題∶纖維素纖維的結(jié)構(gòu)與性質(zhì).doc

教學(xué)課題：纖維素纖維的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教學(xué)目的：1、了解纖維及紡織纖維的概念及纖維的分類 ；2、理解麻纖維與棉纖維的結(jié)晶構(gòu)造對纖維材料機(jī)械性能影響；3、掌握纖維素的化學(xué)性質(zhì)教學(xué)重點(diǎn)：纖維及紡織纖維的概念/纖維素的化學(xué)性質(zhì)教學(xué)難點(diǎn)：纖維素纖維的結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容一、 纖維概念纖維：直徑一般為幾微米，而長度比直徑大百倍、千倍以上的細(xì)長物質(zhì)稱做纖維。紡織纖維：可以用業(yè)制造紡織制品（紗、線、繩等）的纖維。聚合度：小分子通過聚合反應(yīng)生成的聚合物中小分子的個(gè)數(shù)。結(jié)晶度：表示大分子結(jié)晶區(qū)含量大小的指標(biāo)。二、紡織纖維必須具備的性質(zhì)1、牢度：紡織纖維必須具有相當(dāng)之抗張強(qiáng)度，強(qiáng)度之最低限度可定為20千克/平方毫米或1.5克/旦尼爾（Denier）2、長度：纖維長度，愈長愈佳。如長度在五毫米以下，則不易紡紗。 3、粗細(xì)：纖維愈細(xì)，紡成之紗線及織成之織物愈精致。但若過細(xì)時(shí)，則強(qiáng)度隨之變?nèi)?。一般人造纖維之直徑約在0.01至0.04毫米之間。 4、延展性及彈性：供制衣用者可彎曲不致折斷,且能恢復(fù)原狀等特性。這些性質(zhì)，皆與彈性及延展性直接有關(guān)，故紡織纖維必須具有適當(dāng)之彈性及延展性。 5、膠著性：紡織纖維須具備能互相纏繞或膠著以成堅(jiān)固紗線之特性，此性質(zhì)大半因纖維之形狀而定。如棉纖維纖維扭曲，毛織維表面具有鱗片組織，因而易于互相纏繞而膠著。這種性質(zhì)于制造人造短纖維時(shí)，尤其重要。 6、保溫性：衣服主要功能之一，為具有防寒御暑之性能，故紡織纖維必為熱之不良導(dǎo)體。7、耐久性：紡織纖維于織造、加工及使用時(shí)，均須承受相當(dāng)程度力之作用，如無耐久之力，實(shí)無法使用。 8、不溶性：紡織纖維不但須有不溶于水的特性，即使對于肥皂水、弱堿、弱酸水等亦須不溶，因無論在織物之制成、加工過程中或制后使用時(shí)，皂水及弱堿、弱酸液，均為無法避免接觸之物。 9、手感:手感柔軟、乾、不粗硬，第一節(jié) 纖維素纖維的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、纖維素1、纖維素（cellulose）：由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機(jī)溶劑。是植物細(xì)胞壁的主要成分。2、纖維素的來源：（1）棉花的纖維素含量接近100，為天然的最純纖維素來源。（2）木材中，纖維素占4050，還有1030的半纖維素和2030的木質(zhì)素（3）麻、麥稈、稻草、甘蔗渣3、纖維素的用途：塑料、炸藥、電工及科研器材；纖維素是重要的造紙?jiān)?；食物中的纖維素（即膳食纖維）對人體的健康也有著重要的作用。二、纖維素的物理結(jié)構(gòu)（1）兩相結(jié)構(gòu)理論：纖維素大分子之間有結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)（無定形區(qū)）相互交錯(cuò)連接起來。主要論點(diǎn)如下：兩相結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為：在結(jié)晶區(qū)纖維素分子鏈排列定向有序，具有完全的規(guī)整性，并且依靠在纖維素側(cè)鏈的氫鍵結(jié)合，組成一定的結(jié)晶格子。在非結(jié)晶區(qū)，纖維素分子不呈定向有序，規(guī)則性不強(qiáng)，不構(gòu)成結(jié)晶格子。但也不象液體那樣雜亂無序，只是排列不整齊，結(jié)合比較松散。結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)沒有嚴(yán)格的界面，而是逐漸過渡。纖維素大分子分子鏈很長，所以一個(gè)分子有幾個(gè)結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)。（2）單相結(jié)構(gòu)理論：纖維素分子內(nèi)不存在結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)的區(qū)別，而是認(rèn)為完全是一種無定形結(jié)構(gòu)，只不過結(jié)晶區(qū)稍微規(guī)整一點(diǎn)。（3）折疊鏈結(jié)構(gòu)理論，日本學(xué)者近幾年創(chuàng)，認(rèn)為纖維素分子鏈以折疊方式構(gòu)成了薄層片晶，即分子鏈在薄層中間呈折疊狀。這種結(jié)構(gòu)不多見。2纖維素的結(jié)晶度指纖維素分子中結(jié)晶區(qū)所占整個(gè)纖維素纖維整體的百分率。結(jié)晶度的大小，對木材纖維即有有利一面，又有不利一面。結(jié)晶度增大，木材或纖維的抗拉強(qiáng)度，彈性模量、硬度、密度以及尺寸穩(wěn)定性增大；而它的伸長率、吸濕性以及對染料的吸著度和它的潤長度、化學(xué)反應(yīng)能力都隨之降低。因此，木材或纖維的結(jié)晶度對于它們的性質(zhì)有很大影響。確定纖維中含纖維素的方法：X-射線衍射法用X-射線衍射的方法來測定木材纖維素結(jié)晶度為65%，棉花為70%。棉纖維的大分子結(jié)構(gòu)纖維素是一種多糖物質(zhì)，每個(gè)纖維素大分子是由n個(gè)葡萄糖?；?(葡萄糖酐)，彼此以1-4甙鍵 (氧橋) 聯(lián)結(jié)而形成的。所以，纖維素大分子的基本鏈節(jié) (基本單元或單基) 是葡萄糖?；诖蠓肿咏Y(jié)構(gòu)式中為不對稱的六環(huán)形結(jié)構(gòu)，也稱氧六環(huán)。相鄰兩個(gè)氧六環(huán)彼此的位置扭轉(zhuǎn)180，依靠甙鍵 (O) 連成一個(gè)重復(fù)單元，即大分子單元結(jié)構(gòu)是纖維素雙糖 (即纖維糖酐，是由兩個(gè)葡萄糖酐組成)，長度為1.03納米 (即10.3埃)，是纖維素大分子結(jié)構(gòu)的恒等周期。纖維素大分子空間結(jié)構(gòu)纖維素大分子中，氧六環(huán)的空間結(jié)構(gòu)屬于椅式結(jié)構(gòu)。每一氧六環(huán)的21個(gè)原子并不在一個(gè)平面上，相鄰兩個(gè)氧六環(huán)的中心平面也不在一個(gè)平面上。另外每個(gè)氧六環(huán) (不包括兩端) 上含有三個(gè)游離醇羥基，其中2、3位碳原子上是兩個(gè)仲醇羥基 (=CHOH)，6位碳原子上是一個(gè)伯醇羥基 (一CH2OH)，它們都具有一般醇羥基的特性，但在化學(xué)性質(zhì)上略有差異。在纖維素大分子的末端1位碳原子上有一個(gè)性質(zhì)與其它醇羥基不同的羥基 (一OH)，由于它的存在而產(chǎn)生醛基性質(zhì)，具有還原性。棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)1 棉纖維的梢部中部、基部形態(tài) 23 成熟棉纖維的橫截面4 棉纖維截面結(jié)構(gòu)示意圖纖維素的物理結(jié)構(gòu)纖維素超分子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為：纖維素是由結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)交錯(cuò)聯(lián)結(jié)而成的二相體系。在結(jié)晶區(qū)，纖維素大分子的排列具有完全的規(guī)則性，結(jié)合的比較緊密；在無定形區(qū)，纖維素分子鏈的排列不具有規(guī)則性，結(jié)合的比較松散；結(jié)晶區(qū)與無定形區(qū)無明顯的絕對界限。吸濕與放濕只能發(fā)生在非結(jié)晶區(qū)，在結(jié)晶區(qū)，由于分子上的羥基形成了氫鍵，所以，水分子不能進(jìn)入。纖維素的吸濕能力取決于親水性羥基的多少，纖維素的非結(jié)晶區(qū)的多少，以及非結(jié)晶區(qū)內(nèi)大分子排列的疏密程度。纖維素的物理性質(zhì) 色澤：纖維素本身為白色； 比重：1.5 - 1.56； 各向異性：纖維素的各個(gè)方向的物理力學(xué)性質(zhì)不同；吸濕現(xiàn)象：纖維素大分子含有大量的羥基，使纖維素大分子之間和內(nèi)部存在大量的氫鍵。羥基是較強(qiáng)的親水性基團(tuán)，還能吸附空氣中的水分子。干縮濕脹：根據(jù)纖維素的物理結(jié)構(gòu)，被吸附的水分子只能進(jìn)入非結(jié)晶區(qū)的纖維素分子鏈之間，纖維素水分的減少或增多必然會(huì)改變纖維素分子鏈之間的距離，靠攏或拉開，從而導(dǎo)致收縮