纖維化學(xué)與物理課后答案作業(yè)題

1、1、什么是纖維的原纖化現(xiàn)象？試解釋lyocell容易原纖化的原因。答：原纖化指沿著纖維長度方向在纖維表面分裂出更細(xì)小的原纖，這些原纖一端固定在纖維本體上；另一端暴露在纖維表面形成許多微小絨毛。lyocell是由微原纖構(gòu)成的取向度非常高的纖維素分子的集合體，纖維大分子之間縱向結(jié)合力較強，而橫向結(jié)合力相對較弱，這種明顯的各項異構(gòu)特征使得纖維可以沿縱向?qū)⒏?xì)的纖維逐層剖離出來。2、分析說明氧化劑對纖維素的作用情況。答：纖維素對氧化劑是不穩(wěn)定的，一些氧化劑能使纖維素發(fā)生嚴(yán)重降解。氧化劑對纖維素的氧化作用主要發(fā)生在c2、c3、c6位的三個自由羥基和大分子末端c1的潛在醛基上，根據(jù)不同條件相應(yīng)生成醛基、酮

2、基或羧基 。3、試述分裂的條件及其對纖維素制品造成的危害。答：條件：當(dāng)強吸電子基的碳原子上連結(jié)著氫原子時，碳原子上的醚鍵變得不穩(wěn)定，在堿的作用下容易發(fā)生斷裂。如果纖維素只發(fā)生基團的氧化和葡萄糖剩基的破裂，并未發(fā)生分子鏈的斷裂，這時纖維的強度變化不大，而纖維素銅氨溶液（堿性）的粘度卻明顯下降。4、 棉纖維經(jīng)液氨處理后結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了哪些變化？與堿溶液處理相比有哪些異同之處？答：液氨的作用：與濃燒堿類似，不僅能進入纖維的無定形區(qū)，而且可以滲透到原纖及結(jié)晶區(qū)內(nèi)，并引起纖維的劇烈溶脹，使截面積增大，長度收縮，但溶脹的程度較燒堿小些，光澤和染色性能改善程度均不及堿絲光。液氨對棉纖維溶脹作用的優(yōu)點：（1）

3、擴散速率快（因分子小，粘度低）（2）溶脹作用迅速而且均勻（而燒堿粘度高，滲透困難，一接觸纖維表面就可劇烈溶脹，阻止其進一步向內(nèi)滲透，所以易導(dǎo)致處理不均勻或只局限于表面。）5、試用donnan膜平衡理論解釋蛋白質(zhì)纖維在稀燒堿溶液中oh-在纖維內(nèi)外分布情況，在溶液中若有大量中性鹽（nacl）存在，影響如何？ 答：蠶絲一般在堿溶液中脫膠：無鹽時oh-內(nèi)oh-外，即ph內(nèi)ph外，所以在ph較高的精練液中，絲纖維內(nèi)部ph總比精練液中低，對絲素有一定保護作用；加入少量中性鹽，可使纖維內(nèi)部ph增高，對提高精練效果有利，但過高則導(dǎo)致絲素?fù)p傷加重。6、試述羊毛永定和過縮現(xiàn)象的原理。答：永定：羊毛在熱水或蒸汽中拉

4、伸較長時間（1-2h），長度增加穩(wěn)定，當(dāng)除去外力在更高溫度條件下松弛處理，纖維長度不回復(fù)或稍有回復(fù)。原因：由于受力時間較長，被破壞的副鍵有時間在新的位置上全部建立起新的穩(wěn)固的副鍵，使多肽鏈構(gòu)象穩(wěn)定下來，從而能阻止羊毛纖維從形變中回復(fù)原狀。過縮：羊毛在熱水或蒸汽中拉伸很短時間，長度增加很不穩(wěn)定，當(dāng)除去外力并在蒸汽中任其收縮，纖維長度收縮到比原來還短，甚至只有原長的 2/3。原因：由于溫度提高，分子熱運動增加，在外力拉伸作用下，肽鏈的構(gòu)象將發(fā)生變化，分子間氫鍵、鹽式鍵、二硫鍵等被破壞，因此纖維沿受力方向長度增加。但由于受力時間很短，被破壞的副鍵尚未在新的位置上建立起新的副鍵，多肽鏈可以自由收縮，所

5、以遇到更高條件產(chǎn)生過縮。7.羊毛或蠶絲織物能否用naclo進行漂白，為什么？ 答;不能，羊毛或蠶絲織物耐堿性差。含氯氧化劑，如漂白粉、亞氯酸鈉等不宜用于絲綢漂白，對絲素不僅有氧化作用，而且還有氯化作用，致使纖維強力降低乃至完全喪失。8.什么叫蠶絲的鹽縮？說明蠶絲纖維發(fā)生鹽縮的基本原理。答：蠶絲纖維在氯化鈣、硝酸鈣等中性鹽類的濃溶液中處理，會發(fā)生顯著膨潤、收縮的現(xiàn)象，稱為“鹽縮”。 基本原理：氯化鈣、硝酸鈣等中性鹽中的金屬離子（如ca2+）具有較強的水合能力，在它們周圍存在較厚的水化層，當(dāng)ca2+進入蠶絲無定形區(qū)時會帶入大量的水分子，從而引起蠶絲纖維的劇烈溶脹。在較高溫度下， ca2+引起的溶脹

6、作用可破壞絲素蛋白質(zhì)大分子間的鹽式鍵、氫鍵和范德華力等各種結(jié)合力。在無張力條件下，絲素纖維內(nèi)蛋白質(zhì)大分子鏈的構(gòu)象發(fā)生變化，產(chǎn)生自由卷曲，宏觀上表現(xiàn)為纖維或織物的急劇收縮。9.基本概念:差別化纖維、彈力絲、膨體紗、超細(xì)纖維等。答：差別化纖維：在原化學(xué)纖維的基礎(chǔ)上，用物理或化學(xué)方法進行改性，既保留了原纖維品種中的基本特性，又克服了本身固有的不足之處。彈力絲：即變形長絲高彈絲和低彈絲。變形加工方法：假捻法、填塞箱法、空氣噴射法、插過法等，應(yīng)用最廣泛的是假捻法。膨體紗：將兩種熱收縮性能不同的合成纖維毛條混合，經(jīng)受熱處理，高收縮毛條迫使低收縮毛條卷曲，使混合紗具有伸縮性和蓬松性。超細(xì)纖維：指單絲線密度較

7、小的纖維，又稱微細(xì)纖維。10.成纖高聚物需要具備哪些主要條件？答：（1）合適的分子量，且分子量的分布要窄；（2）線型結(jié)構(gòu)（或支化程度很低的支鏈型，無龐大側(cè)基）；（3）分子間有適當(dāng)?shù)南嗷プ饔昧?，或具有一定?guī)律性的化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)；（4）應(yīng)具有一定的熱穩(wěn)定性，即tg應(yīng)高于日常使用溫度，tm、t軟應(yīng)比允許使用溫度高得多（以適合染整加工），t分解要高，具有實用價值。（5）必須具有可溶性或可熔融性。11、根據(jù)滌綸纖維結(jié)構(gòu)說明：吸濕性、靜電性、酸作用、燒堿作用、氧化劑作用、染色性。答：（1）吸濕性：滌綸吸濕性差，原因：除了大分子兩端各有一個羥基（oh）外，分子中不含其他親水性基團；結(jié)晶度高，分子鏈排列很

8、緊密。（2）靜電性：滌綸由于吸濕性低，表面具有較高的比電阻，因此當(dāng)它與別的物體相互摩擦并又立即分開時，滌綸表面易積聚大量電荷而不易逸散，產(chǎn)生靜電，不僅給紡織染整加工帶來困難，而且穿著時不舒服。（3）酸作用：滌綸的耐酸性較好，大分子鏈中的羧基和苯環(huán)發(fā)生共軛效應(yīng)可抑制酯鍵水解。（4）燒堿作用：由于滌綸結(jié)構(gòu)緊密，熱稀堿液能使其表面的大分子發(fā)生水解。水解作用由表面逐漸深入，當(dāng)表面的分子水解到一定程度后，便溶解在堿液中，使纖維表面一層層地剝落下來，造成纖維的失重和強度降低，而對纖維的芯層則無太大影響。（5）氧化劑作用：對一般的氧化劑有較好的抵抗能力，常用的漂白劑如次氯酸鈉、亞氯酸鈉、雙氧水都可使用，但在

9、高溫下也可損傷纖維，漂白時要注意漂白的條件。（6）染色性：滌綸染色比較困難，原因：缺乏親水性，在水中膨化程度低；分子結(jié)構(gòu)中缺少像纖維素或蛋白質(zhì)那樣能和染料發(fā)生結(jié)合的活性基團，因此原來能用于纖維素或蛋白質(zhì)纖維染色的染料，不能用來染滌綸，但可以采用醋酯纖維染色的分散染料；即使采用分散染料染色，除某些分子量較小的染料以外，也還存在困難。主要是由于滌綸分子排列比較緊密，纖維中只存在較小的空隙，即使?jié)駪B(tài)下也難以劇烈溶脹而使空隙增大。12、請分析堿對滌綸的作用，并說明滌綸堿減量仿真絲加工的基本原理。答：堿對滌綸的作用特點：堿對滌綸的酯鍵起催化水解的作用，比酸水解劇烈，是不可逆的水解；由于滌綸具有非常致密的

10、微結(jié)構(gòu)和很大的疏水性，堿對滌綸纖維的水解是由表及里的進行的（不象纖維素等纖維的水解是整個非晶區(qū)幾乎同時在起作用）。結(jié)果：導(dǎo)致滌綸纖維表面被溶蝕，出現(xiàn)凹禿不平的孔穴，纖維變細(xì)，滌綸失重但滌綸的強伸度、分子量沒有明顯下降，所以滌綸纖維好象是在堿液中被剝了一層皮；堿減量處理后，表面產(chǎn)生較多的極性基團，表面親水性提高。堿減量處理后具有較好的仿真絲性能：真絲織物具有柔軟滑爽的手感，柔和的光澤。滌綸堿減量處理后，纖維變細(xì)，在紗線或織物中具有更大的運動余地，表面被溶蝕產(chǎn)生的孔穴則增加了漫反射程度，光澤更柔和，而且也降低甚至消除了普通合纖織物的蠟狀感，呈現(xiàn)出真絲織物的特征。13、說明錦綸6、錦綸66的的基本合

11、成反應(yīng)，并分析它們的分子結(jié)構(gòu)特點。答：聚酰胺6的制備：加聚縮聚鏈的交換和裂解平衡，部分己內(nèi)酰胺在一定溫度下發(fā)生水解開環(huán)，生成氨基已酸，氨基已酸與己內(nèi)酰胺進行加聚反應(yīng)，形成聚合體。聚酰胺66的制備：聚酰胺66鹽的制備：聚酰胺66鹽通常用己二酸的20甲醇溶液和己二胺的50甲醇溶液中和制得。另外，也可以以水為溶劑，即所謂水溶液法制得。聚酰胺66鹽縮聚反應(yīng)：成纖聚己二酰己二胺的分子量為2000030000左右。特點：（1）均為通過酰胺鍵連接起來的線型長鏈分子，柔性大，易結(jié)晶（通常，大分子結(jié)構(gòu)愈簡單，愈對稱，柔性越大，結(jié)晶速率越大），在晶體中為完全伸展的平面鋸齒形結(jié)構(gòu)。由于分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易，柔性大，無定

12、形區(qū)分子間作用力較小，所以初模低，纖維太軟；（2）大分子之間可以通過-nhco-形成氫鍵（尤其是晶區(qū)分子間）。（3）由于聚酰胺6的單體二端端基不同，且不是偶數(shù)碳，在空中排列有方向性，在晶體中反向排列時全部形成氫鍵，而順向排列只有一半能形成氫鍵；（4）大分子鏈兩端有-nh2，-cooh，不可忽視（具有一定的吸濕性，染色性較好 ），但仍屬于疏水性纖維，具有具兩性性質(zhì)。（滌綸結(jié)構(gòu)致密，鏈兩端-oh幾乎不起作用）（5）平均分子量和分子量的分布要控制在一定范圍內(nèi)。通常，成纖聚己內(nèi)酰胺的數(shù)均分子量為1400020000左右；成纖聚己二酰己二胺的分子量為2000030000左右。（6）存在酰胺鍵，容易在酸堿

13、作用下發(fā)生水解反應(yīng)。14、簡要說明錦綸66的形態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。答：形態(tài)結(jié)構(gòu) ：由熔體紡絲制成，形態(tài)與滌綸差不多，其截面接近圓形，有皮芯特征，縱向光滑平直；在電子顯微鏡下可以觀察到絲狀的原纖組織。錦綸66的原纖寬度約為1015nm。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：與滌綸相似，是折疊鏈和伸直鏈晶體共存的體系，可用折疊鏈-纓狀原纖模型解釋。聚酰胺分子鏈間相鄰酰胺基可以定向形成氫鍵，易形成結(jié)晶。 15、分析錦綸6、錦綸66熔點差異性的原因。答：由于錦綸66的氫鍵密度比錦綸6高得多。錦綸6晶體中，只有當(dāng)大分子呈反向平行排列時，所有的酰胺基均能形成氫鍵，順向平行排列時只有一半的酰胺基能形成氫鍵；錦綸66大分子中羰基上的氧

14、和氨基上的氫都能形成氫鍵，不受順反平行排列的影響，所以熔點高，熔融熱也大。 16、分析錦綸纖維的力學(xué)性能，為什么錦綸具有優(yōu)異的彈性和耐磨性？答：錦綸大分子結(jié)構(gòu)中具有大量的亞甲基ch2，在松弛狀態(tài)下，纖維大分子易處于無規(guī)則的卷曲狀態(tài)，當(dāng)受外力拉伸時，分子鏈容易被拉直，長度明顯增加。外力取消后，由于氫鍵的作用，被拉直的分子鏈重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫砬鸂顟B(tài)，表現(xiàn)出高伸長率和良好的回彈性。由于錦綸的強度高、彈性回復(fù)率高，是所有纖維中耐磨性最好的纖維。 17、說明水、酸、堿對錦綸的作用。答：與碳鏈纖維相比，錦綸含酰胺鍵，因此容易發(fā)生水解，在100以下水解作用不明顯，但溫度超過100時，則水解反應(yīng)逐漸劇烈。酸是酰胺鍵

15、水解反應(yīng)的催化劑，錦綸對酸是不穩(wěn)定的，對濃的強無機酸特別敏感。錦綸對堿的穩(wěn)定性較高，在85的10% 氫氧化鈉溶液中浸漬10h，纖維強度只降低5%。在100、10苛性鈉溶液中浸漬10h，纖維強度下降不多。對其他堿及氨水的作用也穩(wěn)定。 18、說明氧化劑對錦綸的作用，錦綸漂白時適用哪類漂白劑?答：錦綸對氧化劑的穩(wěn)定性較差。亞氯酸鈉、過氧醋酸能使錦綸獲得良好的漂白效果。 19、說明錦綸纖維的兩性性質(zhì)，并分析其染色性。答：大分子兩端：一個氨基和一個羧基；染色性：錦綸大分子的兩端含有氨基和羧基，在酸性介質(zhì)中帶有正電荷，可用酸性染料染色，色牢度和鮮艷度較好；在堿性介質(zhì)中帶有負(fù)電荷，故可用陽離子染料（堿性染料

16、）染色，但水洗和耐曬牢度很差。 20、分析腈綸纖維中加入第二、第三單體的作用。答：第二單體作用：減弱聚丙烯腈大分子間的作用力，降低大分子排列規(guī)整性，使纖維微觀結(jié)構(gòu)趨于疏松，從而改善纖維的手感和彈性，克服纖維的脆性，并有利于染料分子的進入。第三單體作用：改善纖維的染色性能。21、分析腈綸的分子結(jié)構(gòu)特點？答：1）無序共聚物（三單體隨機排列）；（2）腈綸大分子的規(guī)整性好，分子結(jié)構(gòu)緊密；隨第二三單體加入，大分子鏈規(guī)整性下降，分子間作用力下降（紡絲容易，纖維性能改善，如手感、彈性、染色性等）；（3）大分子之間可以通過-cn作用形成氫鍵與偶極配對鍵，故分子間作用力很強。（4）同一大分子上相鄰-cn則相互排

17、斥；（5）鏈柔性??；（6）大分子主鏈呈呈螺旋狀空間立體構(gòu)象，但實際纖維構(gòu)成過程難以轉(zhuǎn)動成規(guī)則的螺旋體，而在某些部位（即-cn部位）發(fā)生歪斜和扭曲，所以即使晶區(qū)也存在不規(guī)則螺旋棒狀構(gòu)象，第二、第三單體的加入使構(gòu)象的不規(guī)則性增加。22、解釋側(cè)序度，并描述腈綸的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。 答：側(cè)序度：單位體積中所含分子間鍵能或氫鍵數(shù)（大分子間實際氫鍵數(shù)/完全結(jié)晶時氫鍵數(shù)），意義：表示大分子間關(guān)系的緊密程度，可反映晶區(qū)和非晶區(qū)之間逐漸過渡的狀態(tài)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：聚丙烯腈纖維中存在著與纖維軸平行的晶面，也就是說沿垂直于大分子鏈的方向（側(cè)向或徑向）存在一系列等距離排列的原子層或分子層，即大分子排列側(cè)向是有序的；纖維中不存在

18、垂直于纖維軸的晶面，也就是說沿纖維軸（即大分子縱向）原子的排列是沒有規(guī)則的，即大分子縱向無序。 23、為什么腈綸易形成蘊晶結(jié)構(gòu)？并分析腈綸的熱彈性。答：準(zhǔn)晶高分子化合物不如一般結(jié)晶高分子化合物穩(wěn)定，經(jīng)過一般拉伸定型后的纖維還能在玻璃化穩(wěn)定以上再拉伸1.11.6倍，這是螺旋棒狀大分子發(fā)生伸直的宏觀表現(xiàn)。由于氰基的強極性，大分子處于能量較高的穩(wěn)定狀態(tài)，它有恢復(fù)到原來穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢。若在緊張狀態(tài)下使纖維迅速冷卻，纖維在具有較大內(nèi)應(yīng)力的情況下固定下來，這種纖維就潛伏著受熱后的收縮性，即熱回彈性。24、腈綸的機械性質(zhì)有何特點？答：干態(tài)強度：毛型為17.6430.87cn/tex，棉型為29.1131.75cn/tex；濕態(tài)強度為干態(tài)強度的80100。原因：第三單體含有親水基團，纖維在水中發(fā)生一定程度的溶脹，使得大分子間的作用力有所減弱。干態(tài)延伸度：一般為2546，毛型腈綸的延伸度高于棉型腈綸，可以通過紡絲后的拉伸、熱處理工序加以控制；初始模量： 比滌綸小，比錦綸大，因此硬挺性介于滌綸和錦綸之間?；貜椥裕涸谏扉L較小時與羊毛相差不大，如當(dāng)伸長為2時，腈綸回彈率為9299（羊毛為99），但在穿著過程中，羊毛的回彈性優(yōu)于腈綸，這是由于羊毛的多次循環(huán)負(fù)荷回彈性優(yōu)于腈綸。25、為