纖維的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)

1、 第一節(jié) 纖維的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)成纖高分子：1）線性、長鏈的分子結(jié)構(gòu)，即使有側(cè)基或支鏈，也比較短、小。 2）以碳原子為主鏈的構(gòu)成元素，因此大多數(shù)纖維高分子是有機(jī)高分子，即有機(jī)纖維。 3）分子鏈有一定長度，分子間可以達(dá)到高的相互作用而有強(qiáng)度。染整關(guān)注：纖維高分子與水有無結(jié)合基團(tuán)、與染料分子有無作用點(diǎn)、與整理劑等有無結(jié)合點(diǎn)，是共價(jià)鍵結(jié)合、離子鍵結(jié)合、氫鍵結(jié)合還是范得華作用力結(jié)合。例如：棉纖維 麻纖維聚乙烯纖維 聚丙烯纖維：分子結(jié)構(gòu)差異大，左者所用染料和整理劑右者就無法使用 。一、纖維分類二、纖維素纖維的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)纖維素分子結(jié)構(gòu)式 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1) 環(huán)上三個(gè)OH，反應(yīng)活性點(diǎn) 2)

2、環(huán)間O，酸分解之，堿穩(wěn) 3) 鏈端：有一隱-CHO，M低還原性 4) 鏈剛性，H-鍵多，強(qiáng)度高 5）聚合度 （二） 纖維素分子化學(xué)性質(zhì)1、與酸作用酸促使苷鍵水解:(反應(yīng)式) 酸作用情況酸使纖維素纖維織物初始手感變硬,然后強(qiáng)度嚴(yán)重下降。 纖維結(jié)構(gòu)、酸的種類、作用時(shí)間、溫度、纖維結(jié)構(gòu)影響水解反應(yīng)速率。 生產(chǎn)上應(yīng)用：含氯漂白劑漂白后，稀酸處理，起進(jìn)一步漂白作用；中和過剩堿；爛花、蟬翼等新穎印花處理。 用酸注意：稀酸、低溫、洗凈，避免帶酸干燥。 2、與氧化劑作用纖維素氧化后分子斷裂，基團(tuán)氧化變化，織物強(qiáng)度損傷。纖維素分子對(duì)不同氧化劑作用有不同的敏感程度。強(qiáng)氧化劑完全分解纖維素。中、低強(qiáng)度氧化劑在一定條

3、件下氧化分解纖維素能力弱，可用來漂白織物。注意：空氣中O2在強(qiáng)堿、高溫條件易氧化、脆損纖維素織物，應(yīng)避免。氧化反應(yīng)： Cell-OH + O Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH 氧化纖維素：還原型 -CHO，=C=O，潛在損傷 酸型 -COOH注：纖維素分子對(duì)還原劑穩(wěn)定。常溫稀堿中穩(wěn)定，濃堿溶脹，高溫稀堿有氧氣易氧化、斷裂苷鍵，強(qiáng)力下降。 濃堿溶脹：各向異性、不可逆。 徑向溶脹大，縱向小 反應(yīng):(酸性)纖維素分子與堿擬醇鈉反應(yīng) C2H5OH + NaOH=C2H5ONa + H2O Cell-OH + NaOH=Cell-ONa+ H2O ;orCell-OHNaOH

4、反應(yīng)可逆，水洗除堿，恢復(fù)纖維素分子，但纖維素纖維高層次結(jié)構(gòu)被變化、不可逆-是棉織物絲光、堿縮處理理論根據(jù)。4、纖維素分子其它反應(yīng)A）酯化反應(yīng) 纖維素分子與（羧）酸類物質(zhì)反應(yīng)生成酯：纖維素分子形成磷酸酯后能使織物具有阻燃性；與醋酸酐反應(yīng)生成纖維素醋酸酯是制造人造纖維醋酯纖維的原料。 B）醚化反應(yīng)纖維素分子與氯乙酸在堿性條件下的反應(yīng)產(chǎn)物稱羧甲基纖維素鈉，可用作紡織漿料和增稠劑；與縮水甘油三甲基氯化銨反應(yīng)后形成陽離子衍生物，使纖維素纖維織物在用陰離子染料染色和其它染料染色時(shí)上染率和染色牢度大為提高，同時(shí)兼有抗靜電、抗菌、防霉等功效，用于難染色的苧麻纖維織物上尤其有效。C）加成反應(yīng)纖維素分子與上述試劑

5、反應(yīng)后，氰乙基化產(chǎn)物使纖維素纖維織物具有防腐性，氨基甲酰乙基化產(chǎn)物使纖維素纖維織物對(duì)活性染料染色反應(yīng)性提高，乙烯砜型加成產(chǎn)物其本身就是乙烯砜型活性染料染色反應(yīng)時(shí)與纖維素纖維進(jìn)行共價(jià)鍵結(jié)合反應(yīng)的一步。D）接枝反應(yīng)M:接上丙烯酸后，纖維素纖維織物就可用陽離子染料染色和印花，耐洗牢度和顏色都有較好的效果。三、蛋白質(zhì)纖維的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的纖維 天然 動(dòng)物                    人造

6、 植物蛋白質(zhì)高分子的單元結(jié)構(gòu)是氨基酸殘基（下式左）：                                        -氨基酸 纖維蛋白質(zhì)分子的構(gòu)成主要有C、H、O、N、S五種元素。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)* 蛋白

7、質(zhì)分子中氨基酸序列結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu) 、或初級(jí)結(jié)構(gòu)：* 蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象有幾個(gè)層次，分別稱為蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) ： 蛋白質(zhì)的第三級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈側(cè)基之間因氫鍵等相互作用使多肽鏈進(jìn)一步盤旋和折疊，整個(gè)分子所形成的不規(guī)則的特定構(gòu)象。蛋白質(zhì)副鍵圖：蛋白質(zhì)分子副鍵：由分子主鏈、側(cè)基的極性或非極性基團(tuán)、離子基團(tuán)相互作用而成。由于副鍵數(shù)量眾多而能穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象。副鍵種類如下圖：蛋白質(zhì)分子的化學(xué)性質(zhì)蛋白質(zhì)兩性性質(zhì)：等電點(diǎn)：蛋白質(zhì)分子上正、負(fù)電荷數(shù)量相等時(shí)溶液的pH值，不會(huì)向電極移動(dòng)。羊毛的: 4.2-4.8, 桑蠶絲的：3.5-5.2。等電點(diǎn)時(shí)纖維溶脹、溶解度最低。低pH值時(shí)： pH內(nèi)>

8、;pH外 NH3+ H+ 高pH值時(shí)： pH內(nèi)<pH外 -COO- OH-酸堿濃度高或鹽多時(shí)，內(nèi)外pH一致。羊毛反應(yīng)2、與酸 耐酸，pH2-4沸染，H2SO4炭化除草。高濃酸，損傷羊毛：水解、氨離子化、離子鍵拆開。 3、與堿 堿使羊毛嚴(yán)重?fù)p傷、變黃、溶解、含S降低：主鏈水解、氨基酸水解、離子鍵拆開、二硫鍵斷開重接。4、與還原劑 羊毛二硫鍵、離子鍵被還原劑斷開，羊毛損傷 5、與氧化劑 強(qiáng)氧化劑分解羊毛，中強(qiáng)氧化劑對(duì)羊毛有損傷作用，控制條件可漂白羊毛：NaClO, H2O26、蛋白質(zhì)與其它物質(zhì)作用 水：長時(shí)間高溫條件下可發(fā)生水解作用 鹽水：促進(jìn)蛋白質(zhì)纖維溶脹或溶解，濃的CaCl2、Ca(NO

9、3)2處理蠶絲，會(huì)使纖維急劇收縮；堿式ZnCl2等溶液能使絲纖維溶解。改性反應(yīng)：有羥基、酚羥基、羧基和氨基等 （1）蠶絲纖維甲基化使絲活性基團(tuán)變成不活潑基團(tuán)，抑制絲泛黃，甲基化試劑為重氮甲烷（CH2N2）： （2）蠶絲纖維酰基化可使絲彈性、絕緣性改善，吸濕性降低 （3）蠶絲甲醛交聯(lián)可提高絲耐堿性、濕強(qiáng)度：四、合成纖維的分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì) 滌綸分子結(jié)構(gòu):聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。分子結(jié)構(gòu)只有弱極性基團(tuán)，吸濕性差、染色性差。-COO-酯基具有反應(yīng)性，如水解；但苯基、亞乙基穩(wěn)定，故滌綸穩(wěn)定性好。-OCH2CH2O-具柔性，故可折疊。 分子線性、規(guī)整，分子聚集時(shí)容易緊密堆積（結(jié)晶），使纖維形狀、強(qiáng)度好。滌

10、綸高分子的化學(xué)性質(zhì) 主要由酯基決定，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性溶液中酯基會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)使分子鏈斷裂：堿性水解應(yīng)用：滌綸堿剝皮對(duì)氧化劑、還原劑的耐受性比較好,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定.錦綸分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)錦綸6是由己內(nèi)酰胺開環(huán)聚合而成，錦綸66是由己二胺和己二酸縮聚而成，此外還有錦綸610、錦綸1010等       錦綸的化學(xué)性質(zhì) 比較穩(wěn)定，主要在酰胺基和分子兩端基團(tuán)上發(fā)生反應(yīng)。水：對(duì)錦綸沒有什么影響。堿：錦綸水解也不嚴(yán)重，耐堿性較好。酸：稀酸溶液中錦綸水解不嚴(yán)重，因此稀酸對(duì)錦綸損傷不重，但在濃HCl溶液中，錦綸分子水解、溶解，錦綸纖維強(qiáng)度下降

11、。氧化劑：較為敏感，接觸氧化劑時(shí)發(fā)生降解破壞，纖維強(qiáng)度受損。酰胺、R基結(jié)構(gòu)：用酸性染料染色；陽離子染料染色；還因?yàn)殄\綸分子的非極性部分鏈比例大，可用分散染料染色 。具有4%的吸濕率 。（三） 腈綸分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)第一單體（85%） 第二單體（510%） 第三單體（13%）屬于無規(guī)共聚物 第一單體：只有第一單體，纖維性能不好，脆、彈性手感差、不易染色第二單體：改善纖維結(jié)構(gòu)，減弱氰基之間的作用力， 第三單體：結(jié)合染料基團(tuán)，利于染色。 腈綸分子的化學(xué)性質(zhì)其分子主鏈全是碳元素構(gòu)成，穩(wěn)定；側(cè)基是氰基（CN）和其它基團(tuán)，具有化學(xué)反應(yīng)性。酸：耐酸能力強(qiáng)。 堿：對(duì)弱堿也不敏感，但在高溫強(qiáng)堿溶液中，由于OH

12、- 催化CN水解的能力很強(qiáng)，使腈綸纖維失重、發(fā)黃、溶解：氧化劑：不敏感，可用H2O2、NaClO2漂白腈綸纖維。 還原劑：也不反應(yīng)，可用NaHSO3、Na2SO3、保險(xiǎn)粉漂白腈綸纖維。高溫?zé)崽幚恚耗苓M(jìn)行重排環(huán)化反應(yīng)，形成碳纖維。四） 其它合成纖維分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)1、丙綸 丙綸屬于聚烯烴纖維。         化學(xué)惰性：酸和堿不反應(yīng)，酒精、乙醚等極性溶劑不能溶解，但有機(jī)烴類非極性溶劑能溶解纖維態(tài)丙綸分子。丙綸分子對(duì)強(qiáng)氧化劑作用亦敏感，會(huì)降解；受熱容易發(fā)生熱氧化降解，在有水、氧條件下，如果纖維中有痕量金屬（銅、鐵等），發(fā)生光敏降解很快速，因而使丙綸纖維耐光性能很差。丙綸分子上沒有可留駐染料的基團(tuán)，丙綸纖維染色很困難，分散染料染色也只能得很淡顏色，只能用其它上色方法，如熔體染色等。2、維綸在