,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,,*,紡織品染整學(xué),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,紡織品染整學(xué),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,,*,1,,紡織工程專業(yè)課程,紡織品整理學(xué),,,End,崔運(yùn)花,序言,(preface),我國紡織工業(yè)現(xiàn)狀,——,紡織大國,,? 世界最大的,紡織生產(chǎn)國,：,我國紡織工業(yè)纖維加工總量,2009,年已超,3780,萬噸，超過世界的,50%,；化學(xué)纖維產(chǎn)量,2730,萬噸，超過世界的,50%,；紗產(chǎn)量,2393,萬噸，布產(chǎn)量,710,億米。,,,? 世界最大的,紡織消費(fèi)國,：,人均纖維消費(fèi)量,2007,年已達(dá),15kg,，超過世界平均值,28%,。,,,? 世界最大的,紡織服裝出口國,：,紡織品服裝出口額,1995,年已居世界第一位。,我國紡織工業(yè)存在問題：,,中國并非紡織強(qiáng)國。從整體上看，行業(yè)自主創(chuàng)新能力仍相對薄弱，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進(jìn)展相對緩慢，新產(chǎn)品自主開發(fā)和設(shè)計(jì)能力仍有不足，應(yīng)用電子、信息、自動(dòng)化、新材料等高新技術(shù)改造提升紡織產(chǎn)業(yè)的研究和創(chuàng)新能力仍有待提高。由于行業(yè)規(guī)模大，集中度低，企業(yè)間技術(shù)裝備水平差異較大，大量中小企業(yè)的技術(shù)裝備與國際先進(jìn)水平相比較也仍有差距。,,序言,(preface),實(shí)現(xiàn)紡織強(qiáng)國目標(biāo)的途徑：,,加快科技進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)紡織科技生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展，并以此為支撐轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，是實(shí)現(xiàn),2020,年紡織強(qiáng)國目標(biāo)的根本途徑。,,建議學(xué)習(xí)文件：,,1.,工業(yè)和信息化部,《,關(guān)于推進(jìn)紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的指導(dǎo)意見,》,,2.,中國紡織工業(yè)協(xié)會(huì),《,紡織工業(yè)“十二五”科技進(jìn)步綱要,》,,序言,(preface),5,紡織生產(chǎn)鏈,：,纖維生產(chǎn),（天然紡織纖維的生長、制取，人造纖維的生產(chǎn)）→,紡織加工,（紡紗→機(jī)織、針織等 ）,,→,非織造加工,（成網(wǎng)→網(wǎng)的粘合等）,,→,染整加工,→,服裝等生產(chǎn),（最終產(chǎn)品,end-use product, ultimate product),（,→,消費(fèi)者消費(fèi),→,廢棄,→,循環(huán)利用,）。,,,純棉服裝加工工序,：,棉花種植,→采摘→軋棉,→開清棉→梳棉→并條→成紗→絡(luò)筒→整經(jīng)（卷緯）→,漿紗,→穿經(jīng)→織造,（坯布,gray goods,）,→,燒毛→,退漿,→,煮練,→,漂白,→,絲光,→,染色,→,印花,→,整理（成品布,dyed and finished fabrics),→,剪裁→縫制→,水洗,→整燙→成品。,,序言,(preface),6,《,紡織品整理學(xué),》,內(nèi)容：,,涉及,坯布到成品布,的加工過程，包括織物的染色、印花、整理,以及染整前處理,（,from gray or greige goods to finished fabrics, including dying, printing, finishing and the preparation of dying and finishing,）,。,,,紡織品染整加工的特點(diǎn)：,,以化學(xué)加工為主的物理與化學(xué)加工（現(xiàn)也涉及一些生物化學(xué)）相結(jié)合的綜合加工。,大多為化學(xué)加工，且多為濕加工（,chemical processing, wet processing,）。,序言,(preface),7,序 言,(preface),《,紡織品整理學(xué),》,的主要內(nèi)容,：,,,第一章：常用紡織纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能,,第二章：染整用水和表面活性劑,,第三章：紡織品的印染前處理,,第四章：紡織品的染色,,第五章：紡織品印花,,第六章：紡織品的一般整理,,第七章：紡織品功能整理,,,《,紡織品整理學(xué),》,的學(xué)習(xí)要求：,,,各工序加工要求、加工方法和原理,、工藝及設(shè)備。,,,,,,,末頁,8,課程教材：,,《,紡織品整理學(xué),》,,參考資料：,,1.,染整工藝原理（,4,冊）,,2.,紡織品染整工藝學(xué),,3.,紡織品染整基礎(chǔ)（,Textile Coloration and Finishing,）等。,,,最終成績構(gòu)成：,,平時(shí),:30%,（,課堂小測驗(yàn)、章節(jié)作業(yè)、平時(shí)出席情況等）；,,期終考試：,70%,。,,9,第一章 常用紡織纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能,染整加工對象：,,紡織品,(textile products, textile items, textiles)(fiber assembly)→,紡織纖維,(textile fibers)→,高分子化合物,（高聚物,polymer ,,巨分子、大分子、,macromolecule,，長鏈分子,long-chain molecule,）。,,,The basic unit from which fibers are created is a,polymer,, or,long-chain molecule,, sometimes called a,macromolecule,.,,,10,,1,、,分子量很高,(have high molecular weight),；,,2,、多分散性,,?,分子量的多分散性：,數(shù)均分子量、重均分子量、粘均分子量。,,通常高分子物是由鏈節(jié)相同、聚合度不同的大分子混合組成，大分子相互間鏈節(jié)數(shù)的相差為整數(shù),，所以高分子物也稱為,聚合同系物的混合物,。,,,高分子化合物的特性,11,,3,、復(fù)雜的分子鏈形,,高分子化合物分子鏈的幾何形狀，即鏈的結(jié)構(gòu)形態(tài)主要有,線型、支鏈型和體型,三種。,,,通常制造化學(xué)纖維的高分子化合物都是,線型或分支程度較小的支鏈型結(jié)構(gòu)。,——backbone chain, side chain(pendant),。,高分子化合物的特性,,12,高分子化合物的術(shù)語,,?,聚合反應(yīng),(polymerization),：是指由低分子經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成高分子產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)過程,。,,?,單體,(monomer),：聚合反應(yīng)中參加反應(yīng)的低分子化合物稱為單體。,,?,結(jié)構(gòu)單元（重復(fù)單元,structure unit,）,：,聚合物中重復(fù)出現(xiàn)的基本單元，也稱為鏈節(jié)或重復(fù)單元,repeat unit,（均聚物中）。,,,,,,,,13,?,均聚物,(,homopolymer,),：由同一種單體聚合而成，如聚乙烯，聚氧乙烯,。,,?,共聚物,(copolymer),：由兩種以上單體聚合而成。,,根據(jù)結(jié)構(gòu)單元有無重復(fù)性又分為有規(guī)共聚物和無規(guī)共聚物。,,*,有規(guī)共聚物,(tactic copolymer),：,結(jié)構(gòu)單元完全有規(guī)則的排列,。,,*,無規(guī)共聚物,(random copolymer),：,結(jié)構(gòu)單元排列沒有規(guī)則，在分子鏈上是一種隨機(jī)分布。,,?,聚合度,(degree of polymerization),：,聚合物中結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量，用,DP,表示，在分子結(jié)構(gòu)示意式中用小寫,n,表示。,,,,,,,高分子化合物的術(shù)語,,14,同其它物質(zhì)一樣，高分子材料的使用性能從本質(zhì)上說是由其化學(xué)組成所決定的，但還與材料的物理結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。,,,高分子化合物的結(jié)構(gòu)：,,高分子化合物的結(jié)構(gòu)包括,大分子本身的結(jié)構(gòu),和,大分子之間的排列,（聚集態(tài)結(jié)構(gòu)）兩方面。大分子可斂集成不同層次的結(jié)構(gòu)組織。在光學(xué)或電子顯微鏡中可觀察到這些不同層次結(jié)構(gòu)組織的形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，常稱之為,形態(tài)結(jié)構(gòu)或形態(tài),。,,高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能,15,,?大分子本身的結(jié)構(gòu)：,,分子結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)：,,,組成高分子鏈的基礎(chǔ)是,化學(xué)元素種類和數(shù)量,、這些元素原子的,鍵接方式、空間構(gòu)象和一些結(jié)構(gòu)異構(gòu)體,，這些可反映在結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)上。,,高分子化合物的元素組成和數(shù)量不一樣，元素排列結(jié)構(gòu)不一樣，結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)不一樣，是形成不同材料的最根本因素。,,高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能,16,高分子鏈的構(gòu)象結(jié)構(gòu),：,,一般分子鏈不是伸展、而是呈卷曲狀態(tài)，稱為,高分子的空間構(gòu)象（,configuration),。,,高分子鏈構(gòu)象之間很容易相互變換，碳碳鍵旋轉(zhuǎn)便可實(shí)現(xiàn)這種變換，所需能量不高，不象異構(gòu)體變換要破壞化學(xué)鍵，需要高能量。構(gòu)象之間轉(zhuǎn)換較容易，在常溫情況下，許多分子就因分子熱運(yùn)動(dòng)而能容易地轉(zhuǎn)換構(gòu)象。,,,高分子有許多的空間構(gòu)象是高分子的內(nèi)在特點(diǎn)，是高分子材料有彈性、柔性的基礎(chǔ)。,,高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能,17,?,高分子化合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),,高分子的分子間作用力使高分子聚集在一起，這種作用力也稱,高分子的內(nèi)聚力（,cohesive force, cohesion,），,定義為將高分子分開所需提供給高分子的能量。,,高分子化合物分子很長，分子之間的作用力與低分子相比，非常量大→,分子間的力具有加和性,。,,,,,高分子大的內(nèi)聚力使高分子在通常情況下只有固態(tài)，在較高溫度下有液態(tài)，而沒有氣態(tài)。,,高分子的固態(tài)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，有,結(jié)晶態(tài),(crystalline area),、無定形態(tài),(amorphous area),和取向態(tài),。在這三類中，實(shí)際上又有許多形態(tài)。,,高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能,,18,,纖維結(jié)構(gòu)三層次,：,,,化學(xué)結(jié)構(gòu),—,分子結(jié)構(gòu)，纖維最小結(jié)構(gòu)元素（納米、埃）,,,,決定,纖維物化性能（,major determinant),,,超分子結(jié)構(gòu),—,分子聚集體結(jié)構(gòu)（超微觀）,,,,影響,纖維物化性能,形態(tài)結(jié)構(gòu),—,分子聚集體的聚集結(jié)構(gòu)（微觀）,,,,,,末頁,第一章,,高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能,,19,學(xué)習(xí)了解纖維主要化學(xué)性質(zhì)的目的：,,,1,．利用性質(zhì)進(jìn)行染色等化學(xué)加工；,,,2,．利用性質(zhì)防止在化學(xué)加工中造成對纖,,維的損傷；,,,3,．利用性質(zhì)進(jìn)行纖維的改性。,20,,,常用纖維,,,,,,第一節(jié),纖維素纖維,的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能,,,以,纖維素分子,為基本化學(xué)結(jié)構(gòu)的纖維,。,,以,β- D-,葡萄糖?；鶠榻Y(jié)構(gòu)單元的高分子化合物,。,,,天然纖維：棉、麻、 絲、毛,,,纖維素纖維 蛋白質(zhì)纖維,,化學(xué)纖維：粘膠、 滌綸、錦綸、睛綸,,,再生纖維,合成纖維,,,,染整所用方法決定因素,,,,,末頁,,,,第一章,常用紡織纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能,21,棉纖維的生長、制取及形態(tài)結(jié)構(gòu),特點(diǎn),,棉纖維,：,由胚珠的表皮細(xì)胞經(jīng)過伸長和加厚而形成,單細(xì)胞纖維,。上端尖而封閉，下端粗而敞口，整根纖維為細(xì)長的扁平帶狀（,ribbon like shaped,），縱向有螺旋形天然扭曲（,convolution,），橫截面呈腰圓形（,kidney shaped,）。,,,,,,,,,end,22,結(jié)構(gòu)與性質(zhì),：,,*,初生胞壁（,primary wall,）,-,--,層厚,0.1~0.2 µm,，決定棉纖維表面性質(zhì)。外層由果膠物質(zhì)和蠟狀物組成（角皮層），內(nèi)二層是纖維素網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，橫纏豎繞。拒水性，影響染整，前處理的去除對象。,,*,次生胞壁（,second wall,）,,---,層厚約,4µm,，占,90%wt.,，共生雜質(zhì)少，決定棉纖維性質(zhì)。層中很多同心日輪，同心輪按走向,S,、,Z,、,S,分三層，纖維走向與軸向夾角,20~30,度，走向變化，內(nèi)層直。,,*,胞腔（,medulla,，,lumen),---,中空，占橫截面,1/10,，含蛋白質(zhì)和色素，決定棉纖維顏色。,染料和化學(xué)處理劑通道,。,,空腔的大小及纖維細(xì)胞壁的厚薄視棉花的品種及成熟度,(maturity),而定。,,,長度,：,23~45 mm,；細(xì)度：,0.15~0.2tex,；扭曲數(shù)：,60~120,個(gè),/c,,單細(xì)胞纖維的化學(xué)成分,：,纖維素,94% wt.,,蠟狀物,0.6%wt.,,灰分,1.2%wt.,,果膠物,0.9%,,含氮物等。,,23,棉纖維的制取及初加工：,,,籽棉→軋制,ginning,（軋棉,—,皮輥軋棉,roller ginning,、鋸齒軋棉,saw ginning,）→（皮棉,ginned cotton,）原棉。,,,含糖棉（糖污棉,honeydew cotton,）的處理。,24,麻纖維：,韌皮纖維,(bast fiber,，,stem fiber, phloem fiber),、葉纖維,(leaf fiber),、果殼纖維,(nut husk fiber),的總稱。,,韌皮植物莖結(jié)構(gòu),：青皮、韌皮部、木質(zhì)部、髓腔。,,?,苧麻,(ramie),：中國草,,苧麻麻莖→,剝皮,（扯剝、砍剝）→麻皮→,刮青,→原麻→,脫膠,→精干麻（,degummed ramie),。（單纖維紡紗）,,?,亞麻,(flax),：,,亞麻麻莖（原莖）→,浸漬,(retting)→,干莖→,碎莖、打麻,（,breaking and scutching)→,打成麻。（工藝（束）纖維紡紗）,,?,黃洋麻,(jute, kenaf),：,,黃麻、洋麻麻莖→,漚麻,（清洗,retting,）→熟麻。（束纖維紡紗）,麻纖維的生長、制取及形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),25,麻纖維形態(tài)結(jié)構(gòu),特點(diǎn),苧麻、亞麻、黃麻等韌皮纖維,：,厚壁、端閉、狹腔單細(xì)胞。,,長短、外形、成分各異。纖維素含量不高（伴生物含量高）。,,,特點(diǎn)：,,縱向,：,豎紋和橫節(jié)，端頭多樣：錘頭、分支形（苧麻），細(xì)尖（亞麻）、鈍角形（黃麻、大麻）。,,橫截面,：,腰圓形、橢圓形或多角形。,,長徑,：,苧麻,—20~250mm(,長,),30-40µm(,徑,),；,,亞麻,—17~25mm(,長,),12-17 µm(,徑,),；,,洋麻,— 2~6mm (,長,),14~33 µm(,徑,),,,黃麻,—2~4mm (,長,), 15~18 µm(,徑,),。,,,,,26,再生纖維素,纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),★,特點(diǎn)：,,*人造纖維，形態(tài)與紡絲成形方法有關(guān)。常規(guī)粘膠纖維縱向?yàn)槠街钡膱A柱體。,,*橫截面：不規(guī)則的鋸齒形，有皮芯,(sheath-core),結(jié)構(gòu)，皮層較芯層結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度、取向度高。,,*纖維較純凈，在紡絲生產(chǎn)中已除雜。,,,,粘膠（,Rayon,viscose),纖維經(jīng)典的生產(chǎn)方法：,,取之于木材等的純化天然纖維素→堿纖維素→老化→纖維素磺酸酯→溶于氫氧化鈉→紡絲液→噴絲頭→凝固浴→纖維素（纖維狀）。,27,,作業(yè)：,,,1.查閱,Modal,纖維和,Tencel,纖維的生產(chǎn)工藝及化學(xué)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)及形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),,2.查閱彩棉、木棉及其它纖維素纖維的基本信息。,28,二、纖維素纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu),*,纖維素纖維,：,,來源不同，但其化學(xué)分子的,單元結(jié)構(gòu)和鏈接方式都一樣,——,由,β-D-,葡萄糖殘基（?；?glucose residue,）彼此以,1,，,4,苷鍵聯(lián)結(jié)而成,。,,*,纖維素分子化學(xué)式：,(C,6,H,10,O,5,),n,,式中,n,：聚合度,dp,（,degree of polymerization),,不同種纖維，葡萄糖?；鶈卧獢?shù)不同，即平均分子鏈長不同,。,,n,：,10000~15000(,棉、麻,),；,n,：,250~500,（粘膠）；,n,：,500~600,（富強(qiáng)纖維）；,n,：,450~550,（,Modal,纖維）；,n,：,500~550,（,Tencel,纖維）,,,,29,纖維素分子結(jié)構(gòu)式,化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,,1),每個(gè)環(huán)上有三個(gè),—OH,，反應(yīng)活性點(diǎn),,2),環(huán)間,—O—,（苷鍵）連接,,3),鏈端：有一個(gè)半縮醛羥基（潛在醛基），,具還原性,,,4),鏈剛性，氫鍵（,hydrogen bond,）多，強(qiáng)度高。,,30,三、纖維素纖維的化學(xué)性質(zhì),由纖維素分子化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定，受超分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)影響,。,根據(jù)纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，纖維素的化學(xué)反應(yīng)主要通過兩方面表現(xiàn)出來：,,1.,與苷鍵有關(guān)的反應(yīng)。,大分子截?cái)嗟姆磻?yīng)（水解劑與苷鍵相互作用，在一定條件下引起苷鍵的斷裂）,,2.,與羥基有關(guān)的反應(yīng)。,很多試劑都能與葡萄糖基環(huán)中的羥基發(fā)生反應(yīng)，生成不同的纖維素衍生物。,,,,,31,1,、與酸,(acid),作用,苷鍵對無機(jī)酸和高溫水的作用是不穩(wěn)定的。,,,酸促使苷鍵水解,(hydrolysis),：,酸做為催化劑（,catalyst),,,,32,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。,,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)上的應(yīng)用,：,含氯漂白劑漂白后，用稀酸處理，起去氯和進(jìn)一步漂白作用；中和過剩堿；用于爛花、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。,,酸的作用,33,,2.,與堿（,alkali),作用,,常溫稀堿中穩(wěn)定；高溫稀堿有氧氣時(shí)易氧化、斷裂苷鍵，強(qiáng)力下降；,濃堿下：,,徑向溶脹大、縱向小,,,*,溶脹,：,各向異性、不可逆,。,,,*,結(jié)晶度下降，無定形區(qū)增加,,,*,反應(yīng)：,酸性纖維素分子與堿擬醇鈉反應(yīng),,,C,2,H,5,OH + NaOH C,2,H,5,ONa + H,2,O,,Cell-OH + NaOH,Cell-ONa+ H,2,O,+,,熱,;,,,或以分子間力結(jié)合,Cell-OH + NaOH,,Cell-OH,﹡,NaOH,+,熱,,反應(yīng)可逆，水洗除堿，恢復(fù)纖維素分子。,,——,棉織物絲光、堿縮處理理論根據(jù)。,,,,,,,34,溶脹（,swelling,）：,絕大多數(shù)的線型高分子物都能在適當(dāng)?shù)娜軇┲邪l(fā)生,溶解,，但在溶解以前，可以觀察到,體積顯著增大,的現(xiàn)象，這是低分子物中所沒有的一種現(xiàn)象，通常稱之為,溶脹,。,,,對于無取向的高分子物來說，這種溶脹是各向同性的，但是對于具有某種取向的線型高分子物，例如紡織纖維，則存在著各向異性。,,,實(shí)際上可以將高分子物在某種溶劑中的,溶解看作是一種無限溶脹,。,35,3,、與氧化劑,(oxidizing agent, oxidant),作用,,纖維素分子對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)度氧化劑在一定條件下氧化分解纖維素能力弱，可用來漂白織物。,,發(fā)生氧化的情況：,堿性介質(zhì)條件下，空氣中的,O,2,直接氧化；,,漂白處理。,,氧化反應(yīng)：,,Cell-OH + [O] Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH,,,還原型,— -CHO,，,=C=O,，潛在損傷,,氧化纖維素： 酸型,— -COOH,,,,,,,36,防止發(fā)生氧化的措施,：,,（,1,）堿性介質(zhì)條件下加工時(shí)，隔絕與氧氣的接觸（采用較大浴比,water bath,，,bath ratio,；加壓加工時(shí)排凈空氣）；,,（,2,）加還原劑,(reductant, reducing agent),；,,（,3,）采用合理的漂白工藝參數(shù),(parameter),。,,,4.,纖維素對還原劑,:,穩(wěn)定。,,,5.,纖維素的酯醚化反應(yīng),,酯醚化反應(yīng)一般以堿纖維素作為中間過程。,,利用酯醚化反應(yīng)，可改變纖維的性質(zhì)。,,(,酯醚化程度用,DS,表示,),37,四、纖維素纖維的超分子結(jié)構(gòu),,超分子結(jié)構(gòu),：,在分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上、由許多個(gè)分子集聚時(shí)所形成的分子,聚集態(tài)結(jié)構(gòu),。介于纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)之間。,描述纖維中,長鏈分子（高分子）排列狀態(tài)、排列方向、聚集松緊程度,。,,無定形區(qū) 超分子結(jié)構(gòu) 結(jié)晶度,---,結(jié)晶區(qū)所占重量,%,,結(jié)晶區(qū) 取向度,---,鏈或微晶向與纖維軸向夾角,,,,棉、麻、絲光棉、粘膠,,結(jié)晶度：,70,、,90,、,50,、,40 %,超分子結(jié)構(gòu)模型：,纓狀原纖模型（,fringed-fibril model),取向度值： ：,1,； ：,0,； ：角度,,,1,：取向最高。,,,,38,超分子結(jié)構(gòu)與性能,超分子結(jié)構(gòu),對纖維的化學(xué)、物理或力學(xué)性能影響很大。,,結(jié)晶度與物理性能,：結(jié)晶度高，分子間緊密、作用力大，纖維強(qiáng)度大；纖維斷裂在于超分子結(jié)構(gòu)缺陷處。結(jié)晶度低，分子間松散，纖維強(qiáng)度也較低，斷裂延伸度可能較大。,,取向度與物理性能,：取向度高（絲光棉），纖維強(qiáng)度高，斷裂延伸度降低，因?yàn)榉肿渔湣⑽⒕帕休S向平行，分子間作用力大，應(yīng)力集中點(diǎn)（缺陷）少，分子鏈不易斷裂和滑移。,,超分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)性能,：,結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)緊密，空隙小又少，化學(xué)物質(zhì)不能進(jìn)入結(jié)晶區(qū)，例如染料分子不易進(jìn)入，只在無定形區(qū)，得色深不易（麻）。,(,可極度,accessibility),,,,39,作業(yè)：,,比較棉纖維、苧麻纖維、普通粘膠纖維、,Modal,纖維和,Tencel,纖維的分子結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)及性能的異同。,40,第二節(jié) 蛋白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能,★,蛋白質(zhì)分子為最小組成單元。 天然,—,羊毛、絲、,,蛋白質(zhì)纖維： 人造,—,大豆、牛奶、蠶,,蛹、豬毛等。,,一、蛋白質(zhì)（,protein,）的基本知識(shí),,﹡,蛋白質(zhì)分子：,由,α,-,氨基酸,(amino acid),縮合反應(yīng)而得的高分子。,,﹡,組成元素：,C,、,H,、,O,、,N,，少量,S,、,P,、,I,、,…,,﹡,分子鏈：,NH,2,CHC-NH-CH-C-NH-…-CH-C-NH-CH-COOH,,R,1,R,2,… Ra Rb,,-NH-CHR-CO-,：氨基酸?；?(amino acid residue),，構(gòu)成蛋白質(zhì)大分子主鏈（多肽鏈,polypeptide chain,）。,,側(cè)基,-R,：,20,多種，即,20,多種氨基酸。,,,,,41,多肽鏈（,polypeptide chain,）中各種氨基酸按一定順序相互連接而成蛋白質(zhì)的,初級(jí)結(jié)構(gòu),。,,,由主鏈和側(cè)鏈上各種基團(tuán)間的氫鍵、鹽式鍵、胱氨酸鍵（二硫鍵）等構(gòu)成蛋白質(zhì)的,空間構(gòu)象,。這些鍵稱為,副鍵,。,42,,﹡,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：,,,,,,s,,s,o,H,o,c,N,H,o,c,c,o,,o,CH,2,NH,3,疏水鍵,,(hydrophobic bonding),二硫鍵,(sulphur linkage, cystine linkage),離子鍵,(salt linkage),氫鍵,(hydrogen bonding),蛋白質(zhì)副鍵圖,,43,蛋白質(zhì)的性質(zhì),﹡,蛋白質(zhì)兩性性質(zhì)：,,,H,+,3,N-P-COOH H,2,N-P-COOH H,2,N-P-COO,-,,,H,+,3,N-P-COO,-,,等電點(diǎn),(PI),：,蛋白質(zhì)分子上正、負(fù)電荷數(shù)量相等時(shí)溶液的,pH,值,。,此時(shí)分子,不會(huì)向電極移動(dòng)。,羊毛的，桑蠶絲的,PI,：。,等電點(diǎn)時(shí)纖維溶脹、溶解度最低。,,低,pH,值時(shí)： 高,pH,值時(shí)：,,,酸堿濃度高、 或鹽多時(shí)，內(nèi)外,pH,一致。,,H,+,,OH,-,OH,-,H,+,,pH,內(nèi),>pH,外,,pH,內(nèi),<pH,外,-,NH,3,+,,H,+,-,COO,-,,,OH,-,,44,羊毛纖維的生長及初加工,原毛：,從羊身上剪下來未經(jīng)任何加工的毛,。,,原毛中的雜質(zhì)、污物：,,1.,生長過程中自身產(chǎn)生的：,羊毛脂、羊毛汗；,,2.,生長過程中由外界因素造成的：,草雜、沙土、糞尿、印記、藥物等。,,原毛組成,：,羊毛角蛋白（,keratin,）,~50%-~70%,，羊毛脂等雜質(zhì),~50%-30%,,套毛（,fleece,）：,一只羊身上剪下的完整的毛。,,羊毛纖維的初加工：,,原毛（經(jīng)揀選,sorting,）→,開毛、洗毛,(opening and scouring)→,洗凈毛→,炭化,(carbonizing)→,炭化凈毛。,,45,二、羊毛纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能,形態(tài)結(jié)構(gòu)：,鱗片層（,scale),、皮質(zhì)層,(cortex),、髓質(zhì)層（粗纖維有）、多細(xì)胞,,圖（,SCAN,）,空間構(gòu)象：,,α,-,螺旋結(jié)構(gòu)（,helical structure),。外力作用下，可變成,β,構(gòu)型。,,超分子結(jié)構(gòu)：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。,基原纖、微原纖、原纖。,,,元素構(gòu)成：,C,、,H,、,O,、,N,、,S---,,構(gòu)成羊毛角蛋白的氨基酸中，,二,氨基氨基酸,（精氨酸、賴氨酸）、,二羧基氨基酸,（天門冬氨酸）和,含硫氨基酸,（胱氨酸）的含量很高。,46,羊毛纖維主要性質(zhì),羊毛性質(zhì),：,,1,、可塑性：,低溫、干態(tài)，羊毛分子結(jié)構(gòu)、高層次結(jié)構(gòu)調(diào)整較慢，加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力難消除。,濕熱條件下，由于羊毛分子肽鏈構(gòu)象,α,,、,β,變換，副鍵拆開、重建較易,，,因此，羊毛在外力下作用不同時(shí)間，然后在蒸汽中自由放置，出現(xiàn),過縮、暫定、永定,三種現(xiàn)象。,,（,1,）過縮（很短時(shí)間）,,（,2,）暫定（更高溫收縮）,,,>1h,（,3,）永定（新形態(tài)固定住,,,不收縮）,2,、熱：,,耐干熱性差,,3,、水 和蒸汽：,吸濕，回潮率,14%,。水中異向溶脹。沸水、蒸汽中長時(shí)間，分解（,-S-S-),、失重。,,47,羊毛纖維主要性質(zhì),4,、酸 ：,耐酸。,pH2-4,沸染；,H,2,SO,4,炭化除草。高濃酸,(pH,＜,1),，損傷羊毛：肽鍵水解、氨離子化、離子鍵拆開重接。,,5,、堿 ：,堿使羊毛嚴(yán)重?fù)p傷、變黃、溶解、含,S,降低：主鏈水解、離子鍵拆開、二硫鍵斷開。,,,CO CO CO CO,,CH-CH,2,-S-S-CH,2,-CH --- CH-CH,2,-NH-(CH,2,),4,-CH,,NH NH NH NH,,6,、還原劑：,羊毛二硫鍵、離子鍵被還原劑斷開，羊毛損傷。,,7,、氧化劑：,強(qiáng)氧化劑分解羊毛，中強(qiáng)氧化劑對羊毛有損傷作用，控制條件可漂白羊毛：,NaClO, H,2,O,2,,,OH,-,48,三、蠶絲結(jié)構(gòu)和性能,蠶,：,具有,分泌絲質(zhì)物和吐絲結(jié)繭,本能的昆蟲。,,蠶絲,：桑蠶絲（,mulberry silk,）、柞蠶絲（,tussah silk,）。,,繭子的構(gòu)成,：,從外到內(nèi)依此為,繭衣、繭層、蛹襯、蛹體,。,,蠶絲組成：,絲素（,fibroin,）,70~80%,，絲膠,(silk glue, sericin)20~30%,，其他雜質(zhì)：少量。,,蠶絲初加工,：,,繭子→剝繭衣→繅絲（,reeling,）→蠶絲。,,絹紡原料（,waste silk material,）→精練（,refining,）→精干綿。,49,與羊毛區(qū)別,：,,,1,、組成元素,-C,、,H,、,O,、,N,，硫很少。,,,2,、構(gòu)成絲素的氨基酸主要是,簡單的乙氨酸、丙氨酸、絲氨酸,組成，絲素的分子鏈含有許多,-CONH-,鍵結(jié)構(gòu)，肽鏈在結(jié)晶區(qū)幾乎是完全展直的。另外還含有,有較大側(cè)基的芳香族氨基酸、單氨基二羧基氨基酸和單羧基二氨基氨基酸,，形成無定形區(qū)，屬于,β,－折疊鏈構(gòu)象,。,,無,α,-,螺旋構(gòu)象。,,,三、蠶絲結(jié)構(gòu)和性能,,50,三、蠶絲結(jié)構(gòu)和性能,蠶絲形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)示意：,,（,SCAN,）,,,,,,,形態(tài)結(jié)構(gòu) 分子結(jié)構(gòu),β-,折疊鏈,,絲素結(jié)構(gòu)：,分子線形、支形，聚合度,400~500,，晶區(qū)伸直鏈，不如羊毛彈性、延伸。無定形區(qū)親水基集中。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,51,絲素性質(zhì),,絲素性質(zhì),：,,吸濕性,：,10%,，水中異向溶脹。,,耐熱性,：好，,120℃,也不變。熱傳導(dǎo)性低，保暖性好。,,鹽作用,： 因交聯(lián)少， 溶脹、溶解。高價(jià)鹽溶脹不明顯，被絲素吸收后,增重,。,,酸作用,：不如羊毛。酸縮處理。絲鳴（,scroop,),處理。,,堿作用,：差，比羊毛好。弱堿性精練。,,氧化還原,：氧化與羊毛相似，漂白不用,NaClO,。耐還原劑。,,52,絲膠性質(zhì),絲膠結(jié)構(gòu),：,無定形、球狀蛋白,(globular protein),，從外到里分四個(gè)層次。組成：側(cè)基含較多親水基團(tuán)（,-COOH,、,-OH,、,-NH,2,），支化程度比絲素高。,,,絲膠性質(zhì),：,絲膠吸濕性好，水易進(jìn)入，具有水溶性。低溫溶脹，在,100℃,沸水煮能溶解，脫膠：,pH~10,，,95 ℃,，,30,分鐘。,,絲膠結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在存放中會(huì)變性，無規(guī)結(jié)構(gòu)變成折疊鏈晶狀，疏水基分布到絲膠表面。變性后絲膠不易溶于水，對蠶絲脫膠不利。,,（,SCAN,）結(jié)構(gòu)圖,,53,查閱：,,大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維、蠶蛹蛋白纖維的相關(guān)信息。,54,第三節(jié) 合成纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能,化纖制取工藝：,,合成,成纖聚合物（,fiber-forming polymer,） →制備紡絲液（,spinning solution),→紡絲（,spinning,） →拉伸（,stretching, drawing,）等后處理,—,,化纖紡絲方法：,,wet spinning,,dry spinning (solvent spinning),,melt spinning,,emulsion spinning,,另有,gel spinning,，,film splitting,（裂膜紡絲）等。,55,一般化學(xué)纖維多以,單一組分,的高分子物紡制而成，但為了能使纖維獲得某些獨(dú)特的性能，也可制成,雙組分纖維,（,bicomponent fiber,），習(xí)慣上稱為,復(fù)合纖維,（或復(fù)合絲）。,,,兩種組分在纖維截面上的分布狀態(tài),:,,并列型（,side by side type,）,,皮芯型,(sheath-core type),,基質(zhì)原纖型（,matrix-fibril type,母體－小纖維型，海島型）,第三節(jié) 合成纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能,56,,合成纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)（和超分子結(jié)構(gòu)）與紡絲方法、噴絲口形狀相關(guān)性大，比天然纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)簡單，層次少。,,,一、滌綸（,PET,）（屬,polyester),的結(jié)構(gòu)和主要性能,,,聚對苯二甲酸乙二醇酯,(polyethylene terephthalate),,熔紡法,melt spinning,,,形態(tài)結(jié)構(gòu)：,縱向光滑、均勻無條痕，橫向圓形實(shí)體，或異形。,,,,,,第三節(jié) 合成纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能,57,滌綸分子,分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,,1.,只有弱極性基團(tuán)（酯基），吸濕性差、染色性差。,,2. -COO-,酯基具有一定反應(yīng)性，如水解；但苯基、亞乙基穩(wěn)定，故滌綸化學(xué)穩(wěn)定性好。,,3.,分子線性、沒有大的側(cè)基及支鏈， 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。,-OCH,2,CH,2,O-,具柔性，故可折疊。,,滌綸分子結(jié)構(gòu),：,H—,O-,CH,2,-CH,2,-,O,-C- C O-,CH,2,-CH,2,-OH,,n,O,O,58,超分子結(jié)構(gòu)：,與紡絲工藝有關(guān),——,初生絲：完全無定形。經(jīng)熱拉伸，,40~60%,結(jié)晶度。,,成形后的滌綸纖維仍然可以再經(jīng)加熱熔化，是,熱塑性纖維,（,thermoplastic fiber,）。,,超分子結(jié)構(gòu)模型：,折疊鏈纓狀原纖模型,——,伸直鏈晶體,+,折疊鏈晶體,+,無定形區(qū)。,,,,59,滌綸性能,滌綸性能,：,,1,、熱性能 ：,耐熱,——,難分解；熱穩(wěn)定,——,形變小。,,,Tg,：,67,（完全無定形）、,81,（部分結(jié)晶）、,125℃,（纖維，取向且結(jié)晶），軟化點(diǎn)：,230℃,，熔化點(diǎn)：,255℃,,2,、吸濕性：,,0.4~0.5%,吸濕率。易洗快干；靜電、玷污,,,3,、染色性：,結(jié)構(gòu)緊密、孔隙??；缺極性基團(tuán)，難染。用小、弱極性分散染料。,,,4,、化學(xué)反應(yīng)：,結(jié)構(gòu)緊密、分子穩(wěn)定。,,耐酸,,堿中易水解 ：,堿剝皮,現(xiàn)象,,耐氧化劑、還原劑作用,,60,二、錦綸,(,尼龍,nylon,,屬,polyamide),的結(jié)構(gòu)和性能,,聚酰胺是一類,以有機(jī)胺和二酸、氨基酸或內(nèi)酰胺為原料,通過酰胺鍵,(amide linkage),聯(lián)接起來的高分子材料。,,如錦綸,6,、錦綸,66,。,,錦綸形態(tài)結(jié)構(gòu)：,熔紡法制成，縱向光滑無條痕，截面一般為圓形。,,錦綸超分子結(jié)構(gòu)：,折疊鏈纓狀原纖模型,。與滌綸相比，模型類似，但容易結(jié)晶，在初生纖維沒拉伸前就有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。結(jié)晶度可達(dá),50~70%,。,,錦綸分子結(jié)構(gòu)：錦綸,6,、 錦綸,66,、,SCAN,,,61,錦綸性能,,熱性能 ：,耐熱性差，,100℃,以上空氣中容易熱氧化發(fā)黃、分解。玻璃化溫度,35~60℃,（錦綸,6,）和,40~60℃,（錦綸,66,）。軟化點(diǎn),160~180℃,（錦綸,6,）和,~235℃,（錦綸,66,）。,,吸濕性：,疏水纖維，吸濕性在合成纖維中僅次于維綸，,~4%,。,,染色性：,容易染色，染滌綸、羊毛、絲的染料如分散染料、酸性染料等都可染錦綸。,,化學(xué)性能：,耐堿性好，耐酸性差。,,中強(qiáng)氧化劑如次氯酸鈉、過氧化氫使錦綸纖維強(qiáng)度降低、變黃，漂白用亞氯酸鈉、還原劑。,,分子間通過,羰基,和,亞胺基,形成氫鍵。錦綸,6,分子間氫鍵少些。,62,三、腈綸,(acrylic,，聚丙烯腈系纖維,),的結(jié)構(gòu)和主要性能,腈綸的分子結(jié)構(gòu)：,三元共聚物,（,copolymer,）,SCAN,,第一單體,85%,以上，只有第一單體，纖維性能不好，脆、彈性手感差、不易染色,——,主單體,,第二單體,~10%,，改善纖維結(jié)構(gòu)，減弱氰基之間的作用力,——,結(jié)構(gòu)單體,,第三單體,~5%,，有結(jié)合染料基團(tuán)，利于染色,——,染色單體,。,,三種單體在分子鏈中隨機(jī)排列，屬于無規(guī)共聚物。,,腈綸超分子結(jié)構(gòu)：,研究至今不明。與氰基、分子組成有關(guān)。,,,準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)（二維有序），擬晶體，屬無定形，但高度有序結(jié)構(gòu)。纖維中有螺旋鏈結(jié)構(gòu)。,,腈綸的形態(tài)結(jié)構(gòu)：,主要為,濕法紡絲,所制?？v向表面象樹皮、粗糙，有軸向溝槽，橫截面為圓形，啞鈴形（干法紡絲）。,,,63,腈綸性能,熱性能 ：,熱穩(wěn)定性差，因?yàn)橹挥袦?zhǔn)晶結(jié)構(gòu)，受熱時(shí)，分子鏈易自由取向，無外力時(shí)形變收縮大。耐熱性較好，高溫變黃，,更高溫制碳纖維,。玻璃化溫度有二個(gè)：,70~80℃,，,140~150℃,。,,吸濕性：,,1~2%,，只有弱極性基團(tuán),——,氰基,,染色性 ：,主要由第三單體決定，與第二單體有關(guān)，用陽離子染料或其他染料。,,化學(xué)性能 ：,耐酸和弱堿，強(qiáng)堿中由于氰基水解快，而發(fā)黃、溶解。,,對紡織上常用氧化劑和還原劑穩(wěn)定。,,耐日光、防霉耐菌。燃燒時(shí)有毒性氣體釋放。,,64,四、聚氨酯,(polyurethane),彈性纖維的結(jié)構(gòu)和性能,氨綸,(spandex),，聚氨基甲酸酯纖維,。,嵌段共聚,高分子,（,segmented copolymer,，,block polymer,）,，以,-NHCOO-,為特征。,,分子示意式：,,,,----O-CHNRNHC-NHR’NH-CNHRNHC-O----,有硬段和軟段，軟段有聚酯或聚醚兩種，硬段為,芳香族二異氰酸酯,。,,聚氨酯性能,：,,彈性 ：,>400%,,強(qiáng)度：,低，,4~7cN/tex,（分子間作用力?。?,染色性能：,可用染錦綸染料,,化學(xué)性能 ：,聚醚型耐酸，但變黃。聚酯型不耐堿。都不耐氯漂,,O,O,O,,O,65,化學(xué)結(jié)構(gòu)：,基本組成物質(zhì)為等規(guī)聚丙烯，,熔體紡絲,。,,超分子結(jié)構(gòu)：,初生絲的結(jié)晶度大約為,45-60,％。,,形態(tài)結(jié)構(gòu)：,縱向光滑，截面呈圓形。,,性能,：,,易氧化裂解；吸濕性很低；沒有駐留染料的極性或反應(yīng)性基團(tuán)（,分散染料染淺色，本體著色,）。,酸和堿對丙綸的影響極小，強(qiáng)氧化劑如過氧化氫將使纖維受損。耐光性較差，經(jīng)日光曝曬后易發(fā)生強(qiáng)度損失，主要通過光敏降解或光氧化作用而發(fā)生。,,,五,.,丙綸,（,polypropylene,,屬,Olefin,）的結(jié)構(gòu)與性能,66,聚乙烯醇縮甲醛纖維。,（聚醋酸乙烯酯,醇解,→聚乙烯醇→紡絲→縮甲醛）。,,形態(tài)結(jié)構(gòu)：,濕紡維綸,截面呈腰子形，具有明顯的皮芯結(jié)構(gòu)。結(jié)晶度,60-70,％。,,,性能：,吸濕性是所有化纖中最好的，但也因縮醛化程度及拉伸程度不同而不同。耐酸、堿和其它大部分溶劑的性能優(yōu)良。,六,.,維綸,（,polyvinyl alcohol,）,(vinal),的結(jié)構(gòu)與性能,67,查閱：,,1.PLA,纖維的生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要性能,,2.查閱其它化學(xué)纖維的基本信息,68,第一章 要點(diǎn),纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、分子化學(xué)結(jié)構(gòu)層次,,纖維結(jié)構(gòu)與纖維化學(xué)性能之間關(guān)系,,纖維結(jié)構(gòu)與纖維物理性能之間關(guān)系,,常用紡織纖維的結(jié)構(gòu)與主要化學(xué)性質(zhì),,69,第一章 思考題,思考題,,,,1,、天然,1,、天然纖維中，屬于纖維素纖維主要有,二種,，它們的分子結(jié)構(gòu)相同否,,，超分子結(jié)構(gòu)模型,,同，結(jié)晶度,同,，形態(tài)結(jié)構(gòu),,同。,,2,、天然纖維中，屬于蛋白質(zhì)纖維主要有,,二種，他們分子結(jié)構(gòu)共同之處在于,,，不同之處在于,,，組成元素主要差異在于,元素,。,,3,、纖維發(fā)生異向溶脹是指,,，推測其產(chǎn)生原因是,,。,,4,、纖維的化學(xué)性能主要由,,決定，但受,,二方面結(jié)構(gòu)因素影響。棉、麻、粘膠們吸收染料的速率不一樣，是因?yàn)?。,,5,、纖維素纖維耐酸性與其耐堿性比,,，遇還原劑,,，遇氧化劑會(huì),,。,,6,、蛋白質(zhì)纖維等電點(diǎn)是指,,，在,pH =2,溶液中，羊毛帶,,電荷，在,pH =10,溶液中，羊毛帶,,電荷,,,羊毛二硫鍵雖是共價(jià)鍵，但是屬于,,鍵。,,7,、蛋白質(zhì)纖維耐酸性比耐堿性,,，還原劑對羊毛會(huì),,，對桑蠶絲會(huì),,。,,70,,思考題,8,、羊毛濕熱條件下具有可塑性是因?yàn)?,。,,9,、絲膠蛋白質(zhì)分子的親水基團(tuán)含量比在絲素分子含量,,，比較其超分子結(jié)構(gòu)，絲膠無定形區(qū)比例比絲素,,。,,10,、滌綸吸濕性,,，是因?yàn)?,，耐堿性差，是因?yàn)?，,難染色，是因?yàn)?。,,11,、錦綸,6,分子結(jié)構(gòu)是,,，錦綸,66,的分子結(jié)構(gòu)是,,。吸濕性,,，耐酸性較,,，染色性,,。,,12,、腈綸分子鏈的規(guī)整性比滌、錦綸,,，腈綸中第二單體共聚是為改善,,，腈綸中第三單體共聚是為改善,,，腈綸易產(chǎn)生熱收縮是因?yàn)?,。,,13,、查閱腈綸膨體紗、高收縮纖維制作原理？,,14,、桔瓣形滌、錦復(fù)合纖維制超細(xì)纖維，用堿液處理后，桔瓣（錦）散開成超細(xì)纖維，試解釋,其原理？,,