第一二章 纤维的结构及主要化学性质纺织

染整概论学分：1.5教材：染整概论东华大学出版社主要内容:•内容一纺织纤维的结构和主要化学性能•内容二纱线与织物的基本知识•内容三前处理•内容四染色•内容五印花•内容六整理内容一纺织纤维的结构和主要化学性能纺织品是人类一生都离不开的物品。◆纤维的定义：一般认为具有足够的细度（直径100μm）和足够的长径比（长度/直径500），并具有一定柔韧性的物质均可称为纤维。◆纺织纤维：一般长度在10mm以上，长度/直径1000。◆纺织纤维必须具备两个条件：可纺性和使用性。◆所有的纺织纤维都属于高分子化合物（分子量、结构）一、概述内容一纺织纤维的结构和主要化学性能纺织纤维的分类A.按外形尺寸分：①长丝-a.单丝b.复丝②短纤维a.棉型纤维b.中长纤维c.毛型纤维B按细度：①普通纤维②细旦纤维③微细旦纤维④超细旦纤维C按化学结构：①纤维素纤维CelluloseCell-OH②蛋白质纤维protein(base)fibre③聚酯纤维Polyesterfibre（涤纶）④聚酰胺纤维Polyamidefibre（锦纶）⑤聚丙烯腈纤维Polyacrylonitrilefibre（腈纶）PAN⑥聚氨酯弹性纤维Polyurethaneelasticfibre（氨纶）D按来源及组成①天然纤维②化学纤维纺织纤维的使用性能按纺织品的用途不同而有不同的要求不同用途的纺织品对纤维性能的要求普通衣料:强伸性、弹性、尺寸稳定性、吸湿性、拒水性、透气性、保暖性、隔热性、抗静电性、阻燃性、抗菌性、防虫性、消防安全性特殊衣料:耐光性、耐气候性、耐磨性、防水性、防火性、高强度、防辐射性、高模量装饰用品:阻燃性、隔热性、隔音性、抗静电性、防霉抗菌性、耐磨性产业用品:高强力、高模量、耐高温、耐腐蚀性、耐冲击性、超吸水性、高隔热性、高分离性、轻量化、耐老化性、抗疲劳性医疗用品：生物体适用性、生物吸湿性或分解性、渗透性、选择性军工用品：耐热性、防火性、耐磨性、通透性、轻量化、防辐射性、耐气候性、耐化学稳定性纤维品质与产品性能的关系纺织纤维与纺织品的使用性能、审美特性和经济性密切相关。细度厚度、刚柔性、弹性、抗皱性、透气性、起毛起球性截面形状光泽、覆盖性、保暖性、起毛起球性、手感长度厚度、起毛起球性等卷曲性重量、光泽弹性、保暖性、透气性相对密度重量、覆盖性强度强度、起毛起球性、耐热性初始模量弹性、尺寸稳定性等吸湿性吸湿透湿性、尺寸稳定性电性能耐磨性、吸污性、起毛起球性热性能保暖性、尺寸稳定性、燃烧性染色性颜色、组成图案可能性长度和细度是纤维重要的品质指标，所以一般把细度作为重要指标，细度相同，长度越长越好。•天然纤维：长细度存在一定的关系；羊毛-越细越短；棉-越细越长。•纤维细度：线密度、纤度，表示纤维的粗细；•细度对织物风格的影响：手感、悬垂性、光泽纤维的长度和细度的表征方法表示方法：用间接指标表示A.特数：特克斯（tex）在公定回潮率下，1000m长的纤维的重量（克数）。法定单位。B.旦数：在公定回潮率下，9000m长的纤维或纱线具有的重量(g)。C.公制支数：在公定回潮率下，单位重量（g）的纤维或纱线具有的长度称公支。同一种纤维支数越高表示纤维越细，可纺性也越好。D.英制支数：公定重量为1磅的纤维或纱线所具有的长度码数。纤维的横截面及纵向形态结构常见纤维的横截面及外观形态特征如下•棉纤维：腰子形，有空腔扭转的扁平带状•醋酯纤维：三叶形或豆形有1-2根条纹•亚麻：多角形，有空腔有竹节状横节及条纹•涤纶：圆形表面光滑•苎麻：扁圆形，有空腔有竹节状横节及条纹•锦纶：圆形表面光滑•蚕丝：三角形，圆角表面光滑•腈纶：哑铃形有条纹•羊毛：不规则圆形有鳞片状横纹•丙纶：圆形表面光滑•粘胶纤维：锯齿形有条纹•维纶：腰子形有粗条纹吸湿量的表示方法吸湿量的表示方法•含水率M=(G0-G)/G0×100%•回潮率R=(G0-G)/G×100%（1）实际回潮率（2）标准回潮率在统一的标准大气条件下进行比较，T=20℃RH=65%（3）公定回潮率或商业回潮率纤维的结构对吸湿性的影响A.纤维化学结构中有无可与水分子形成H键的极团，及其强弱和数量的大小例：天然纤维、再生纤维：-OH，吸湿性好B.与聚集态结构有关：1.吸湿发生在无定形区及结晶区，表示结晶度小2.纤维的溶胀定义：纤维吸湿的同时伴有体积的增大。几种常见纤维的标准回潮率(%)原棉:7-8涤纶:0.4-0.5•细羊毛:15-17锦纶6:3.5-5•桑蚕丝:8-9锦纶66:4.2-4.5•苎麻:12-13腈纶:1.2-2•普通粘胶丝:13-15丙纶:0•富强纤维:12-14维纶:4.5-5极限氧指数（LOI）•概念•各种纤维的极限氧指数比较•LOI值＜21%，易燃纤维21%~26%，难燃纤维＞21%，阻燃纤维常见纤维的极限氧指数（%）•棉：20.1羊毛：25.5•粘胶：19.7锦纶：20.1•涤纶：20.6腈纶：18.2•丙纶：18.6维纶：19.7•聚四氟乙烯95纤维的热学性质(耐热性和保暖性)纤维内部和纤维之间有很多孔隙，孔隙内充满空气，因此纤维的导热过程是一个比较复杂的过程。纤维的导热性（heatconductivity），用导热系数λ表示，单位：W／（m·K）或kJ／（m·k·h）。λ值越小，表示该纤维的导热性越低，其热绝缘性和保暖性越高。纤维的回潮率高，导热系数大，保暖性下降，静止空气的导热系数最小，是最好的绝缘体。耐热性纤维的耐热性（heatreistance，thermostability）表示纤维在高温下保持自身性能的能力，它往往是根据纤维受热时力学性质的变化来评定。常见纤维的热敏感温度（熔点和软化点）如下。•纤维熔融温度(℃)软化温度(℃)推荐熨烫温度(℃)•棉纤维不熔融218•麻纤维不熔融232•丝不熔融149•羊毛不熔融149•醋酯纤维260176-191177•腈纶221-232149•聚酯PET(涤纶)250226-230163纤维的导电性能在一定的外界条件下，物体间可以发生电子的转移，接受电子的物体由于电子过剩而显负电，失去电子的物体则显正电。实际上，这种在外界因素影响下使物体产生电荷的过程，就是所谓的起电现象（electrification）。如果这种产生的电荷固定在物体上而不流动，称为静电荷或静电。带电荷的物体则称为带电体。静电消除的方法：抑制电荷的产生和促进电荷的消失纤维密度•不同种类纤维具有不同的密度值，两种纤维的线密度相等，纤维的截面积或直径并不一定相等，密度大的纤维截面积和直径较小。•常见纤维的密度g/cm3•棉纤维1.54•羊毛1.32•丝1.36•苎麻1.51•亚麻1.5•涤纶1.38•锦纶1.14•腈纶1.18•变性腈纶1.28•丙纶0.91•粘胶纤维1.51•醋酯纤维1.32•铜氨纤维1.52内容一纺织纤维的结构和主要化学性能二、纤维素纤维纤维素纤维的分类天然纤维素纤维的形态结构纤维素的化学性质再生纤维素纤维种籽（籽毛）纤维：棉麻类：苎麻，亚麻，黄麻，大麻等韧皮纤维树皮类：桑皮，檀皮，棉干皮等叶脉纤维：剑麻，龙舌兰麻，龙须草，菠萝叶，凤梨麻，焦麻等果实纤维：椰壳纤维禾本科纤维：稻秸秆，麦秸秆等木材纤维：针叶材和阔叶材等粘胶纤维铜氨纤维醋酯纤维纤维素纤维天然纤维素纤维再生纤维素纤维（1）天然纤维素纤维的形态结构其中最常见的是棉纤维，棉纤维是地球上最丰富的和最纯净的纤维素纤维。几个概念：籽棉→皮棉（经轧花的籽棉）→棉短绒（棉籽壳上的一层绒毛）形态结构：在一般的光学显微镜下观察到的纤维的外形结构。棉纤维的形态结构：•纵向：扁平带状，有天然扭曲•截面：腰子型或耳型棉纤维形态结构图•棉纤维的组成：表中显示了成熟棉纤维的平均组成天然纤维素纤维的化学性能（1）碱的作用：退浆、煮练、丝光（2）液氨对纤维素的作用液氨丝光与烧碱丝光有什么不同？（3）铜氨氢氧化物对纤维素的作用纤维素的溶剂有哪些？各有什么溶解特点？（4）酸对纤维素的作用（5）氧化剂对纤维素的作用（6）热对纤维素的作用化学结构结构特点归纳：⑴纤维素是由β-D-葡萄糖剩基彼此以1，4-甙键连接而成的线性大分子。⑵纤维素大分子中的每个葡萄糖剩基（不包括两端）有三个自由羟基⑶纤维素大分子两个末端基的性质是不同的。（1）碱对纤维素的作用◆不同碱液的浓度对棉纤维的作用◆丝光的定义◆浓碱引起棉纤维剧烈溶胀的原因(溶胀的机理）◆丝光前后棉纤维的形态结构和超分子结构有哪些改变？化学结构是否有改变？丝光的作用是什么？◆棉纤维的溶胀度与各种碱液浓度之间的关系不同碱液的浓度对棉纤维的作用（可逆，不可逆？）一般情况下，稀烧碱溶液浓度在9%以下，使棉纤维发生可逆的溶胀；浓烧碱溶液浓度在9%以上，使棉纤维发生不可逆的溶胀，截面积增加，纵向收缩，这种溶胀是不可逆的。丝光的定义在常温下以浓烧碱溶液（18%-24%）处理棉织物，然后在对织物施加张力的条件下，洗除织物上的碱液，从而改善棉纤维的性能，这一过程在染整工艺中称为丝光。浓碱引起棉纤维剧烈溶胀的原因CellOH+NaOHCellONa+H2OCellOH+NaOHCellOHNaOH丝光的作用◆形态结构的改变：产生了丝一样的光泽◆聚集态结构的改变：晶型改变，结晶度由70-50%，纤维吸附染料的能力提高◆张力的作用：尺寸稳定性提高，强度增加碱缩的定义及作用？◆碱缩：棉制品在松驰的状态下用浓的烧碱液处理，使纤维任意收缩，然后洗去烧碱的过程，也称无张力丝光，主要用于棉针织品的加工。碱缩虽不能使织物光泽提高，但可使纱线变得紧密，织物密度增大，此外弹性提高，手感丰满，强力及对染色吸附能力提高。（2）液氨对纤维素的作用◆当氨气的温度被降至–34℃时,它将转变为液氨◆液氨整理是一种与碱丝光整理类似的化学处理方法,它能够赋予纯棉面料顶级的柔软手感和无比的抗皱特性◆液氨整理设备投资巨大，一般在3000万左右，对操作的安全性要求极高。◆液氨整理在专用的设备上封闭进行，回收的液氨循环利用。目前国内主要集中在几个大的色织厂，山东鲁泰、广东溢达、浙江雅戈尔、天津田歌等液氨整理与碱丝光的比较液氨整理是指使用液氨碱性对于纤维素的作用来进行的。其作用与丝光工艺用NaOH一样，只是因为氨分子极小，容易进入棉纤维的内部，而且其反应不象NaOH对纤维素纤维那么剧烈，丝光作用比较完全。用液态氨对棉织物进行处理，彻底消除纤维中的内应力，改善光泽和服用性能的工艺过程称之为液氨整理。其可使织物减少缩水，增加回弹性、断裂强度和吸湿性，手感柔韧、弹性良好、抗皱性强、尺寸稳定，同时为洗可穿整理和防缩整理奠定了基础，是提高棉织物服用性能(特别是改善织物的缩水率)的一种重要处理方法。（3）铜氨氢氧化物对纤维素的作用◆氢氧化铜与氨或胺的配位化合物如铜氨溶液或铜乙二胺溶液，能使纤维素直接溶解◆纤维素在铜氨溶液和铜乙二胺溶液中，分别形成纤维素的铜氨配位离子和铜乙二胺配位离子◆纤维素铜氨化合物受到稀无机酸作用时，可迅速而完全地分解，并析出纤维素。在化学纤维工业中，利用这一原理制造的再生纤维素纤维称为铜氨人造纤维铜氨人造纤维◆纤维素铜氨化合物受到无机酸作用时，可迅速而完全地分解，并析出纤维素C6H7O2OHOHOHCu(NH3)m(OH)n+(1+m2)H2SO4C6H7O2(OH)3+CuSO4m2+(NH4)2SO4+2H2O（4）酸对纤维素的作用染整加工中，漂白酸洗、酸退浆——稀硫酸使浆料水解，转化为水溶性较大的产物，从而从织物上脱落下来。1，4甙键对酸特别敏感，所以酸处理时必须严格控制工艺，以免引起酸损伤。作用原理在酸存在下，纤维素的水解反应按下式进行：H+起催化作用。1，4甙键断裂，与水分子形成两个羟基，一个是自由羟基，无还原性；另一个是半缩醛羟基，具有还原性。反应程度不均一。先渗入无定形区，水解速率快；再至晶区表面，由表及里，水解速率降低。在高温高压条件下，用稀酸可将纤维素完全水解成葡萄糖。（5）氧化剂对纤维素的作用纤维素对氧化剂不稳定，一些氧化剂使纤维素发生严重降解。在漂白过程中，要选择适当的氧化剂，并严格控制工艺，将损伤降到最低。（6）热对纤维素的作用：（烧毛、煮练、