纤维结晶度测量
烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法
烟草纤维素的结晶度及晶态结构的测定方法
烟草纤维素，又简称为烟草纤维，是一种用于制造卷烟的纤维性原料，是从烟
草叶中提取出来的牧草类植物成分，是烟草卷烟依赖制作的重要物质。
烟草纤维的结晶度和晶态结构与卷烟的发音有关，故其评估晶态结构及结晶度及结构对于烟草制作十分重要。
烟草纤维的结晶度的测定有很多方法，其中最常用的测定方法就是X-射线衍
射（XRD）法。
X-射线衍射法属于物理分析方法，主要利用X射线对烟草纤维进行
衍射，并获取其衍射谱，从而计算烟草纤维的结晶度和晶态结构，以及烟草纤维的晶格参数和晶相面积占比，获取的结果可定量的反映烟草纤维的微观结构特征。
另外，烟草纤维晶态结构的分析方法还有电子衍射成像（EDX）法和扫描电镜(SEM)法,这两种测定方法主要是根据放射性X-射线来确定其剖面和微观形状，获
取烟草纤维表面、晶圆、晶体边界等晶态结构信息，更好的了解和控制烟草纤维晶态结构，提高卷烟制作质量。
综上所述，烟草纤维的结晶度及晶态结构的测定方法众多，X-射线衍射（XRD）法、电子衍射成像（EDX）法、扫描电镜(SEM)法等，为卷烟制作和调控提供科学的基础数据及参数，让烟草卷烟的口感更好，更有利于投入市场，同时也能有效改善卷烟干湿均衡。
XRD分峰法测定天然纤维素结晶度的研究
XRD分峰法测定天然纤维素结晶度的研究作者：刘治刚高艳金华于世华来源：《中国测试》2015年第02期摘要：天然纤维素的3个衍射晶面（101、10i、002）半峰宽较大（均大于1°）、晶相与非晶相重合度较高，使得不l司条件下计算的结晶度重复性较差。
针对天然纤维素的特殊晶体结构和分峰法测定结晶度的影响因素，采用XRDRietveld拟合分峰法研究天然纤维素结晶度，讨论峰形函数、扫描范围、无定型峰位置的选择等对结晶度测量的影响。
通过无定型峰的半高宽（FWHM）和剩余方差因子（Rwp）评价各种条件下计算结晶度的合理性，最后在优化条件下测试天然纤维素，其结晶度的重现性和精密度良好。
关键词：天然纤维素；X射线衍射；分峰拟合；纤维素结晶度文献标志码：A文章编号：1674-5124（2015）02-0038-04引言纤维素是同质多晶的大分子化合物，由许多10nm左有的微晶（晶相）分布在完全无规分子链的基体中组成。
结晶度的定义是结晶部分在试样中所占的百分数，其测量方法主要有X 射线衍射（XRD），核磁（NMR），差热分析（DSC），红外光谱（FT-TR）和拉曼光谱（Raman）等。
其中，XRD是最主要的一种测试手段，因为XRD法测定结晶度具有明确的物理意义，不需要标准试样和化学成分等结构信息，衍射峰重叠能实现分离。
Rietveld分峰是XRD衍射谱图常用的一种数据处理方法Rietveld分峰计算结晶度同时还可以得到纤维素的晶胞参数、晶粒尺寸、半峰宽等参数，所以XRD在研究天然纤维素的晶体结构中得到广泛应用。
朱育平等对分峰法计算天然纤维素的影响因素做过专门报道，阐述其较大的随机性，但没有对各个因素做出详细说明。
本文结合分峰法特点，采用TOPAS分峰软件，通过控制拟合分峰的条件，讨论了峰形函数、扫描范围、无定型峰位置选择等条件对结晶度测量的影响。
1.实验部分1.1 材料与仪器材料：天然纤维素为纺丝用竹桨柏（纤维素质量分数>99.5%，吉林化学纤维有限责任公司）。
091060057 李健 化学测定纤维素的可及度
化学测定纤维素的结晶度和可及度091060057李健纤维素的结晶度和可及度概念•结晶度：纤维素结晶区所占纤维整体的百分率，它反映纤维聚集时形成结晶的程度。
•可及度：利用某些能进入纤维素物料的无定形区而不能进入结晶区的化学试剂，测定这些试剂可以到达并起反应的部分占全体的百分率称为纤维素物料的可及度测定纤维素结晶度的方法有化学法和物理法两大类。
•化学法主要有水解法、重水交换法、甲酰化法、吸湿法、吸碘法和吸溴法等。
•物理法主要有X射线衍射法、红外光谱法、密度法、差热分析法和反向色谱法等。
注意：根据所选用的测定方法不同，所得到的结晶度值差异很大。
所以我们在讲述结晶度时，必须具体说明测定的方法。
X射线衍射法：•它是利用X射线来照射样品，具有结晶结构的物质会发生衍射，产生特定的X射线衍射图。
而在无定形区，X射线衍射的强度则非常的弱，因此，我们以射线的入射角作为横坐标，以射线衍射的强度为纵坐标，可以作出相应的射线衍射强度曲线。
结晶区衍射强度的面积积分•结晶度α == 结晶区衍射强度的面积积分+ 无定形区衍射强度的面积积分•化学法测定纤维素的可及度有水解法、重水置换法、甲酰化法等。
其中重水置换法用重水中的氘与纤维素中的羟基中的氢起置换反应：ROH+D2O ROD+HDO上述反应是在无定形区和结晶区表面进行的，最初反应很快，反应作用完成后，反应趋向终止。
水解法•纤维素在一定温度和浓硫酸提供的酸性环境条件下，发生水解，最终生成葡萄糖：•葡萄糖分子中含有醛基，因此具有较强的还原性，在碱性条件下能将新制得的氢氧化铜还原为红色的Cu2O 沉淀；能和银氨溶液在水浴加热下发生银镜反应，反应方程式为：(C 6H 12O 5)n nH 2o nC 6H 12O 6+纤维素葡萄糖浓硫酸C 6H 12O 6Cu （OH ）2(C 5H 11O 5COO)2Cu Cu 2OH 2O +++C 6H 12O 6C 5H 11O 5COONH 42Ag H 2O ++2Ag(NH 3)2OH +3NH 3谢谢。
涤纶纤维结晶度测试方法的比较研究
０ 前 言
聚合 物 的凝聚态 结 构直接 影 响其加 工 和使用 的诸 多性 能 ， 因此 成为 材料 科学 的重点 研究 内容 之一． 也 经 过多年 的研 究与 多种 方法 的验证 ， 们 已经 对 于结 晶性 高聚物 的凝 聚态结 构 是 由晶态 、 晶态 以及 其 中 人 非 间 所存在 的 由有序结 构 到无定 形结 构所 组成 的观 点基 本 达成 共识 ． 晶度 也成 为 描述 聚合 物 的凝 聚态 结 结 构 以及加 工过 程 中结 构性 能变 化 的主要 参数 之一 ． 多数纺 织材 料 由一种半 结 晶 的高聚 物材料 所形 成 ， 大 其 结 晶部分 和非结 晶部 分分 别提 供可 供使 用 的一些 重要 性 能 ， 如结 晶度 的大 小会 对 材 料 的力 学 、 学 、 热 光学 等性 能产 生较 大 的影 响． 目前 ， 晶度 的常用 测试 方 法有 密 度 法 、 一 结 Ｘ 射线 衍 射 法 、 示 扫 描 量热 （ Ｓ 法 ， 差 Ｄ Ｃ） 此外 还有 红外光 谱法 、 水解 法 、 甲酰化 法 、 交 换 法 等［ ． 氘 １ 由于 在 部 分结 晶高 聚 物 中晶 区 和非 晶 区是共 存 ］ 的， 其界 限并 不明显 ， 而各 种方 法所 涉及 到 的有序 状态 又 不 同 ， 所利 用 的原理 各 不 相 同 ， 以 ， 同的方 其 所 不
２６ ８
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第 ２ ｌ卷
表 １ 商 种试 样 的 具体 规 格
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纤维素的结晶度名词解释
纤维素的结晶度是什么？结晶度是指结晶区所占纤维整体的百分率。
结晶度增加，纤维的抗拉强度、弹性模量、硬度、密度及尺寸的稳定性均随之增大，而纤维的伸长率、吸湿性、染料的吸着度、润胀度、柔顺性及化学反应性均随之减小。
因此，纤维的结晶度对于纤维的性质具有很大的影响。
P. H. Hermans用X射线衍射法测得木浆的结晶度为65%棉花为70% ；孙成志等测定马尾松木材纤维素的结晶度为53. 8%。
可达度是指只能进入无定形区而不能进入结晶区的化学药剂，所能到达并发生反应的部分占其纤维整体的百分率。
纤维素是木材的主要组分，约占木材组分的50%。
因此，纤维素的结晶度和可达度与木材的物理、力学及化学性质有着不可分割的关系，二者之间必然具有相关性。
结晶度大，即结晶区多，则木材的抗拉强度、抗弯强度、尺寸稳定性高。
反之，结晶度低，即无定形区多上述性质必然降低.而且木材的吸湿性、吸着性和化学反应性也随之增强。
林木的生长对结晶度有一定的影响，例如富麦卡（Fomaka.1981）研究日本赤松的应力木，发现应力木集中的部位其聚合度略低于所对应部位的聚合度;应力木纤维素的结晶度为41% 〜50%对应部位为50%〜60%正常木材为50%；并发现结晶度随树干高度的上升而降低。
纤维大分子取向度、结晶度与分子结构的表征方法
度变化是一一对应的。双折射率绝对值大的，原丝的强度也大，断裂伸长率小。
2.1结晶度的定义
纤维中结晶部分占纤维整体的百分比例，它只反应结晶成分的均值，不讨 论晶区的形式与分布，可分为体积结晶度Xv和质量结晶度Xw。取结晶度介于0~1 之间，纤维全结晶时为1，反之，全无序时，结晶度为0。
以 PAN 纺 丝 过 程 为 例 ， 纺丝过程中原丝始终受到
外力作用，故取向结构也
在整个过程中不断的变化。 纺丝过程中纤维的双折射
率的总趋势是变大的。也
就意昧着 PAN 大分子主链 上极性基团排列的有序程
度增加，大分子链段沿纤
维轴平行排列的程度增加， 又因为纤维极性基团的排
列和大分子构象本身也能
反映分子的取向，所以得 出纤维的取向增大。
1.2双折射法测纤维大分子取向度原理
如上图所示
纤维
1.2双折射法测纤维大分子取向度原理
在纤维大分子中，纤维双折射率的增加意味着大分子主链上极性基 团排列的有序程度增加，大分子链段沿纤维轴平行排列的程度增加，又 因为纤维极性基团的排列和大分子构象本身也能反映分子的取向，所以 得出纤维的取向增大。
1.3原丝拉伸过程中取向的变化规律
3.3NMR谱实例展示
（1）样品制备
测试时，样品必须配成溶液，才能得到高分辨率的NMR谱。若直接用固体测定， 所得的共振峰往往非常宽，没有精细结构，被称为宽线NMR，主要用于研究分子 运动，对鉴定未知物用处不大。 选用溶剂时要避免试样的吸收峰与溶剂峰相重合。常用聚合物溶剂如四氢呋喃、 二甲苯、二氧杂环已烷、环己烷、石油醚等均不能用于NMR的溶液制备，因为均 含有1H。而CCL4 ,CS2 等对高分子的溶液能力又很有限。因此，常需要用氘代溶剂， 如氘代氯仿、氘代丙酮、氘代二甲亚砜等。
常见纤维结晶度测量方法介绍
常见纤维结晶度测量方法介绍标题：常见纤维结晶度测量方法介绍摘要：纤维结晶度是衡量纤维材料结晶程度和性能的重要指标之一。
本文将介绍常见的纤维结晶度测量方法，包括X射线衍射法、红外光谱法、热差示扫描量热法和拉曼光谱法。
每种方法都有其独特的优点和适用范围，通过深入了解这些方法，我们可以更好地理解纤维结晶度的测量原理和实验操作。
文章正文：引言：纤维材料是许多工业领域中广泛使用的材料之一，其性能往往与其结晶度密切相关。
因此，准确测量纤维结晶度对于材料研究和工程应用具有重要意义。
本文将介绍几种常见的纤维结晶度测量方法，以帮助读者更好地了解这些方法的原理和应用。
一、X射线衍射法：X射线衍射法是一种常用的纤维结晶度测量方法。
它基于X射线的散射原理，通过测量材料的衍射峰和无衍射背景的强度，计算出纤维的结晶度。
该方法适用于各种结晶度范围的纤维材料，并且具有较高的准确性和灵敏度。
然而，X射线衍射法的实验设备复杂且昂贵，需要具有专业知识和技能的操作人员。
二、红外光谱法：红外光谱法是通过分析纤维材料的红外光谱图谱来测量其结晶度。
纤维材料的结晶度可以通过红外光谱中特定峰值的强度和频率来判断。
这种方法简单、快速，可以对大量样品进行批量分析。
然而，红外光谱法对于结晶度较低或非均匀分布的纤维材料具有一定的局限性。
三、热差示扫描量热法：热差示扫描量热法是一种测量纤维结晶度的热分析方法。
该方法利用纤维材料的热性能差异来计算其结晶度。
通过对材料进行升温和降温的循环加热，热差示扫描量热仪可以测量样品在不同温度下的热容变化。
结晶度较高的纤维材料在热差示曲线上会出现较大的峰值。
这种方法操作简便，适用于大部分纤维材料的结晶度测量。
四、拉曼光谱法：拉曼光谱法是一种通过测量纤维材料的拉曼光谱图谱来确定其结晶度的方法。
纤维材料的结晶度可以通过拉曼光谱中的特征峰和峰宽来分析。
与其他方法相比，拉曼光谱法对于结晶度较低的纤维材料具有较高的灵敏度和准确性。
纤维素结晶度的测定方法
纤维素结晶度的测定方法
1.X射线衍射法测结晶度
此法测得的是总散射强度，它是整个空间物质散射强度之和，只与初级射线的强度、化学结构、参加衍射的总电子数即质量多少有关，而与样品的序态无关。
因此如果能够从衍射图上将结晶散射和非结晶散射分开的话，则结晶度即是结晶部分散射对散射总强度之比。
2.密度法测定结晶度
假定在结晶聚合物中，结晶部分和非结晶部分并存。
如果能够测得完全结晶聚合物的密度(ρc)和完全非结晶聚合物的密度，则试样的结晶度可按两部分共存的模型来求得。
3. 红外光谱法测结晶度
人们发现在结晶聚合物的红外光谱图上具有特定的结晶敏感吸收带，简称晶带，而且它的强度还与结晶度有关，即结晶度增大晶带强度增大，反之如果非结晶部分增加，则无定形吸收带增强，利用这个晶带可以测定结晶聚合物的结晶度。
4. 差示扫描量热法(DSC法)测结晶度
这是根据结晶聚合物在熔融过程中的热效应去求得结晶度的方法。
5. 核磁共振(NMR)吸收方法
如果不仅使结晶部分而且使无定形部分的链段运动也处于停滞状态，在此低温下聚乙烯的NMR吸收曲线是单一的幅度较宽的峰，如果温度增高接近熔点，吸收曲线变成单一的幅度较窄的峰。
在一般的温度
范围内则是相当于结晶区宽幅部分和相当于非结晶区尖锐部分(这和液体的情况相同)相重叠的曲线。
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DSC的前身是差热分析DTA
记录的是温差信号 峰面积没有热焓意义
DSC 曲线示例
DSC 信号
根据 DIN 定义的吸热与放热峰
结晶度计算
DSC /(mW/mg) 放热 0.7
PET
0.6 样品称重：17.45mg 升温速率：10k/min 气氛：N2 坩埚：Al 加盖扎孔 面积: -34.03 J/g 峰值: 149.2 ℃ 起始点: 137.6 ℃ 结晶度: 7.34 %
测试方法 采用图解分峰进行结晶度计算。计算公式如下:
式中,Xcw为 X射线衍射法测定的；Ic 为结晶衍射峰强 度;Ia 为非结晶弥散峰强度。 实验采用波长与聚合物晶格尺寸相近的靶,再进行计 算机分峰的数据处理，衍射数据经过空气散射校正,极 化因子校正,使用归一化因子归一化为电子单位,然后进 行康普顶校正,数据校正工作由计算机处理。将校正后 的衍射数据送入计算机进行分峰处理,计算机自动打印 出分峰的结果,即给出结晶度等值。
3）密度法 密度法测定高聚物结晶度的依据是:高分子链在晶 区中呈有序密堆砌 ,因而其密度高于无序非晶区 的密度 ,并假设试样的结晶度可按两相密度的线 性加和求得。用该方法测定的结晶度( Xcg )可根 据下式计算:
式中d, dc和da分别为试样、完全晶态及完全非晶 态的密度。
红外光谱法(IR) 原理：高聚物结晶时,会出现非晶态高聚物所没有的 新的红外吸收谱带--“晶带”,其强度随高聚物结晶 度的增加而增加,也会出现高聚物非晶态部分所特有 的红外吸收谱带--“非晶带”,其强度随高聚物结晶 度增加而减弱. 可见,测定晶带和非晶带的相对强度,便可以 确定其结晶度。
测试方法 • 由红外光谱法测得结晶度,通常表达式如下:
先选取某一吸收带作为结晶部分，分别为在聚合物 结晶部分吸收带处入射及透射光强度I,I0；ac为结 晶材料吸收率；p为样品整体密度；l为样品厚度。
THE END THANK YOU
纤维结晶度测量
目前测试材料结晶度的方法主要有四种： 1）差示扫描量热法(DSC)； 2）广角X衍射法( WAXD)； 3）密度法； 4）红外光谱法(IR)。
1）差示扫描量热法(DSC)
差示扫描量热法(DSC)是在程序控制温度下，测量输给物质和参 比物的功率差与温度关系的一种技术。 结晶聚合物熔融时会放热，DSC测定其结晶熔融时，得到的熔 融峰曲线和基线所包围的面积，可直接换算成热量。此热量是 聚合物中结晶部分的熔融热 。聚合物熔融热与其结晶度成正比, 结晶度越高，熔融热越大。
结晶度计算
样品是由两个明显不同的相构成 ,由于晶区的电子密度大于非晶区 ,相应地产生晶区衍射峰和非晶区弥散峰 ,通过分峰处理后 ,计算晶区衍射峰的强度占所有峰总强度的
2）广角X衍射法( WAXD)
原理：样品是由两个明显不同的相构成 由于晶区的电 子密度大于非晶区 ，相应地产生晶区衍射峰和非晶区弥 散峰 ，通过分峰处理后 ，计算晶区衍射峰的强度占所 有峰总强度的份数即为试样的结晶度，有时为了简化 ， 也可直接用各峰的面积进行结晶度计算而不需对其进行 校正。
0.5
0.4
0.3
0.2 起始点: 75.1 ℃ 中点: 76.0 ℃ 比热变化*: 0.455 J/(g*K)
0.1
面积: 44.3 J/g 峰值: 259.9 ℃ 起始点: 242.8 ℃
0.0
-0.1 -50 0 50 100 温度 /℃ 150 200 250 300
结晶度计算
结晶度计算