教学课题∶纤维素纤维的结构与性质

教学课题：纤维素纤维的结构与性质

教学目的：1、了解纤维及纺织纤维的概念及纤维的分类；2、理解麻纤维与棉纤维的结晶构造对纤维材料机械性能影响；3、掌握纤维素的化学性质

教学重点：纤维及纺织纤维的概念/纤维素的化学性质

教学难点：纤维素纤维的结构

教学内容

一、纤维概念

纤维：直径一般为几微米，而长度比直径大百倍、千倍以上的细长物质称做纤维。纺织纤维：可以用业制造纺织制品（纱、线、绳等）的纤维。

聚合度：小分子通过聚合反应生成的聚合物中小分子的个数。

结晶度：表示大分子结晶区含量大小的指标。

二、纺织纤维必须具备的性质

1、牢度：纺织纤维必须具有相当之抗张强度，强度之最低限度可定为20千克/平方毫米或1.5克/旦尼尔（Denier）

2、长度：纤维长度，愈长愈佳。如长度在五毫米以下，则不易纺纱。

3、粗细：纤维愈细，纺成之纱线及织成之织物愈精致。但若过细时，则强度随之变弱。一般人造纤维之直径约在0.01至0.04毫米之间。

4、延展性及弹性：供制衣用者可弯曲不致折断,且能恢复原状等特性。这些性质，皆与弹性及延展性直接有关，故纺织纤维必须具有适当之弹性及延展性。

5、胶著性：纺织纤维须具备能互相缠绕或胶著以成坚固纱线之特性，此性质大半因纤维之形状而定。如棉纤维纤维扭曲，毛织维表面具有鳞片组织，因而易于互相缠绕而胶著。这种性质于制造人造短纤维时，尤其重要。

6、保温性：衣服主要功能之一，为具有防寒御暑之性能，故纺织纤维必为热之不

良导体。

7、耐久性：纺织纤维于织造、加工及使用时，均须承受相当程度力之作用，如无耐久之力，实无法使用。

8、不溶性：纺织纤维不但须有不溶于水的特性，即使对于肥皂水、弱碱、弱酸水等亦须不溶，因无论在织物之制成、加工过程中或制后使用时，皂水及弱碱、弱酸液，均为无法避免接触之物。

9、手感:手感柔软、乾、不粗硬，

第一节纤维素纤维的结构与性质

一、纤维素

1、纤维素（cellulose）：由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。

2、纤维素的来源：（1）棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源。（2）木材中，纤维素占40～50％，还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素（3）麻、麦秆、稻草、甘蔗渣

3、纤维素的用途：塑料、炸药、电工及科研器材；纤维素是重要的造纸原料；食物中的纤维素（即膳食纤维）对人体的健康也有着重要的作用。

二、纤维素的物理结构

（1）两相结构理论：纤维素大分子之间有结晶区和非结晶区（无定形区）相互交错连接起来。主要论点如下：

①两相结构理论认为：在结晶区纤维素分子链排列定向有序，具有完全的规整性，并且依靠在纤维素侧链的氢键结合，组成一定的结晶格子。

②在非结晶区，纤维素分子不呈定向有序，规则性不强，不构成结晶格子。但也不象液体那样杂乱无序，只是排列不整齐，结合比较松散。

③结晶区与非结晶区没有严格的界面，而是逐渐过渡。

④纤维素大分子分子链很长，所以一个分子有几个结晶区与非结晶区。

（2）单相结构理论：纤维素分子内不存在结晶区与非结晶区的区别，而是认为完全是一种无定形结构，只不过结晶区稍微规整一点。

（3）折叠链结构理论，日本学者近几年创，认为纤维素分子链以折叠方式构成了薄层片晶，即分子链在薄层中间呈折叠状。这种结构不多见。

2．纤维素的结晶度

指纤维素分子中结晶区所占整个纤维素纤维整体的百分率。

结晶度的大小，对木材纤维即有有利一面，又有不利一面。结晶度增大，木材或纤维的抗拉强度，弹性模量、硬度、密度以及尺寸稳定性增大；而它的伸长率、吸湿性以及对染料的吸着度和它的润长度、化学反应能力都随之降低。因此，木材或纤维的结晶度对于它们的性质有很大影响。

确定纤维中含纤维素的方法：X-射线衍射法

用X-射线衍射的方法来测定木材纤维素结晶度为65%，棉花为70%。

棉纤维的大分子结构

纤维素是一种多糖物质，每个纤维素大分子是由n个葡萄糖剩基(葡萄糖酐)，彼此

以1-4甙键(氧桥) 联结而形成的。所以，纤维素大分子的基本链节(基本单元或单基) 是葡萄糖剩基，在大分子结构式中为不对称的六环形结构，也称氧六环。相邻

两个氧六环彼此的位臵扭转

180°，依靠甙键(—O—) 连成一

个重复单元，即大分子单元结构

是纤维素双糖(即纤维糖酐，是

由两个葡萄糖酐组成)，长度为

1.03纳米(即10.3埃)，是纤维素

大分子结构的恒等周

期。

纤维素大分子空间结

构

纤维素大分子中，氧六

环的空间结构属于椅式结构。

每一氧六环的21个原子并不在一个平面上，相邻两个氧六环的中心平面也不在一个平面上。另外每个氧六环(不包括两端) 上含有三个游离醇羟基，其中2、3位碳原子上是两个仲醇羟基(=CHOH)，6位碳原子上是一个伯醇羟基(一CH2OH)，它们都具有一般醇羟基的特性，但在化学性质上略有差异。在纤维素大分子的末端1位碳原子上有一个性质与其它醇羟基不同的羟基(一OH)，由于它的存在而产生醛基性质，具有还原性。

棉纤维的形态结构

纤维素的物理结构

纤维素超分子结构理论认为：纤维素是由结晶区和无定形区交错联结而成的二相体

系。

在结晶区，纤维素大分子的排列具有完全的规则性，结合的比较紧密；在无定形区，

纤维素分子链的排列不具有规则性，结合的比较松散；结晶区与无定形区无明显的绝对界限。吸湿与放湿只能发生在非结晶区，在结晶区，由于分子上的羟基形成了氢键，所以，水分子不能进入。纤维素的吸湿能力取决于亲水性羟基的多少，纤维素的非结晶区的多少，以及非结晶区内大分子排列的疏密程度。 纤维素的物理性质

① 色泽：纤维素本身为白色；② 比重：1.5 - 1.56；③

各向异性：纤维素的各个

9 棉纤维的梢部中部、基部形态

棉纤维截面结构示意图

成熟棉纤维的横截面