2[1].2纤维素纤维.ppt

2.2 纤维素纤维 主要知识点： 2.2.1 纤维素的基础知识 2.2.2 棉纤维 2.2.3 麻纤维 2.2.4 其他天然纤维素纤维 2.2.5 再生纤维素纤维 2.2.6 甲壳胺纤维 重点：纤维素的基础知识，棉、麻、粘胶等纤维素纤维的结构和性能 难点：纤维素纤维结构和理化性能 2.2.1 纤维素的基础知识 纤维素是当今世界上最丰富的可再生高聚物。据估计，通过光合作用每年合成的纤维素达到1011～1012吨。 一、D-葡萄糖的化学结构 1 D-葡萄糖的开链式结构 2 D-葡萄糖的环状半缩醛式结构 3 氧环式和开链式的互变异构 4 D-葡萄糖的构象—椅式构象 5 葡萄糖的还原性(菲林试剂和多伦试剂) 2.2.1 纤维素的基础知识 二、纤维素的结构 纤维素是一种由大量葡萄糖残基（anhydroglucose unit）彼此按照一定的联接原则，即通过第一个、第四个碳原子用β键联接起来的不溶于水的直链状大分子化合物。其分子通式为 (C6H10O5)n， n为聚合度，500~11000。 1 糖甙键的形成 葡萄糖分子中的甙羟基比醇羟基活泼，易与其他羟基化合物作用失水成缩醛——糖甙，糖甙对碱稳定，对酸较敏感。 2 从二糖到多糖 由两个单糖分子通过形成糖甙的方式结合而成的。二糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维二糖等。 3 纤维素的结构 由许多单糖分子互相脱水缩合而成，如淀粉、纤维素、甲壳素等。 4 纤维素的聚集态结构 纤维素纤维是由许多纤维素分子组成的，是半结晶的。纤维素的结构是由许多纤维素大分子形成的连续结构在大分子分布最紧密的地方它们平行排列，取向度良好，构成了纤维的定向部分，大分子间的结合力随着分子间距离的缩小而增大，在这些距离最小的地方大分子间的结合力最大。当大分子的密度较小时，大分子之间的结合程度也减弱，有较多的空隙，大分子的分布不平行，较为混乱，这就形成了纤维素的非结晶部分或无定形部分。由于纤维素在长度方向具有连续的结构，因此，一个单独大分子的一部分可能处于纤维素的结晶区域，另一部分则可能处于纤维素的无定形区域，或者穿过无定形区进入其他的结晶区域 。表示纤维素大分子结晶区含量大小的指标—结晶度。 2.2.1 纤维素的基础知识 所谓结晶度（crystallinity）就是纤维素中结晶区的重量对纤维素总重量的百分比。测定纤维素结晶度的方法很多，主要有x射线衍射法、密度法、酸水解法等。一般说来，随着纤维结晶度的提高，纤维的强度、弹性模量、硬性、脆性及比重也增大，而伸度、勾强、吸水性，膨润性、染料吸收性等下降。 ?所谓取向度（orientation degree）是指所选择的择优取向单元相对于参考单元的平行排列程度。成纤高聚物在外力如拉伸作用下，分子链会沿着外力的方向平行排列起来而产生择优取向。因此，纤维素分子产生取向后，分子之间的互相作用力会大大增强，结果对纤维的物理机械性能如断裂强度、断裂伸度、杨氏模量及原纤化过程，都有显著的影响[4] 。测定纤维素取向度的方法有光学双折射法、x射线衍射法（X-ray diffraction）等。 2.2.1 纤维素的基础知识 三、纤维素的物理性质 1 吸湿和溶胀 2 溶解性能：分为有限溶胀、无限溶胀两步。 纤维素的溶胀剂有：水、碱溶液、弱（稀）酸、甲醇、乙醇、苯胺、苯甲醚等。溶胀度是指纤维素纤维溶胀时其直径增大的百分率。铜氨溶液常用于溶解纤维素以测定纤维素的粘度与聚合度。纤维素的铜氨溶液遇酸后又重新析出纤维素，制成纤维成为铜氨纤维。铜乙二胺溶液溶解纤维素，对空气稳定，常用来测定纤维素的聚合度。 3 刚性：长链分子中含许多六元环，分子内分子间有许多的氢键和范德华引力，纤维素纤维回弹性差，疲劳性也不良，刚性大。 4 对热的稳定性：分子间作用力强，内聚能密度很高，不能被熔融，140℃以上发生热裂解。 2.2.1 纤维素的基础知识 四、纤维素的化学性质 与甙键有关的化学反应：强无机酸对甙键的水解作用。 与羟基有关的化学反应：氧化、酯化、醚化、脱水、交联、接枝等。 1 水的作用 2 酸的作用：纤维素的水解程度（损伤程度）可通过测定纤维的铜值和碘值来表示。 铜值：醛基能与斐林溶液（硫酸铜氢氧化钠溶液）作用，生成不溶性的氧化亚铜，100g干燥纤维素与斐林溶液作用，将二价铜还原至一价铜的克数，称为纤维素的铜值。 碘值：醛基能被碘氧化成酸，因此也可以用碘值来表示纤维素的损伤程度。碘值是指1g干燥纤维素能还原0.1NI2溶液的毫升数。 2.2.1 纤维素的基础知识 3 碱的作用：对碱稳定性好，只发生溶胀，不发生水解。 碱纤维素的形成：在浓碱溶液中，纤维素中的羟基可与之发生作用，使纤维素发生化学变化（生成碱纤维素）、物理变化（纤维发生溶胀和溶解，变得富有弹性和丝光效应，力学性能也有所改善）和结构变化（大分子中