纤维的分子结构和化学性质(精)

棉纤维的主要化学性能
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，（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。 ）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。
棉纤维的其他化学性能
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。 热对纤维素的作用 温度过高时，空气中的氧也能使纤维 氧化生成氧化纤维素，从而损伤纤维
粘胶纤维的形态结构
形态结构Hale Waihona Puke 截面：不规则锯齿状，多有皮芯结构。
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 。
8238寝室
棉纤维的结构和主要化学性能
棉纤维是最常见的，棉纤维是地 球上最丰富的和最纯净的纤维素纤维。 是迄今为止最重要和使用最广泛的单 一细胞的种子纤维。是从棉籽表皮上 细胞突起生长而成的。
棉纤维的形态结构
形态结构： 棉纤维是一个上端封闭、下端敞开的 干瘪的管状细胞，在显微镜的观察下， 成熟的棉纤维纵向呈扁平带状，并具 有天然扭曲：横截面呈腰形或耳形， 是由较薄的管状的初生胞壁、较厚的 螺旋状的次生胞壁较小的瘪缩的中空 胞壁缩构成的。

纤维的聚集态结构是指纤维内部的分子在三维空间中的排 列方式，可以分为取向结构和无取向结构。取向结构是指 分子沿纤维轴向排列，而无取向结构则是指分子在纤维内 部随机排列。
纤维的聚集态结构对其机械性能和光学性能有重要影响。 一般来说，取向结构的纤维具有较好的拉伸性能和光学性 能，而无取向结构的纤维则具有较好的压缩性能和隔音性 能。
芳纶纤维
具有高强度、高模量、低密度、耐 高温和化学稳定性等特性，广泛应 用于军事、航空航天、汽车等领域 。
功能纤维的发展
导电纤维
具有优良的导电性能，广泛应用于电子、 通讯、航空航天等领域。
抗菌纤维
具有抗菌性能，广泛应用于医疗、卫生、 纺织等领域。
光敏纤维
具有光敏性能，广泛应用于光电器件、光 通讯等领域。
生物可降解纤维的发展

聚乳酸纤维
01
具有良好的生物相容性和可降解性，广泛应用于医疗、环保等
领域。
聚羟基脂肪酸酯纤维
02
具有良好的生物相容性和可降解性，广泛应用于生物医学工程
和组织工程等领域。
聚乙烯醇纤维
03
具有一定的生物相容性和可降解性，广泛应用于医疗、环保等
领域。
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THANKS
人造纤维的生产
再生纤维
通过化学或物理方法将天然高分 子化合物加工成纤维，如再生纤 维素纤维、再生蛋白质纤维等。
合成纤维
通过聚合反应将小分子合成大分 子，再加工成纤维，如聚酯纤维 、聚酰胺纤维等。
合成纤维的生产
熔融纺丝法
将聚合物加热至熔点以上，通过喷丝 孔纺成细流，再经冷却固化成纤维。
化学纺丝法
将聚合物单体或预聚物溶解在溶剂中形成溶 液或乳液，通过喷丝孔挤出后，在固化剂的 作用下发生聚合或交联反应，形成纤维。

一.结构纤维素是一种重要的多糖，它是植物细胞支撑物质的材料,是自然界最非丰富的生物质资源。

在我们的提取对象－农作物秸秆中的含量达到450－460g/kg。

纤维素的结构确定为β—D-葡萄糖单元经β－（1→4）苷键连接而成的直链多聚体，其结构中没有分支.纤维素的化学式：C6H10O5化学结构的实验分子式为(C6H10O5）n早在20世纪20年代,就证明了纤维素由纯的脱水D-葡萄糖的重复单元所组成,也已证明重复单元是纤维二糖。

纤维素中碳、氢、氧三种元素的比例是：碳含量为44。

44%，氢含量为6.17％，氧含量为49.39％。

一般认为纤维素分子约由8000～12000个左右的葡萄糖残基所构成。

O OOOOOOOO1→4）苷键β-D-葡萄糖纤维素分子的部分结构（碳上所连羟基和氢省略）二．天然纤维素的原料的特征做为陆生植物的骨架材料,亿万年的长期历史进化使植物纤维具有非常强的自我保护功能。

其三类主要成分－纤维素、半纤维素和木质素本身均为具有复杂空间结构的高分子化合物，它们相互结合形成复杂的超分子化合物，并进一步形成各种各样的植物细胞壁结构。

纤维素分子规则排列、聚集成束,由此决定了细胞壁的构架，在纤丝构架之间充满了半纤维素和木质素。

天然纤维素被有效利用的最大障碍是它被难以降解的木质素所包被。

纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键,半纤维素和木质素之间除了氢键外还存在着化学健的结合，致使半纤维素和木质素之间的化学健结合主要在半纤维素分子支链上的半乳糖基和阿拉伯糖基与木质素之间。

表:植物细胞壁中纤维素、半纤维素、和木质素的结构和化学组成项目纤维素木质素半纤维素结构单元吡喃型D－葡萄糖基G、S、H D-木糖、苷露糖、L-阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖醛酸结构单元间连接键β-1，4-糖苷键多种醚键和C—C键,主要是β—O-4型醚键主链大多为β—1,4—糖苷键、支链为β—1，2-糖苷键、β—1,3—糖苷键、β-1，6—糖苷键聚合度几百到几万4000 200以下聚合物β—1,4-葡聚糖G木质素、GS木质素、GSH木质素木聚糖类、半乳糖葡萄糖苷露聚糖、葡萄糖甘露聚糖结构由结晶区和无定型区两相组成立体线性分子α不定型的、非均一的、非线性的三维立体聚合物有少量结晶区的空间结构不均一的分子，大多为无定型三类成分之间的连接氢键与半纤维素之间有化学健作用与木质素之间有化学健作用天然纤维素原料除上述三大类组分外，尚含有少量的果胶、含氮化合物和无机物成分。

第一节纤维的分子结构和化学性质成纤高分子：1）线性、长链的分子结构，即使有侧基或支链，也比较短、小。

2）以碳原子为主链的构成元素，因此大多数纤维高分子是有机高分子，即有机纤维。

3）分子链有一定长度，分子间可以达到高的相互作用而有强度。

染整关注：纤维高分子与水有无结合基团、与染料分子有无作用点、与整理剂等有无结合点，是共价键结合、离子键结合、氢键结合还是范得华作用力结合。

例如：棉纤维麻纤维聚乙烯纤维聚丙烯纤维：分子结构差异大，左者所用染料和整理剂右者就无法使用。

一、纤维分类二、纤维素纤维的分子结构和化学性质纤维素分子结构式结构特点：1) 环上三个—OH，反应活性点2) 环间—O—，酸分解之，碱稳3) 链端：有一隐-CHO，M低还原性4) 链刚性，H-键多，强度高5）聚合度（二）纤维素分子化学性质1、与酸作用酸促使苷键水解:(反应式)酸作用情况酸使纤维素纤维织物初始手感变硬,然后强度严重下降。

纤维结构、酸的种类、作用时间、温度、纤维结构影响水解反应速率。

生产上应用：含氯漂白剂漂白后，稀酸处理，起进一步漂白作用；中和过剩碱；烂花、蝉翼等新颖印花处理。

用酸注意：稀酸、低温、洗净，避免带酸干燥。

2、与氧化剂作用纤维素氧化后分子断裂，基团氧化变化，织物强度损伤。

纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。

强氧化剂完全分解纤维素。

中、低强度氧化剂在一定条件下氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。

注意：空气中O2在强碱、高温条件易氧化、脆损纤维素织物，应避免。

氧化反应：Cell-OH + [O] Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH氧化纤维素：还原型— -CHO，=C=O，潜在损伤酸型— -COOH注：纤维素分子对还原剂稳定。

常温稀碱中稳定，浓碱溶胀，高温稀碱有氧气易氧化、断裂苷键，强力下降。

浓碱溶胀：各向异性、不可逆。

径向溶胀大，纵向小反应:(酸性)纤维素分子与碱拟醇钠反应C2H5OH + NaOH=C2H5ONa + H2OCell-OH + NaOH=Cell-ONa+ H2O ;orCell-OH﹡NaOH反应可逆，水洗除碱，恢复纤维素分子，但纤维素纤维高层次结构被变化、不可逆---是棉织物丝光、碱缩处理理论根据。

简述纤维素的化学结构特征概述及解释说明1. 引言1.1 概述纤维素是一种广泛存在于植物细胞壁中的高分子化合物，具有重要的生态和经济意义。

它是由葡萄糖分子通过β-（1→4）型糖苷键连接而成的线性聚合物。

纤维素晶体具有高度的结晶性和机械强度，使其成为自然界最丰富和可再生的生物质。

1.2 文章结构本文将首先介绍纤维素的化学结构特征，包括其组成成分、分子结构以及化学键结构。

接着，将探讨纤维素的物理性质和化学性质，并介绍其在各个领域中的功能和应用。

然后，将阐述天然来源和工业提取方法以及生物技术提取方法中纤维素的提取过程。

最后得出本文的结论。

1.3 目的本文旨在全面了解纤维素的化学结构特征，深入探讨其性质与功能，并介绍不同来源和提取方法，从而为进一步研究和应用纤维素提供基础知识。

同时也旨在增加对纤维素的认识，促进可持续发展与环境保护的实现。

2. 纤维素的化学结构特征2.1 纤维素的组成成分纤维素是一种由多个葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成的聚合物。

它主要由纤维素链（纤维素微晶区）和非纤维素物质（如半纤维素和木质素）组成。

其中，纤维素链是由数百至数千个葡萄糖单体通过β-1,4-糖苷键连接而形成的线性链状结构。

2.2 纤维素的分子结构纤维素的分子结构具有高度有序性。

每个葡萄糖单体都与前后两个单体通过氢键相互连接，形成了平行排列且紧密堆积的微晶区域。

这种有序结构赋予了纤维素优异的力学性能和稳定性。

2.3 纤维素的化学键结构在纤维素中，葡萄糖单体之间通过β-1,4-糖苷键进行连接。

这种化学键结构使得纤维素链具有较高的强度和稳定性，并且不容易被水解。

此外，纤维素链中的羟基（OH）官能团也是一些化学反应和功能修饰的重要位点。

总的来说，纤维素的化学结构特征是由线性排列的葡萄糖单体通过β-1,4-糖苷键连接而成的聚合物。

其分子结构高度有序，具有微晶区域，并且具有较高的力学性能和稳定性。

这种特殊结构不仅赋予了纤维素独特的物理性质和化学性质，还为其在各个领域中的广泛应用提供了基础。

细胞壁的化学组成与结构特征
化学组成
植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中纤 维素含量最高，木质素和半纤维素含量因植物种类而异。
结构特征
细胞壁具有层次结构，从外到内依次为胞间层、次生壁和初 生壁。胞间层主要由果胶和少量蛋白质组成，次生壁主要由 纤维素、半纤维素和木质素组成，初生壁主要由蛋白质、脂 类和碳水化合物组成。
04
植物纤维原料的物理性质与化学 性质
物理性质
密度
吸湿性
植物纤维原料的密度通常较低，具有轻质 的特点，这使得植物纤维原料在纺织、造 纸等领域具有广泛的应用。
植物纤维原料具有较强的吸湿性，能够吸 收大量水分，这与其多孔性和表面积较大 的结构有关。
弹性与可塑性
导热性与绝缘性
植物纤维原料具有一定的弹性和可塑性， 能够在加工过程中适应不同的形状和尺寸 要求。
分类
根据来源和性质，植物纤维原料可分 为天然纤维素纤维和再生纤维素纤维 。
பைடு நூலகம்
植物纤维原料的应用领域
纺织业
造纸业
生物医学
食品包装
用于制作衣物、床单、 毛巾等纺织品。
用于制造纸张、纸板等。
用于制造医疗用品，如 绷带、手术缝合线等。
用于制造食品包装材料。
植物纤维原料的重要性
可再生资源
植物纤维原料是可再生资源， 来源广泛，可持续利用。
THANKS
感谢观看
细胞壁的超微结构与功能
超微结构
细胞壁具有复杂的超微结构，包括微纤维、微孔和微纤丝等。这些结构在细胞 壁中形成交错的网状结构，赋予细胞壁强度和韧性。
功能
细胞壁作为植物细胞的支撑结构，具有保护细胞免受机械损伤、维持细胞形态、 参与物质运输和信号转导等功能。同时，细胞壁还参与植物的生长、发育和生 理过程。

第三章纤维素纤维的结构和性能天然纤维素纤维（棉、麻）纤维素纤维再生纤维素纤维（粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维）§3.1纤维素纤维的形态结构一棉纤维的形态结构棉纤维是种子纤维，其主要成分为纤维素、果胶、蜡质、灰分、含氮物质。

外形：上端尖而封闭，下端粗而敞口，细长的扁平带子状，有螺旋状扭曲，截面呈腰子形，中间干瘪空腔。

最外层：初生胞壁从外到里分三层：中间：次生胞壁内部：胞腔1 初生胞壁决定棉纤维的表面性质，它又分为三层，最外层为果胶物质和蜡质所组成的皮层。

因而具有拒水性，在棉生长过程中起保护作用。

但在染整加工中不利。

2 次生胞壁纤维素沉积最后的一层，是构成纤维的主体部分，纤维素含量很高，其组成和结构决定棉纤维的主要性能。

3 胞腔输送养料和水分的通道，蛋白质、色素等物质的残渣沉积胞壁上，胞腔是棉纤维内最大的空隙，是染色和化学处理时重要的通道。

二麻纤维的形态结构麻纤维主要有：苎麻、亚麻是属于韧皮纤维，以纤维束形式存在单根纤维是一个厚壁、两端封闭、内有狭窄胞壁的长细胞苎麻两端呈锤头形或分支亚麻两端稍细呈纺锤形纵向有竖纹和横节主要化学组成和棉纤维一样是纤维素，但含量低。

§3.2纤维素大分子的分子结构纤维素是一种多糖物质，其大分子是由很多葡萄糖剩基连接而成，分子式为（C6H10O5）n复杂的同系物混合物，n为聚合度，棉聚合度为2500~ 10000，麻聚合度为10000~ 15000，粘胶纤维聚合度为250~ 500纤维素大分子的化学结构是由β-d-葡萄糖剩基彼此以1，4-甙键连接而成，结构如下每隔两环有周期性重复，两环为一个基本链节，链节数为（n-2）/2，n为葡萄糖剩基数，即纤维的聚合度，葡糖糖剩基上有三个自由存在的羟基，其中2，3位上是仲羟基，6位上伯羟基§3.3棉纤维的超分子结构超分子结构也称为微结构，主要指棉纤维中次生胞壁纤维素大分子的聚集态结构，纤维素大分子的排列状态，排列方向，聚集紧密程度等。

第一节纤维的分子结构和化学性质成纤高分子：1）线性、长链的分子结构，即使有侧基或支链，也比较短、小。

2）以碳原子为主链的构成元素，因此大多数纤维高分子是有机高分子，即有机纤维。

3）分子链有一定长度，分子间可以达到高的相互作用而有强度。

染整关注：纤维高分子与水有无结合基团、与染料分子有无作用点、与整理剂等有无结合点，是共价键结合、离子键结合、氢键结合还是范得华作用力结合。

例如：棉纤维麻纤维聚乙烯纤维聚丙烯纤维：分子结构差异大，左者所用染料和整理剂右者就无法使用。

一、纤维分类二、纤维素纤维的分子结构和化学性质纤维素分子结构式结构特点：1) 环上三个—OH，反应活性点2) 环间—O—，酸分解之，碱稳3) 链端：有一隐-CHO，M低还原性4) 链刚性，H-键多，强度高5）聚合度（二）纤维素分子化学性质1、与酸作用酸促使苷键水解:(反应式)酸作用情况酸使纤维素纤维织物初始手感变硬,然后强度严重下降。

纤维结构、酸的种类、作用时间、温度、纤维结构影响水解反应速率。

生产上应用：含氯漂白剂漂白后，稀酸处理，起进一步漂白作用；中和过剩碱；烂花、蝉翼等新颖印花处理。

用酸注意：稀酸、低温、洗净，避免带酸干燥。

2、与氧化剂作用纤维素氧化后分子断裂，基团氧化变化，织物强度损伤。

纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。

强氧化剂完全分解纤维素。

中、低强度氧化剂在一定条件下氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。

注意：空气中O2在强碱、高温条件易氧化、脆损纤维素织物，应避免。

氧化反应：Cell-OH + [O] Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH氧化纤维素：还原型— -CHO，=C=O，潜在损伤酸型— -COOH注：纤维素分子对还原剂稳定。

常温稀碱中稳定，浓碱溶胀，高温稀碱有氧气易氧化、断裂苷键，强力下降。

浓碱溶胀：各向异性、不可逆。

径向溶胀大，纵向小反应:(酸性)纤维素分子与碱拟醇钠反应C2H5OH + NaOH=C2H5ONa + H2OCell-OH + NaOH=Cell-ONa+ H2O ;orCell-OH﹡NaOH反应可逆，水洗除碱，恢复纤维素分子，但纤维素纤维高层次结构被变化、不可逆---是棉织物丝光、碱缩处理理论根据。

纤维知识点总结一、纤维的定义纤维是指一种细长、可延展的物质，是一种天然或合成的有机高分子材料。

纤维通常具有一定的柔韧性和拉伸性，可用于制造纺织品或其他材料。

二、纤维的分类纤维根据其来源和性质可以被分为天然纤维和合成纤维两大类。

1. 天然纤维天然纤维是指由动植物所产生的纤维，主要分为植物纤维和动物纤维两类。

- 棉纤维：是由棉花籽毛所形成，具有吸湿透气、柔软舒适的特点，是最常见的纺织用纤维之一。

- 麻纤维：由亚麻植物的茎部纤维构成，具有良好的耐磨性和透气性，适合夏季服装的制作。

- 羊毛纤维：来自绵羊的毛发，具有保暖性和弹性，适合制作冬季服装。

- 丝绸：是由家蚕吐丝形成的一种天然蛋白纤维，具有光泽、柔软和吸湿性好的特点，是高档的纺织原料之一。

2. 合成纤维合成纤维是通过化学合成或人工加工而得到的纤维，主要分为合成纤维和再生纤维两类。

- 聚酯纤维：聚酯纤维具有良好的耐磨性和抗皱性，易于清洗和保养，适合制作日常服装。

- 锦纶纤维：具有较好的弹性和耐磨性，被广泛应用于内衣、泳装等领域。

- 腈纶纤维：腈纶纤维具有较高的强力和抗褪色性，适用于户外运动服装等领域。

- 莱卡纤维：莱卡纤维具有优异的弹性和回复性，被广泛用于弹性面料的制作。

三、纤维的特性纤维作为纺织品的原材料，具有一些特殊的物理和化学性质。

1. 纤维的物理性质- 延展性：纤维具有一定的延展性，这使得纤维可以被纺成纱线，并且可以被编织或织造成布料。

- 强度：纤维的强度取决于其分子结构和成分，不同种类的纤维具有不同的强度表现。

- 弹性：一些纤维具有一定的弹性，可以回复原来的形状和尺寸，这使得纤维制成的织物具有柔软的手感和舒适的穿着感。

2. 纤维的化学性质- 吸湿性：纤维可以吸收周围环境中的水分，这影响了纤维的手感和舒适度。

- 耐磨性：纤维具有一定的耐磨性，可以承受摩擦和拉伸。

- 耐热性：纤维的耐热性影响了纤维的染色、加工和清洗。

四、纤维的加工与应用纤维在纺织品制造过程中需要经过一系列的加工工艺，最终用于制作各种类型的纺织品。

（Noncellulose carbohydrate）。
如：大叶相思：Acacia auriculiformis A.cunn.ex.Benth
三、造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物
（一）木材纤维原料 1 、 针 叶 材 (Needle leaved wood or Softwood or
Coniferous) 2 、阔叶材(Leaf wood or Hardwood or Dicotyledon)
松柏纲
松、杉、柏及南洋杉科
被子植物门
双子叶植物纲 单子叶植物纲
双子叶植物纲 单子叶植物纲
阔叶材 禾本科
二、植物的命名
国际通用的学 名，基本采用了 1753 年瑞典植物学 家林奈 (Carl von Linne) 所倡用的 “双名法”作为统 一的植物命名法。
« 第一个词是属名，相当于“姓”，词性：名词； « 第二个词是种加词，相当于“名”，词性：形容词； « 学名后面加上最早给这个植物命名的作者名的缩写；
1．纤维素（Cellulose）
纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基构 成的线状高分子化合物。纤维素大分子中的D-葡萄糖基之 间按照纤维素二糖联接的方式联接（1,4-β-苷键）。纤维 素具有特性的X-射线图。
高分子形状
➢ 线型（链状）高分子； ➢ 枝链型高分子； ➢ 网状结构高分子； ➢ 体型高分子。
序论
一、植物纤维化学主要研究的内容 重点研究制浆造纸植物纤维原料的生物结构、
化学组成、化学结构及它们的物理和化学性质。
生物结构方面：主要研究植物细胞形态和微细结构。 化学特性方面：主要研究植物纤维原料的三种主要组
成，既：纤维素、半纤维素和木素。
另外也对植物纤维原料的少量组成进行了解。如：有 机溶剂抽出物、果胶质、灰分等等。

(3) 结晶度和可及度的关系：
A = a + ( 100 – a )
A—可及度
—结晶区表面的纤维素分子数
a—结晶度
(4) 测定方法
物理法
结晶度：X-射线衍射法、红外光谱法、密度法
可及度：水解法、重水交换法、甲酰化法
化学法
4、纤维素的细纤维结构
纤维素织态结构模型
结晶区
非结晶区：无定形区
纤维素大分子是一种结晶区和无 定形区交错结合的体系，从结晶区到 无定形区是逐步过渡的，无明显界限， 一个纤维素分子链可以经过若干结晶 区和无定形区。每一个结晶区称之为 微晶体，也称之为胶束或微胞。
OH
OH
HO HO
α -型
O
OH OH
HO HO
在直立键上
β -型
O
OH OH
在平伏键上
为什么在溶液中达到平衡时，β型占64%，而α型仅占36%?为什么β 型在酸中水解速度比α型小的多??
（8）纤维素二糖是支配纤维素分子构象的基本单 元，它的长度约为100nm，即单位为100nm的小分 子重复聚合而成为大分子。
4.1 纤维素织态结构模型
结晶区
1条分子穿过 若干结晶区 和非结晶区
无定形区
（1）结晶区的特点 ：
纤维素分子链取向良好，密度较大，结晶区纤维素的 密度为1.588g/cm3,分子间的结合力强，故结晶区对强度的 贡献大。
（2）非结晶区的特点：
纤维素分子链取向较差，分子排列秩序性差，分子间
距离较大，密度小，无定形区纤维素密度为1.50g／cm3。且
分子间氢键结合数量少，故无定形区对强度的贡献小。
四、纤维素大分子间的氢键及其影响
1.氢键的形成及其性质

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2.非结晶结构 非结晶态－－大分子无规律地乱排列的状态， 也称无定形态。 非结晶区：………………………….的区域。 特点：大分子链段排列混乱，无规律；结构 松散，有较多的缝隙、孔洞；相互间结合力小， 互相接近的基团结合力没有饱和。
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结晶度：纤维内部结晶区体积占纤维总体积的 百分率。 结晶度对纤维性能的影响： 结晶度↑: 纤维的拉伸强度、初始模量、硬 度、尺寸稳定性、密度↑；纤维的吸湿性、染料 吸着性、润胀性、柔软性、化学活泼性↓。 结晶度↓：纤维的吸湿性、染色性↑；拉伸强 度较小，变形较大，纤维较柔软，耐冲击性， 弹性有所改善，密度较小，化学反应性比较活 泼。
1. 侧基：分布在主链两侧。影响纤维的力学性质 和耐化学性质等。可通过接枝进行纤维改性。 2. 端基：分布在大分子两端，且与“单基”结构 有很大差别。影响纤维的光、热稳定性等。可 利用端基上的活性官能团进行纤维改性。
5
三、大分子链的柔性 大分子链的柔性是指其能够改变分子构象 的性质，也就是大分子链可以呈现出各种形 态的性质。
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二、纤维的凝聚态结构
主要包括结晶态结构、非结晶态结构、取 向结构、原纤结构、液晶结构、织态结构。
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1.结晶态结构

结晶态－－大分子有规律地整齐排列的状态。 结晶区：…………………………..的区域。 特点：大分子链段排列规整；结构紧密，缝 隙、孔洞较少；相互间结合力强，互相接近的基 团结合力饱和。
14
分子链柔曲性示意图
6
纤维大分子结构与柔性的关系: 1)主链上原子价键的旋转性：旋转性较好如C-C 键、C-O键，柔性↑;含共轭双键时，如-C=C-,或 芳杂环时，柔性↓； 2) 侧基较少，柔性↑； 3) 主链四周侧基分布对称，柔性↑； 4) 侧基的极性（作用力）和体积大，柔性↓； 5) 温度↑，内旋转加剧，大分子链柔性↑；

第四节纤维素的化学性质纤维素是自然界中存在的一种主要的生物大分子，主要由葡萄糖分子组成，是植物细胞壁的主要成分之一。

它在生命科学、化学、材料科学等领域都有着广泛的应用。

其化学性质的研究可以为纤维素的生产和应用提供重要的理论依据和技术支持。

1. 纤维素的化学构成纤维素是一种高分子化合物，由多个葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键相连形成。

葡萄糖分子的空间排列方式决定了纤维素的各种性质。

葡萄糖分子中的羟基 (-OH) 可以被乙酰化，形成纤维素的乙酰基。

纤维素的结构中还存在少量的杂质，如木质素和半纤维素等，它们也对纤维素的物理和化学性质产生影响。

因此，在纤维素的研究中，除了对纤维素本身的性质进行研究外，还需要对其杂质的含量和性质进行分析和控制。

2. 纤维素的物理性质（1）纤维素的外观纤维素一般呈白色或米黄色粉末状，无味无臭，不溶于水和大部分有机溶剂，在浓硝酸中能溶解。

（2）纤维素的溶解性能由于纤维素的空间结构较为复杂，其溶解性能不佳。

纤维素在温和条件下只能在少量的有机溶剂中溶解，如 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)、N,N-二甲基乙酰胺 (DMAc) 等，也可在浓硝酸中溶解。

此外，纤维素的溶解性还与其结构和杂质的含量有关。

（3）纤维素的分子量纤维素的分子量较大，一般在数万到数百万之间。

分子量越大，其物理特性就越好，如强度、耐水化性、热稳定性等也更高。

分子量的高低也会影响纤维素的应用，例如在纤维素的医药领域中，低分子量的纤维素更具有生物相容性，适于制备口服药物。

（4）纤维素的热性质纤维素有较好的热稳定性，可在200℃ 以上的高温下稳定存在。

纤维素在高温下也可脱水分解，产生热解产物，如木质素和多糖等。

3. 纤维素的化学性质（1）纤维素的乙酰化反应纤维素中的羟基可被乙酰化，形成乙酰纤维素，可用作各种工业化学品和生物材料的原料。

乙酰化反应的原料为醋酸酐，反应条件为常温下在无水的有机溶剂中进行。

对于纤维素基质杂质较多的原料，在乙酰化反应前需要进行纤维素的纯化或富化操作。

蚕丝形态结构、超分子结构、分子结构示意： （SCAN）
形态结构
分子结构β-折叠链
蚕丝组成：丝素70~80%，丝胶20~30%，其他杂质：少量。 与羊毛区别：1、组成-C、H、O、N，硫很少。 2、β-折叠构象多，无∝-螺旋构象，结晶与非晶。
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丝素性质
丝素结构：分子线形、支形，聚合度400~500，晶区伸直链，不
低温、干态，羊毛分子结构、高层次 结构调整较慢，加工产生的内应力难消除。湿热条件下，由于 羊毛分子肽链构象∝、β变换，副键拆开、重建较易，因此， 羊毛在外力下作用不同时间，然后在蒸汽中自由放置，出现过 缩、暂定、永定三种现象。 （1）过缩（很短时间） （2）暂定（更高温收缩） 2、热
>1h （3）永定（新形态固定住,不收缩） 耐干热性差
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3、与氧化剂作用
纤维素氧化后分子断裂，基团氧化变化，织物强度损伤。 纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。 强氧化剂完全分解纤维素。中、低强度氧化剂在一定条件下 氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。注意：空气中O2 在强碱、高温条件易氧化、脆损纤维素织物，应避免。 氧化反应： Cell-OH + [O] Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH
o
氢键
o
H
c
o c
o c o
离子键
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蛋白质性质 ﹡蛋白质两性性质：
OHOH-
H+3N-P-COOH
H+
H2N-P-COOH H+3N-P-COO-
H+
N-P-COO-
等电点：蛋白质分子上正、负电荷数量相等时溶液的pH值， 不会向电极移动。羊毛的~: 4.2-4.8, 桑蚕丝的~：3.5-5.2。等电 点时纤维溶胀、溶解度最低。 低pH值时： pH内>pH外 高pH值时： pH内<pH外

醋酸乙烯酯等改善纤维的脆性，增加弹 性、柔软性，同时还有利于染料分子进 入。 第三单体：引入一定量带有酸性或碱性亲 染料的基团改善纤维的染色性 。
1.结构
准结晶结构
2.性质
强度较低，伸长较大；
初始模量：E锦纶<E腈纶<E涤纶； 弹性：比棉、麻、粘胶好，但比羊毛、涤纶、 锦纶差；
染色性较好；没有明显的熔点，不会产生熔孔 现象；
W=4.5%，比涤纶好
（3）热学性质 耐热性差； 安 全 使 用 温 度 ： 低 于 93°C （ 锦 纶 6 ） ， 低 于 130°C（锦纶66）； 熔点：215°C（锦纶6），250°C（锦纶66）
（4）耐光性差 （5）耐碱不耐酸 （6）密度较小：1.14 g/cm3
三、腈纶
第一单体：丙烯腈（超过85%） 第二单体：丙烯酸甲酯、甲醛丙烯酸甲酯、
羊毛在湿热及化学试剂作用下，经机械 外力反复挤压，纤维集合体逐渐收缩紧 密，并相互穿插，纠缠，交编毡化。这 一性能称之。
利：缩绒使毛织物有独特的风格；
弊：缩绒使毛织物的尺寸稳定性变差（洗 涤后易收缩，变形）影响穿着的舒适性 与美观（起毛起球）
第三节 化学纤维
一、涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯） 1．结构
3. 形态结构： 羊毛——鳞片层、皮质层、髓质层
1)鳞片层：
作用如下：
①保护纤维，使羊毛内层组织不受外界的 生物、 化学、机械等作用；
②由于鳞片具有方向性，形成差微摩擦效 应。
鳞片形状： 环状、瓦状、龟裂状
2)皮质层：羊毛纤维的主体，占90%左右。
皮质细胞：正皮质——结构疏松； 偏皮质（副皮质）——结构紧密；
2.性质
机械性质：强度较低，伸长率大（450800%）， 初始模量低，弹性特别好

化学有关纤维知识点总结化学是研究物质的性质、组成和变化的科学，而纤维的性质和制备过程都与化学息息相关。

本文将重点介绍纤维的化学知识点，包括纤维的化学组成、纤维的性质、纤维的制备方法等内容。

纤维的化学组成纤维的化学组成主要是由聚合物组成的。

聚合物是由许多相同或相似的小分子单元通过共价键连接而成的大分子化合物。

根据聚合物的来源和性质的不同，纤维可以分为天然纤维和合成纤维。

天然纤维的化学组成主要包括纤维素、蛋白质和其他成分。

其中，纤维素是纤维的主要成分，它是一种复杂的多糖，由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成。

纤维素是植物细胞壁的主要成分，广泛存在于棉花、亚麻、大麻等植物中。

蛋白质是动物纤维的主要成分，包括胶原蛋白、角蛋白等。

除了纤维素和蛋白质，天然纤维中还含有一些其他成分，如木质素、酚醛树脂等。

合成纤维是通过化学方法从化学原料中合成得到的，其化学组成主要包括聚酯、聚酰胺、聚丙烯等。

其中，聚酯是一种由二元酸和二元醇缩合而成的聚合物，例如聚酯纤维的原料对苯二甲酸和乙二醇；聚酰胺是一种由二元胺和二元酸缩合而成的聚合物，例如尼龙纤维的原料是己内酰胺和邻苯二甲酸。

纤维的性质纤维的性质包括物理性质和化学性质两大类。

物理性质包括拉伸性能、弹性、柔软度、抗撕裂性等；化学性质包括耐酸碱性、耐污染性、耐磨性等。

纤维的拉伸性能是指纤维在外力的作用下拉伸时的性能表现。

纤维的拉伸性能与纤维的分子结构和物理外形有关。

通常情况下，纤维的拉伸性能与聚合物的分子量、分子排列方式、分子间力等相关。

例如，纤维素分子链在纤维中呈现出斜向排列，使得纤维具有较好的拉伸性能。

而聚酯纤维由于其分子链是直线排列的，因此具有较高的拉伸强度。

纤维的弹性是指纤维在外力作用下发生形变后，释放外力后能够回复原状的能力。

纤维的柔软度反映了纤维在外力作用下的变形程度，通常情况下，纤维的柔软度与纤维的表面光滑度、断面形状等有关。

纤维的抗撕裂性是指纤维在外力作用下的抵抗撕裂的能力，通常情况下，纤维的抗撕裂性与纤维的断裂强度和断裂伸长率有关。

从聚集态结构：
– 要求分子排列有一定的结晶和取向，使分子间和轴向 作用力增强，从而使纤维具备必要的强度和形态稳定 性，但又必须有一定的无定形区，以使纤维具有可及 性和可加工性；
从大分子组成和结构：
– 分子量要较高，且分子量分布应比较窄，支链较短， 侧基要小，以得到粘度适当的熔体及溶液和浓度足够 高的溶液。
Xv
Xw
Vc a V c a
Wc 1 / a 1 / W 1/ a 1/ c
2. 取向结构
– 纤维的取向结构最为重要的表达指标是取向度 –指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶 体沿纤维轴规则排列程度。
四、纤维形态结构特征的测量
1. 一般观察及测量
（2）单基 特征基团：氧六环；6个-OH；氧桥-O单基连接方式：1-4甙键连接，在空间转 180°,因为大分子内有氢键。 （3）空间形态：椅式结构
第二章 纤维的结构特征
第一节 纤维基本结构的构成
一、纤维的形态结构 1. 基本内容
是指纤维在光学显微镜或电子显微镜，乃至原子 力显微镜(AFM)下能被直接观察到的结构。诸如 纤维的外观形貌、表面结构、断面结构、细胞构 成和多重原纤结构，以及存在于纤维中的各种裂 隙与空洞等 表观形态、表面结构和微细结构
一、典型天然纤维的结构与特征 1. 棉纤维的结构与特征
棉纤维和麻纤维的主要成分是纤维素,纤维素大分子 的基本链结是ß-葡萄糖剩基，由相邻2个葡萄糖剩 基反向对称、一正一反连接而成，它的空间结构属 于椅式结构。其分子式为(C6H10O5)，化学结构式为：
棉纤维大分子的聚合度为6000～15000 氧六环结构是固定的，但六环之间夹角可 以改变，所以分子在无外力作用的非晶区 中，可呈自由弯曲状态 棉纤维大分子取向度较高，主要是次生层 原纤排列的螺旋角在(20°～30°)的影响， 故纤维强度较麻纤维低，但伸长较大