纤维化学

植物纤维化学植物纤维化学是研究植物中纤维素及其化学加工和应用的一门学科。

植物纤维作为一种自然的、可再生的生物大分子材料，在生产和生活中具有广泛的应用。

例如，纸张、纺织品、建筑材料等众多行业都离不开植物纤维这一重要资源。

植物纤维化学旨在深入了解植物纤维的化学组成、结构与性质，制定优化的加工工艺，拓展其新的使用领域。

一、植物纤维的化学组成植物纤维的主要化学成分是纤维素和半纤维素。

纤维素是一种多糖，由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成。

半纤维素也是一种多糖，包括木聚糖、半乳糖、甘露聚糖等。

此外，植物纤维还有少量的酚类物质和蛋白质。

纤维素和半纤维素的含量和比例因植物种类和部位不同而变化。

在棉花中，纤维素含量占80%以上，半纤维素含量较低；而在木质植物中，两者含量相近。

二、植物纤维的结构植物纤维的结构可分为两种类型：原生纤维和次生纤维。

原生纤维是由原生细胞壁构成的，例如棉纤维和亚麻纤维。

原生纤维的直径较细，一般小于20微米；因其生长仅发生一次，其结构较简单，只包括纤维素、半纤维素和细胞壁质量。

次生纤维是由次生细胞壁构成的，例如木质素。

次生纤维的直径较粗，一般为20-50微米；其结构复杂，包括三部分：原生细胞壁、次生细胞壁的中层和次生细胞壁的内层。

三、植物纤维化学加工植物纤维在工业上常通过化学方法进行加工。

主要包括以下几个步骤：去除杂质、碱处理、漂白、纤维素膨胀、染色和强化。

去除杂质：将植物纤维进行筛分、清洗、熬软等步骤，去除与纤维相连的非纤维物质，如叶片、树枝等。

碱处理：将去除杂质后的植物纤维浸泡在碱液中，使纤维得到脱脂、脱胶、脱色等处理。

常用的碱液包括氢氧化钠、碳酸钠及亚硫酸等。

漂白：碱处理后的植物纤维中仍含有少量的杂质和色素。

漂白是将这些杂质和色素分离出来，使纤维得到漂白和增白的效果。

漂白剂主要有氯和过氧化氢等。

纤维素膨胀：纤维素膨胀是将处理后的植物纤维浸泡在化学溶液中，使其膨胀，并形成纤维素膜。

一.名词解释纤维素：纤维素是由β,D-葡萄糖基通过1,4-苷键连接而成的线状高分子化合物。

水解纤维素：纤维素部分水解所生成的不溶于水的产物称为水解纤维素。

纤维素1:天然纤维素的结晶格子称为纤维素I.纤维素2：经过Na-纤维素I的形式在NaOH的作用下得到的纤维素。

纤维素3：经过NH3-纤维素I的形式，在蒸发所得到的纤维素。

木素：是由苯基丙烷结构单元（及C6-C3单元）通过醚键，碳-碳键链接而成的芳香族高分子化合物。

原本木素：以天然状态存在于植物体中的木素，未经过任何加工。

磨木木素：磨木木素又称贝克曼木素，它是在室温下用不引起润胀作用的中性溶剂做介质，仔细的研磨木粉，通过溶剂抽提而获得的高得率的分离木素。

半纤维素：半纤维素是由多种糖基，糖醛酸基所组成的，并且分子中往往带有支链的复合聚糖的总称。

综纤维素：又称总纤维素，指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即纤维素和半纤维素的总称）克-贝纤维素：由英国人克罗斯和贝文提出的分离纤维素的方法所得到的纤维素称为克-贝纤维素。

工业半纤维素：习惯上将β-纤维素和γ-纤维素之和称为工业半纤维素。

硝酸乙醇纤维素：用20%的硝酸和80%乙醇的混合液，在加热至沸腾的条件下处理无抽提物的试样，使其中的木素变为硝化木素、溶于乙醇中而被除去，所得残渣既为硝酸乙醇法纤维素。

润胀：固体吸收润胀剂后，其体积变大但不失其表观均匀性，分子间的内聚力减小，固体变软的现象。

纤维素纤维的润胀分为：有限润胀和无限润胀。

纹孔：植物细胞在增厚过程中，并不是整个细胞都产生均匀增厚的，其未增厚的部分细胞壁较薄，在显微镜下观察成一个孔，称为纹孔。

解释纤维素纤维的滞后现象：吸附时先要破坏无定形区的氢键才能吸水，分子内有一定的应力抵抗这种破坏，氢键不可能全部打开；而解吸时，先失去多层水，然后失去氢键结合水。

纤维素与水分子之间的氢键不能全部可逆地被打开，故吸着的水较多，产生滞后现象。

二.简答题1、比较木素在酸性条件下和碱性条件下的亲核反应，找出共同点和不同点？答：共同点：都可以生成正碳离子结构。

化学纤维的分类化学纤维是由人工合成或者从天然材料中提取出来的纤维材料。

根据其化学成分和制造工艺的不同，化学纤维可以分为多个不同的类别。

下面将介绍化学纤维的主要分类及其特点。

1. 按照化学成分分类1.1 聚酯纤维聚酯纤维是一种由聚酯树脂制成的化学纤维，其具有柔软、耐磨损、牢固的特点。

聚酯纤维可以在高温和湿度下保持其优良的性能，因此适合用于制作服装、家庭纺织品和工业材料等。

常见的聚酯纤维有聚乙烯醇纤维（PVA）和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（PET）等。

1.2 锦纶纤维锦纶纤维是一种由聚酰胺制成的化学纤维，它具有强度高、弹性好、耐磨损、抗皱缩等特点。

锦纶纤维具有优异的耐腐蚀性和耐酸碱性，因此广泛用于车辆制造、服装、家居纺织品和工业产品等领域。

常见的锦纶纤维有尼龙6和尼龙66等。

1.3 腈纶纤维腈纶纤维是一种由聚丙烯腈制成的化学纤维，具有高强度、高弹性、耐磨损、阻燃等特点。

腈纶纤维的耐热性能较好，但对紫外线辐射敏感。

因此，腈纶纤维常用于制作阻燃服装、防弹背心和工业材料等。

常见的腈纶纤维有丙纶和氰纶等。

1.4 聚醚纤维聚醚纤维是一种由聚醚酮制成的化学纤维，具有高强度、耐高温、耐酸碱等特点。

聚醚纤维具有优异的电绝缘性能和耐候性，因此广泛用于航空、军事和电子工业等领域。

常见的聚醚纤维有聚环氧醚纤维（PEEK）和聚酚醚纤维（PES）等。

2. 按照制造工艺分类2.1 熔融纺丝纤维熔融纺丝纤维是一种通过将聚合物熔化后通过纺丝孔射出，然后冷却固化成纤维的制造工艺。

这种工艺生产的纤维具有均匀细长的形状和较好的力学性能，常见的纤维有聚酯纤维、锦纶纤维等。

2.2 溶液纺丝纤维溶液纺丝纤维是一种通过将聚合物溶解在溶剂中，然后通过纺丝孔射出并脱去溶剂，使聚合物再形成纤维的制造工艺。

这种工艺可以制作出多种不同性质的纤维，如腈纶纤维、聚醚纤维等。

2.3 湿法纺丝纤维湿法纺丝纤维是一种通过将聚合物高分子溶液挤出后通过浸泡在固定液中，使纤维凝固形成的制造工艺。

纤维聚丙烯晴纤维纤维（Fiber ）：一般是指细而长的材料。

纤维具有弹性模量大，塑性形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。

一、天然纤维天然纤维是自然界存在的，可以直接取得纤维，根据其来源分成植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类。

(一)植物纤维植物纤维是由植物的种籽、果实、茎、叶等处得到的纤维，是天然纤维素纤维。

从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等；从植物叶上得到的纤维如剑麻、蕉麻等。

植物纤维的主要化学成分是纤维素，故也称纤维素纤维。

植物纤维包括：种子纤维、韧皮纤维、叶纤维、果实纤维。

种子纤维：是指一些植物种子表皮细胞生长成的单细胞纤维。

如棉、木棉。

韧皮纤维：是从一些植物韧皮部取得的单纤维或工艺纤维。

如：亚麻、苎麻、黄麻、竹纤维。

叶纤维：是从一些植物的叶子或叶鞘取得的工艺纤维。

如：剑麻、蕉麻。

果实纤维：是从一些植物的果实取得的纤维。

如：椰子纤维。

(二)动物纤维动物纤维是由动物的毛或昆虫的腺分泌物中得到的纤维。

从动物毛发得到的纤维有羊毛、兔毛、骆驼毛、山羊毛、牦牛绒等；从动物腺分泌物得到的纤维有蚕丝等。

动物纤维的主要化学成分是蛋白质，故也称蛋白质纤维。

动物纤维 (天然蛋白质纤维) 包括：毛发纤维和腺体纤维。

毛发纤维: 动物毛囊生长具有多细胞结构由角蛋白组成的纤维。

如：绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛、马海毛。

丝纤维: 由一些昆虫丝腺所分泌的，特别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的纤维，此外还有由一些软体动物的分泌物形成的纤维。

如：蚕丝。

(三)矿物纤维矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，其主要来源为各类石棉，如温石棉，青石棉等。

二、化学纤维化学纤维是经过化学处理加工而制成的纤维。

可分为人造纤维和合成纤维两类。

(一)人造纤维人造纤维是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料，经过化学加工后制成的纺织纤维。