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简述纤维的结构层次特征
纤维是一种具有特殊结构的高分子材料，广泛应用于纺织、建筑、医疗等领域。
它的结构层次特征是其重要的物理和化学性质的基础。
纤维的结构层次特征可以分为以下四个方面：
1. 分子结构层次：纤维由多个高分子链相互排列组成。
这些高分子链通常是线性的，由不同的化学基团组成。
例如，聚酯纤维由醋酸乙烯酯和对苯二甲酸组成，而聚酰胺纤维则由亚胺基和羧基组成。
这种高分子链的结构决定了纤维的物理和化学性质。
2. 基本结构层次：纤维的基本结构层次也称为超分子结构层次。
它是由高分子链之间的相互作用形成的。
这些相互作用通常是氢键、范德华力、离子键等。
这种相互作用的强度和类型决定了纤维的拉伸强度、柔韧性和其他物理性质。
3. 组织结构层次：纤维的组织结构层次是由基本结构层次组成的。
纤维可以形成单纤维、多纤维或织物等结构。
这种组织结构决定了纤维的表面形态、力学性质和应用特性。
4. 化学结构层次：纤维的化学结构层次是由分子结构、基本结构和组织结构组成的。
这种结构层次可以通过化学修饰和功能化处理来改变纤维的性质和应用特性，例如增强纤维的抗菌性、防晒性、防静电
性等。
总之，纤维的结构层次特征是非常复杂和多样的。
理解和掌握这些特征对于纤维材料的开发和应用具有重要意义。
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。
纤维的分⼦结构和化学性质要点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。
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 + H2O
Cell-OH + NaOH=Cell-ONa+ H2O ;or
Cell-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。
4、纤维素分子其它反应
A）酯化反应
纤维素分子与（羧）酸类物质反应生成酯：
纤维素分子形成磷酸酯后能使织物具有阻燃性；与醋酸酐反应生成纤维素醋酸酯是制造人造纤维——醋酯纤维的原料。
B）醚化反应
纤维素分子与氯乙酸在碱性条件下的反应产物称羧甲基纤维素钠，可用作纺织浆料和增稠剂；与缩水甘油三甲基氯化铵反应后形成阳离子衍生物，使纤维素纤维织物在用阴离子染料染色和其它染料染色时上染率和染色牢度大为提高，同时兼有抗静电、抗菌、防霉等功效，用于难染色的苎麻纤维织物上尤其有效。
C）加成反应
纤维素分子与上述试剂反应后，氰乙基化产物使纤维素纤维织物具有防腐性，氨基甲酰乙基化产物使纤维素纤维织物对活性染料染色反应性提高，乙烯砜型加成产物其本身就是乙烯砜型活性染料染色反应时与纤维素纤维进行共价键结合反应的一步。
D）接枝反应
M:
接上丙烯酸后，纤维素纤维织物就可用阳离子染料染色和印花，耐洗牢度和颜色都有较好的效果。
三、蛋白质纤维的分子结构和化学性质
蛋白质分子构成的纤维天然动物
人造植物
蛋白质高分子的单元结构是氨基酸残基（下式左）：
α-氨基酸
纤维蛋白质分子的构成主要有C、H、O、N、S五种元素。
蛋白质的三级结构
* 蛋白质分子中氨基酸序列结构称为蛋白质分子的一级结构、或初级结构：
* 蛋白质分子空间构象有几个层次，分别称为蛋白质的二级结构：
蛋白质的第三级结构：
多肽链侧基之间因氢键等相互作用使多肽链进一步盘旋和折叠，整个分子所形成的不规则的特定构象。
蛋白质副键图：
﹡蛋白质分子副键：由分子主链、侧基的极性或非极性基团、离子基团相互作用而成。
由于副键数量众多而能稳定蛋白质分子空间构象。
副键种类如下图：
蛋白质分子的化学性质
﹡蛋白质两性性质：
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NH3+ H+
高pH值时：pH内<pH外-COO- OH-
酸碱浓度高或盐多时，内外pH一致。
羊毛反应
2、与酸耐酸，pH2-4沸染，H2SO4炭化除草。
高浓酸，损伤羊毛：水解、氨离子化、离子键拆开。
3、与碱碱使羊毛严重损伤、变黄、溶解、含S降低：主链水解、氨基酸水解、离子键拆开、二硫键断开重接。
4、与还原剂羊毛二硫键、离子键被还原剂断开，羊毛损伤
5、与氧化剂强氧化剂分解羊毛，中强氧化剂对羊毛有损伤作用，控制条件可漂白羊毛：NaClO, H2O2
6、蛋白质与其它物质作用
水：长时间高温条件下可发生水解作用
盐水：促进蛋白质纤维溶胀或溶解，浓的CaCl2、Ca(NO3)2处理蚕丝，会使纤维急剧收缩；碱式ZnCl2等溶液能使丝纤维溶解。
改性反应：有羟基、酚羟基、羧基和氨基等
（1）蚕丝纤维甲基化使丝活性基团变成不活泼基团，抑制丝泛黄，甲基化试剂为重氮甲烷（CH2N2）：
（2）蚕丝纤维酰基化可使丝弹性、绝缘性改善，吸湿性降低
（3）蚕丝甲醛交联可提高丝耐碱性、湿强度：
四、合成纤维的分子结构与化学性质
★涤纶分子结构:
聚对苯二甲酸乙二醇酯。
分子结构只有弱极性基团，吸湿性差、染色性差。
-COO-酯基具有反应性，如水解；但苯基、亚乙基稳定，故涤纶稳定性好。
-OCH2CH2O-具柔性，故可折叠。
分子线性、规整，分子聚集时容易紧密堆积（结晶），使纤维形状、强度好。
涤纶高分子的化学性质
主要由酯基决定，在强酸、强碱性溶液中酯基会发生水解反应使分子链断裂：
碱性水解应用：涤纶碱剥皮对氧化剂、还原剂的耐受性比较好,化学性质稳定.
锦纶分子的结构和化学性质
锦纶6是由己内酰胺开环聚合而成，锦纶66是由己二胺和己二酸缩聚而成，此外还有锦纶610、锦纶1010等
锦纶的化学性质
比较稳定，主要在酰胺基和分子两端基团上发生反应。
水：对锦纶没有什么影响。
碱：锦纶水解也不严重，耐碱性较好。
酸：稀酸溶液中锦纶水解不严重，因此稀酸对锦纶损伤不重，但在浓HCl溶液中，锦纶分子水解、溶解，锦纶纤维强度下降。
氧化剂：较为敏感，接触氧化剂时发生降解破坏，纤维强度受损。
酰胺、R基结构：用酸性染料染色；阳离子染料染色；还因为锦纶分子的非极性部分链比例大，可用分散染料染色。
具有4%的吸湿率。
（三）腈纶分子的结构和化学性质
第一单体（~85%）第二单体（5~10%）第三单体（1~3%）
属于无规共聚物
第一单体：只有第一单体，纤维性能不好，脆、弹性手感差、不易染色
第二单体：改善纤维结构，减弱氰基之间的作用力，
第三单体：结合染料基团，利于染色。
腈纶分子的化学
性质其分子主链全是碳元素构成，稳定；侧基是氰基（—CN）和其它基团，具有化学反应性。
酸：耐酸能力强。
碱：对弱碱也不敏感，但在高温强碱溶液中，由于OH- 催化—CN水解的能力很强，使腈纶纤维失重、发黄、溶解：
氧化剂：不敏感，可用H2O2、NaClO2漂白腈纶纤维。
还原剂：也不反应，可用NaHSO3、Na2SO3、保险粉漂白腈纶纤维。
高温热处理：能进行重排环化反应，形成碳纤维。
四）其它合成纤维分子的结构和化学性质
1、丙纶丙纶属于聚烯烃纤维。
化学惰性：酸和碱不反应，酒精、乙醚等极性溶剂不能溶解，但有机烃类非极性溶剂能溶解纤维态丙纶分子。
丙纶分子对强氧化剂作用亦敏感，会降解；受热容易发生热氧化降解，在有水、氧条件下，如果纤维中有痕量金属（铜、铁等），发生光敏降解很快速，因而使丙纶纤维耐光性能很差。
丙纶分子上没有可留驻染料的基团，丙纶纤维染色很困难，分散染料染色也只能得很淡颜色，只能用其它上色方法，如熔体染色等。
2、维纶
在合成纤维中吸湿性最高。
维纶分子的化学性质由—OH决定，纤维耐酸、碱性优良，在溶剂苯酚、间甲苯酚中溶胀，溶于80%、55℃甲酸；由于羟基多，染色性能近似于纤维素纤维。
在高湿条件下容易热裂解；高温时，羟基被氧化，脱水引起纤维损伤泛黄。
3、氨纶
化学性质依分子结构而定，聚醚软段型氨纶耐酸性好，但在稀HCl、H2SO4中会发黄；聚酯软段型氨纶耐酸性好，但在热碱中会快速水解。
氨纶染色性能同锦纶相似。
