纤维的分子结构和化学性质精.docx

1、纤维的分子结构和化学性质精第一节 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

2、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

3、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 ;orCell-

4、OHNaOH 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

5、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）： -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

6、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

7、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, H2O26、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、

8、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：

9、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%

10、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（510%） 第三单体（13%）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

11、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。