纤维素纤维属性

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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。
n为
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。
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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 聚合度，500~11000。
(C6H10O5)n，
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 维液素的的毫损升伤数程。度。碘值是指1g干燥纤维素能还原0.1NI2溶
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。
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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、
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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（大分子中的葡萄糖剩基之间的相互位置发生变化，形成新的结晶 结构）。浓碱与纤维素的反应主要是与羟基的作用，参与反应的羟基 数的多少用γ值表示。γ值指的是每100个葡萄糖剩基内起反应的羟基 数。每个葡萄糖剩基内有3个羟基，故γ值可从0到300。 影响 γ值的因素：氢氧化物的种类、处理温度、碱液浓度、溶剂。 碱纤维素的结构变体：碱液浓度不同、处理温度不同、氢氧化钠溶液 与纤维素相互作用生成不同的碱纤维素。这种化学组成相同的物质能 生成若干结构变体的现象——同质多晶现象。
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。
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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。
纤维素在碱液中的溶胀和溶解：
溶胀包括水化阶段、溶胀阶段。无限溶胀即溶解。
影响纤维素溶胀的主要因素有：碱的种类；处理温度；碱液浓度。
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碱处理后纤维素纤维性质的变化：结晶度下降，聚合度下降。 A 吸水能力比原纤维素大。 B 对染料的吸附能力比原纤维素大，改善染色性能。 C 对各种化学试剂作用的稳定性降低，容易酯化、醚化、氧化。 D 弹性增加，延伸性提高，而强力则可能降低。 4 氧化剂的作用 选择性氧化剂：二氧化氮，高碘酸，某一位置某一特定官能团氧化作用。 非选择性氧化剂：空气、臭氧、双氧水、次氯酸钠、卤素、高锰酸钾等。 随着氧化剂种类、反应条件、溶液酸性、碱性都有变化。 还原性氧化纤维素：含羰基的氧化纤维素，铜值碘值增加，稀碱中加热损
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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)
CH2OH O
O
OH
+ nH2O
OH n
CH2OH OH
O
n OH
OH
-D-葡萄糖
OH
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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。