第二章 再生纤维素纤维
浅谈再生纤维素纤维的鉴别及检测方法
浅谈再生纤维素纤维的鉴别及检测方法摘要：随着我国纺织业的不断发展，现如今再生纤维素纤维应用范围十分广泛。
但是现如今常见的再生纤维素纤维在应用时很难分辨，所以就要结合现如今的再生纤维素纤维鉴别技术和检测方法来进行有效的鉴别，并且在检测时要根据科学合理的检测流程，进行合理的检测。
本篇文章介绍了几种经常使用的再生纤维素纤维的检测方法，从而进一步分辨常见的再生纤维素纤维。
关键词：再生纤维；素纤维；鉴别检测现如今再生纤维素纤维是现如今最常见的纺织纤维，并且利用率较高。
再生纤维素纤维具有合成纤维的材料结构的性质、舒适度较高、成本较低和适合制作纤维等的特点，所以在现如今作为纺织品的原料被广泛应用。
但是由于市场中最常见的再生纤维素纤维难以辨别，所以就要利用各种化学方式对常见的再生纤维素纤维进行分辨，从而了解各个再生纤维素纤维。
下面介绍了几种常见再生纤维素纤维和分辨再生纤维素纤维的方法，从而促进再生纤维素纤维的利用率。
一、常见的再生纤维素纤维由于再生纤维素纤维具有环保、可持续再生自然资源并且资源较为丰富的特点，所以在纺织业的应用也十分广泛，再生纤维素纤维是现如今纺织业的重要原材料，在纺织业的应用范围较广。
（一）莱赛尔Tencel纤维莱赛尔Tencel纤维是绿色纤维，在于20世纪90年代中期进入大众视野中从而被使用，原料主要是较为丰富的天然植物纤维素，具有天丝绒的称号，还被称为近半个世纪以来人造纤维史上最具价值的产品，并且生产过程没有化学反应，使用的溶剂没有毒害，操作工艺较为简单，非常环保。
（二）莫代尔Madol纤维莫代尔Madol纤维再生纤维素纤维之一，并且材料的原料也是天然材料。
对人体没有危害性，生产过程也没有污染性，能够和其他纤维进行一起混合纺织，最终达到合适的效果进行应用。
由于莫代尔Madol纤维主要用于制作内衣，但是莫代尔Madol纤维具有能够进行染色、透气性强等的特点，也逐渐被应用于外衣上。
（三）维劳夫特Viloft纤维维劳夫特Viloft纤维也是一种新型的绿色环保再生纤维，具有光泽好、柔软、透气保暖性好、穿着轻盈舒适等优点。
第二章纤维素
四氧化二氮/二甲基甲酰胺体系
N2O4与纤维素反应生成亚硝酸酯中间衍生物，溶于DMF中。 优点: 成本低、易控制纺丝条件等， 缺点：N2O4是危险品，毒性大，且回收费用高，生成副产物， 有分解爆炸的危险。
氯化锂/二甲基乙酰胺体系 直接溶解不形成任何中间衍生物。 LiCl价格昂贵、回收困难，近年来主要局限实验室研究。
（1）传统溶解方法 黏胶法： 生产粘胶纤维或赛珞玢的主要方法
由于使用和释放大量有害物质CS2 ，且难以回收，因而不少发达国家已停止使用
铜氨法:
铜氨溶液：氢氧化铜溶于氨水生成深蓝色Cu(NH3)4(OH)2络合物， 铜氨、铜乙二胺等配位化合物能够与纤维素形成配位离子，使其溶解
缺点：铜氨溶剂对氧不稳定
溶解机理：断裂纤维素分子间的氢键
优点：选择的溶剂毒性低，对环境影响小；生产工序简单；
原材料消耗低；产品性能优异。
缺点：溶解条件比较严格。
直接溶解法和间接溶解法。
（2）新型溶剂体系 离子液体体系 离子液体（低温熔融盐）：由有机阳离子和无机阴离子构成 的离子化合物，在室温或室温附近温度下呈液体状态。 一种新型溶剂 优点：优良的溶解性、强极性、不挥发、不氧化、对水和空 气稳定、黏度低、易回收循环使用、水作凝固剂。
MC EC HEC HPC CMC CEC EHEC HEMC HECMC HPCMC
取 代 基 种 类
混 合 醚
羟乙基甲基纤维素 羟乙基羧甲基纤维素 羟丙基羧甲基纤维素
离子型 电 离 性 溶 解 性 非离子型 混合型 水溶型 非水溶型
醚化反应
OH
3. 接枝共聚
自由基引发接枝，如四价铈引发、五价钒、高锰酸钾、过硫酸盐、Fentons
1. 酯化反应 纤维素无机酸酯：羟基与硝酸、硫酸、二硫化碳、磷酸等酯
再生纤维素纤维
表2-4 浆粕的理想质量
指标名称 纤维素 杂度
聚合度分布 反应性能 纤维长度分布 浆粕成分均一性
理想要求 越高越好 越低越好 均匀一致，分布带越窄越好
优良 均匀 好
α－纤维素含量高、半纤维素含量低标志着浆粕纯 度高,在纤维生产中浆粕及CS２ 的单位消耗低,也容易进 行碱的回收。
浆粕中的杂质包括SiO２、铁、镁等,它们使粘胶的粘 度增高 ,并能与酸生成不溶性盐如 CaS0４、MgS0４,从而 降低酸浴的透明度或堵塞喷丝头。杂质中的铁、铜、锰 等能加速碱纤维素的老成降解,使工艺不稳定,最终
1.56g/cm3, 比热容为 0.32～0.33, 不溶于水、稀酸、稀 碱和一般的有机溶剂 ,但能溶解在浓硫酸和浓氯化锌溶液 中,同时发生一定程度的分子链断裂,使聚合度降低。纤维 素能很好地溶解在铜氨溶液和复合有机溶液体系中。 纤维素对金属离子具有交换吸附能力。纤维素中含杂质
如木质素及半纤维素越多,其对金属离子的吸附能力越强。 纤维素对金属离子的交换吸附能力与溶液的pHpH值有关,pH 值越高,交换吸附能力越强。
1、纤维素浆粕的制造 纤维素浆粕的生产过程与造纸工业的制浆过程区别
不大 , 但对浆粕的化学纯度及反应性能要求严格,对机 械强度等物理性质无特殊要求,因而生产工艺与造纸工 业有所不同。其生产工艺流程可用图2-4表示。
备料：制浆原料要进行预处理。甘蔗渣原料要经过 开松和除髓,除去其中的蔗髓及其它机械杂质；棉短绒则 要进行开松、除尘,除去砂粒和矿物性杂质以及棉籽壳 等；木材原料则要经过剥皮、除节、切片等处理。
纤维素一般具有良好的对水或其它溶液的吸附性。吸 附性的强弱与纤维素的结构及毛细管作用有关。
纤维素在200200℃以下热稳定性尚好；当温度高于200 时,纤维素的表面性质发生变化,聚合度下降。影响纤维素
再生纤维素纤维分类
再生纤维素纤维分类1.引言1.1 概述再生纤维素纤维是一种非常重要的纤维素材料，具有很高的可再生性和生物降解性。
在过去的几十年中，随着对环境保护和可持续发展意识的不断增强，再生纤维素纤维逐渐成为纺织和其他领域中的热门研究和应用对象。
再生纤维素纤维主要采用可再生植物资源作为原料，例如木浆、废纸、麻类植物等。
与传统的化学纤维相比，再生纤维素纤维具有许多优势。
首先，它们具有良好的生物降解性和可再生性，可以有效减少对环境的污染。
其次，再生纤维素纤维在生产过程中使用的化学药剂较少，对环境污染的压力较小。
此外，再生纤维素纤维还具有良好的透气性、抗菌性和吸湿排汗性能，适用于制作健康舒适的纺织品。
再生纤维素纤维的研究和应用主要集中在两个方面：再生纤维素纤维的定义和特点以及再生纤维素纤维的分类方法。
对于再生纤维素纤维的定义和特点的研究，可以帮助我们更好地了解再生纤维素纤维的基本性质和优势。
而对再生纤维素纤维的分类方法的研究，可以为该类纤维的生产和应用提供参考和指导，促进再生纤维素纤维的更广泛应用。
因此，本文将围绕再生纤维素纤维的定义和特点以及再生纤维素纤维的分类方法展开讨论。
希望通过对再生纤维素纤维的深入研究和分析，可以更好地推动再生纤维素纤维的应用发展，为环境友好型纤维材料的研究和生产做出贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以根据以下内容进行编写:文章结构的设立是为了使读者能够更好地理解整个文章的组织和逻辑关系。
本文将按照以下结构来进行论述。
首先，引言部分将提供对再生纤维素纤维分类的引入，简要介绍再生纤维素纤维的定义和特点，为读者提供一个整体的了解。
接着，正文部分将详细探讨再生纤维素纤维的分类方法。
通过对再生纤维素纤维的来源、制备方法、化学性质等方面的不同进行分类，帮助读者更好地理解再生纤维素纤维的种类和特性。
这部分将介绍各种再生纤维素纤维的特点、应用领域和制备工艺等相关内容，并给出具体案例和实验数据作为支持。
第二章 再生纤维素纤维
（单位：%）
阔 叶 木 云南松 11.60 0.34 —— 3.39 14.43 3.95 —— —— 27.94 10.41 46.54
——
抽 出 物
成分 水 分 灰 分 冷水 热水
1% NaOH
马尾松 8.17 0.50 2.50 2.80 14.67 3.06 —— —— 27.79 11.40 58.79
聚合度越低纤维素越易溶解，显然，α－纤维素的 聚合度高于半纤维素的聚合度。 α－纤维素的聚合度一般在200以上， β－纤维素为140～200, γ－纤维素则为 10～140。 浆粕的α－纤维素含量越高越好。
3、纤维素的物理性质 纤维素是白色、无味、无臭的物质。
密度为1.50～1.56g/cm3, 比热容为 0.32～0.33,
波里诺西克纤维（polynosic） 高强高模纤维 高卷曲、高弹性纤维
普通强力纤维
超强力纤维
改性及特种纤维：接枝纤维、阻燃纤维、中空纤维
粘胶纤维虽然湿强低,织物易变形褶皱,但其它具有吸湿性好、 透气性强、染色性好、穿着舒适、易于纺织加工、可以生物降 解等优良性能。
这恰好可以弥补合成纤维的不足。因此,粘胶纤维与合成纤维
从60年代中期起,粘胶纤维的发展趋于平缓,到1968年产量开始
落后于合成纤维； 目前世界粘胶纤维的产量约300万吨,约占化学纤维总产量的 10% ； 在粘胶纤维中,短纤维的产量约占三分之二, 其余三分之一是
粘胶长丝和强力纤维
我国自解放后,粘胶纤维的生产才刚刚起步,随后得到迅速发 展,先后建成了近50家中小型粘胶纤维厂,遍及全国20多个省、 市、自治区； 到2003年粘胶纤维总产量达到70多万吨,产量位居世界第一。
1893年由此发展成为一种最早制备化学纤维的方法；
纺织材料学第二章(07)
纺织材料学第二章(07)
• (2) 复合与超细 • 复合纤维的常见结构如图2-28所示，主要
为双组份的，但也可以是多组份的，此时 结构将变得复杂。
纺织材料学第二章(07)
• 对环芯多层结构的夹 层大量掺入碳黑，并 在纤维主体中，并在 纤维主体中也掺入碳 黑，制成耐久性抗静 电、导电纤维。
纺织材料学第二章(07)
• 超细纤维
纺织材料学第二章(07)
• (3) 弹性结构 • 弹性结构的获得主要是通过纤维的分子结
构聚集态结构获得，分子结构中最为主要 的是分子链的柔性和构象。
纺织材料学第二章(07)
3rew
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2020/11/30
纺织材料学第二章(07)
纺织材料学第二章(07)
• 二、纤维的聚集态结构 • 具体所指纤维高聚物的结晶与非晶结构、
取向与非取向结构 . • 1. 纤维的结晶结构 • 将纤维大分子以三维有序方式排列，形成
稳定点阵，形成有较大内聚能和密度并有 明显转变温度的稳定点阵结构，称为结晶 结构。
纺织材料学第二章(07)
结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。
纺织材料学第二章(07)
常用纤维的单基
• 纤维素纤维：-葡萄糖剩基 • 蛋白质纤维：-氨基酸剩基 • 涤纶：对苯二甲酸乙二酯 • 锦纶：己内酰胺 • 丙纶：丙烯 • 腈纶：丙烯腈
纺织材料学第二章(07)
• 单基的化学结构、官能团的种类决定了纤 维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色性等， 单基中极性官能团的数量、极性强弱对纤 维的性质影响很大。
为基原纤→微原纤→原纤→巨原纤→细胞。
纺织材料学第二章(07)
化学纤维概论
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再生纤维素纤维
再生纤维素纤维的基本化学成份与棉纤维相同，因此，维好，可以说它是所有化学纤维中吸湿性与透气性最好的一种。再生纤维素纤维吸湿量高达13%～ 15%，比棉纤维高出6%～7%，具有良好的透气和调湿功能。穿着更加舒适。在12种主要纺织纤维中，含湿率符合 人体皮肤生理要求，优于其他纤维。
甲壳素广泛存在于虾、鳖等水产品和昆虫等节肢动物的外壳中，也存在于菌类、藻类的细胞壁中。粘胶基甲 壳素纤维是以甲壳素、壳聚糖与纤维素混合通过常规的湿纺工艺制成的纤维。它具有生物活性、生物降解性和生 物相容性，具有优良的吸湿保湿功能。采用甲壳素纤维与棉混纺的织物服用除臭的功能，在保健服饰应用开发方 面有着广阔的发展前景。
性质
再生纤维素纤维产品是以天然植物纤维为原料，100%纯天然材质，自然生物降解、无添加、无重金属、无有 害化学物，对皮肤亲和无刺激。是一种性能优良的环保型“绿色”纤维。纤维素分子上存在活泼的羟基，使得再 生纤维素纤维生产中的各个环节可与许多其他分子接枝共聚，进行结合改性，为各种高新技术在再生纤维素纤维 上的发展提供广阔空间。
总之，一切以纤维素为原料重新再利用的纤维都可称之为再生纤维素纤维。
铜氨纤维是一种再生纤维素纤维，它是将棉短绒等天然纤维素原料溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液内， 配成纺丝液，在凝固浴中铜氨纤维素分子化学物分解再生出纤维素，生成的水合纤维素经后加工即得到铜氨纤维。 铜氨纤维的截面呈圆形，无皮芯结构，纤维可承受高度拉伸，制得的单丝较细，所以面料手感柔软，光泽柔和， 有真丝感。铜氨纤维的吸湿性与黏胶纤维接近，其公定回潮率为11%，在一般大气条件下回潮率可达到12%--13%， 在相同的染色条件下，铜氨纤维的染色亲和力较黏胶纤维大，上色较深。铜氨纤维的干强与黏胶纤维接近，但湿 强高于黏胶纤维，耐磨性也优于粘胶纤维。由于纤维细软，光泽适宜，常用做高档丝织或针织物。其服用性能较 优良，吸湿性好，极具悬垂感，服用性能近似于丝绸，符合环保服饰潮流。
第二章纤维的结构特征
第二章 纤维的结构特征纤维的结构是复杂的，是由基本结构单元经若干层次的堆砌和混杂所组成的，并决定纤维的性质。
第一节 纤维基本结构的构成尽管纤维结构复杂，但人们对其认识一般分为三个方面，最为直观的纤维形态结构、较为间接的纤维聚集态结构和更为微观的纤维分子结构。
一、纤维的形态结构1. 基本内容纤维的形态结构，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。
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。
2. 纤维的原纤结构(1)原纤结构特征纤维中的原纤(fibril)是大分子有序排列的结构，或称结晶结构。
严格意义上是带有缺陷并为多层次堆砌的结构。
原纤在纤维中的排列大多为同向平行排列，提供给纤维良好的力学性质和弯曲能力。
纤维的原纤按其尺度大小和堆砌顺序可分为基原纤→微原纤→原纤→巨原纤→细胞。
(2) 各层次原纤的特征基原纤(proto-fibril或elementary fibril)是原纤中最小、最基本的结构单元，亦称晶须，无缺陷。
微原纤(micro-fibril)是由若干根基原纤平行排列组合在一起的大分子束，亦称微晶须，带有在分子头端不连续的结晶缺陷，是结晶结构。
大分子基原纤微原纤图2-1 微原纤的堆砌形式示意图原纤(fibril)是一个统称，有时可代表由若干基原纤或含若干根微原纤，大致平行组合在一起的更为粗大的大分子束。
巨原纤(macro-fibril)是由多个微原纤或原纤堆砌而成的结构体。
细胞(cell)是由巨原纤或微原纤直接堆砌而成的，并有明显的细胞边界。
二、纤维的聚集态结构具体所指纤维高聚物的结晶与非晶结构、取向与非取向结构、以及通过某些分子间共混方法形成的“织态结构”等。
1. 纤维的结晶结构将纤维大分子以三维有序方式排列，形成稳定点阵，形成有较大内聚能和密度并有明显转变温度的稳定点阵结构，称为结晶结构。
对于纤维聚集态的形式，上世纪40年代出现了“两相结构”的模型。
2-第二章 纤维的结构特征r1
no
聚合度 n
n的分布：希望n的分布集中些，分散度 小些，这对纤维的强度，耐磨性、耐疲 劳性、弹性都有好处。
制造化纤时，要控制n的大小。 n太小——强度不好；n太大——纺丝困 难。
3、纤维大分子链的支化、构型 纤维大分子的形状由于单基的键接方式 的不同，可以分为三种构造形式：
线型linear 枝型branched 网型network(crosslinked)
是化学键中作用力较弱 的一种，能量30～50千 卡/克分子 能量50～200千卡/克分 子
盐式键
化学键
四种结合力的能量大小：
–化学键＞盐式键＞氢键＞范德华力
四种结合力的作用距离：
–化学键＜盐式键＜氢键＜范德华力
1. 纤维的结晶结构 纤维大分子以三维有序方式排列，形成有较大 内聚能和密度并有明显转变温度的稳定点阵结构， 称为结晶结构,相应的区域称为晶区。 。 2. 纤维的非晶结构 纤维大分子呈不规则聚集排列的结构，称为非 晶结构，相应的区域称为非晶区。
大分子 基原纤 微原纤
图2-1 微原纤的堆砌形式示意图
（3）原纤 由若干基原纤或含若干根微原纤大致平行组 合在一起的更为粗大的大分子束，直径10-30nm。 （4）巨原纤 由多个微原纤或原纤堆砌而成的结构体，直 径100-600nm。 （5）细胞 由巨原纤或微原纤直接堆砌而成的，并有明 显的细胞边界。
第二节 纤维的结构特征与测量
一、纺织纤维结构的一般特征
从形态上看：要求具有一定的长度和细度；较 高的长径比；具备形成一维材料的基本条件； 从聚集态结构看：要求具有一定的结晶和取向， 但又必须有一定的无定形区； 从大分子组成和结构上看：要求分子量较高、 且分子量分布应比较窄，支链较短，侧基要小。
2-第二章 纤维的结构特征r1
no
聚合度 n
n的分布：希望n的分布集中些，分散度 小些，这对纤维的强度，耐磨性、耐疲 劳性、弹性都有好处。
制造化纤时，要控制n的大小。 n太小——强度不好；n太大——纺丝困 难。
3、纤维大分子链的支化、构型 纤维大分子的形状由于单基的键接方式 的不同，可以分为三种构造形式：
线型linear 枝型branched 网型network(crosslinked)
纺织纤维除了无机纤维（玻纤、石棉纤 维、金属纤维）等外，绝大多数都是高 分子化合物（即高聚物）,分子量很大。
1、单基（链节）
构成纤维大分子的基本化学结构单元。 A′－A－A……A－A－A〞或 A′－(A)n－A〞 A ——单基； A′、A〞——端基； n ——聚合度；
常用纤维的单基
第三节 典型纤维的结构与特征
一、典型天然纤维的结构与特征
1. 棉纤维的结构与特征
纤维素大分子的基本链结是ß -葡萄糖剩基
第三节 典型纤维的结构与特征
一、典型天然纤维的结构与特征
1. 棉纤维的结构与特征 （1）分子结构及分子间结构
图2-9 棉纤维原纤中(纤维素I)的晶胞结构
（2）细胞形态与构成
是化学键中作用力较弱 的一种，能量30～50千 卡/克分子 能量50～200千卡/克分 子
盐式键
化学键
四种结合力的能量大小：
–化学键＞盐式键＞氢键＞范德华力
四种结合力的作用距离：
–化学键＜盐式键＜氢键＜范德华力
1. 纤维的结晶结构 纤维大分子以三维有序方式排列，形成有较大 内聚能和密度并有明显转变温度的稳定点阵结构， 称为结晶结构,相应的区域称为晶区。 。 2. 纤维的非晶结构 纤维大分子呈不规则聚集排列的结构，称为非 晶结构，相应的区域称为非晶区。
再生纤维素纤维生产及质量控制
浆粕→连续式浸渍压榨粉碎联合机→老成鼓→黄化机→溶解机→混合机→过滤机→连续快速脱泡桶
五合机法： 此法将浸渍、粉碎、老成、黄化、初溶解五道工序合在一个机台内完成。经初溶解后的 粘胶直接送后溶解机、混合、过滤、脱泡，此法生产周期短，设备投资少，占地面积小， 劳动条件好，但制得的粘胶质量差，仅用于普通粘胶短纤维生产。其生产工艺流程如下： 浆粕→五合机→后溶解机→混合机→过滤机→脱泡桶
三、碱纤维素的制备
浆粕的浸渍（碱化）+碱纤维素的压榨+碱纤维素的粉碎
（一）浸渍（碱化） 浸渍（碱化）
浆粕在18%左右的烧碱溶液中，纤维素与烧碱作用，生成碱纤维素；同时浆粕膨胀，使浆 粕中的半纤维素和其它杂质溶出，这个过程称为浸渍，又称碱化。
1．浸渍的目的
纤维素与烧碱作用，生成碱纤维素； 使浆粕中的半纤维素和其它杂质溶出； 纤维素大分子间的氢键受到破坏，使纤维素的反应性能提高； 碱化后的纤维素能与CS2作用生成纤维素黄酸酯钠盐制取粘胶溶液；
第二章再生纤维素纤维
24
2、纤维素的分类
根据纤维素在特定条件下在17.5%NaOH溶液中溶解毒的 不同分为：α-纤维素和半纤维素 α-纤维素：植物纤维素在特定的条件下不溶于20℃，用 17.5%NaOH溶液那部分纤维素； 聚合度＞200
半纤维素：浆粕在20℃，用17.5%NaOH溶液处理45min， 溶解的那部分纤维素。 其中溶解部分中用醋酸中和又重新 沉淀分离出来的那部分称β纤维素：聚合度140～200；不能 沉淀出来的称γ纤维素：聚合度10~140）
３．浆粕的混合：
目的：减少或消除各批浆粕间品质的差异 原则：混粕批数：6～16个批号；批数越多→混粕均匀性↑→粘胶质量稳定
41
（二）碱纤维素的制备
浆粕在18%左右的烧碱溶液中，纤 维素与烧碱作用，生成碱纤维素；同 时浆粕膨胀，使浆粕中的半纤维素和 其它杂质溶出，这个过程称为浸渍， 又称碱化。
除非纤维素杂质 和提高浆粕的反 应能力
提高纯度和 反应性能
提高白度和 反应能力
30
生产车间
棉浆粕
浆粕包装车间
产品检验
31
2、浆粕的质量要求
（1）纯度高 α-纤维素↑→制得纤维质量↑ →浆粕生产成本↑ 长丝浆：α-纤维素＞95.5%（棉浆）；90%（木浆）
短纤浆：α-纤维素＞92%（棉浆）；88%（木浆）
羟基发生反应，生成不同的纤维素衍生物。
27
酸对纤维素的作用： 甙键具有缩醛键的性质→酸→水解作用→甙键发生断裂→ 聚合度↓ 氧化剂对纤维素的作用： 纤维素是多羟基化合物→氧化剂→分子链断裂→聚合度↓ ——伯羟基（-CH2OH）氧化成醛基（CHO），并可继续 氧化成羧基。 ——链末端环节中的还原性基团氧化成羧基。 ——葡萄糖酐环节中C（2）和C（3）上羟基氧化成醛基， 并可继续氧化成羧基 ——C（2）和C（3）上的羟基在环不破裂下氧化成一个 酮基或二个酮基。 28
再生纤维素纤维 莫代尔 远红外
再生纤维素纤维、莫代尔和远红外是纺织行业中备受关注的三大热门话题。
这三者都是目前纺织品市场中备受追捧的高新技术产品，受到用户的青睐。
今天，我们将对这三种纤维进行深入探讨，探寻它们的独特优势和应用价值。
一、再生纤维素纤维1. 更环保：再生纤维素纤维是一种以植物纤维为原料制成的纤维，因其天然、可生物降解的特点，被誉为“21世纪的绿色纤维”。
2. 舒适性能：再生纤维素纤维具有出色的透气性和吸湿性，能够吸收皮肤分泌的汗液，保持皮肤干爽。
3. 抗菌防臭：由于其材料的特性，再生纤维素纤维拥有一定的抗菌抑菌功能，有效减少细菌滋生，大大降低衣物异味产生。
二、莫代尔1. 亲肤性：莫代尔纤维具有出色的亲肤性，触感柔软、滑爽，给人带来超乎想象的触感体验。
2. 色彩保持：莫代尔纤维具有较好的色牢度和耐洗性，能够使面料颜色长时间保持鲜艳。
3. 环保：莫代尔是一种100天然的纤维，原料主要取自桦树木浆，生产过程对环境基本无污染，是一种对地球更加友好的材料。
三、远红外1. 保健功能：远红外线能够渗透皮肤深层，促进身体微循环，有助于改善人体健康。
2. 保温功能：远红外线能够产生一定的热能，能够有效保温，提高服装的保暖性能。
3. 抗菌效果：远红外线还具有一定的抗菌作用，可以减少细菌滋生，保持衣物清洁卫生。
四、结语再生纤维素纤维、莫代尔和远红外作为纺织业中的几大热门材料，各自具有不同的优势和特点，被广泛应用于服装、家居纺织等领域。
随着人们对生活品质的不断追求，这三种纤维材料的应用将会更加广泛，为人们的生活带来更多的便利和舒适体验。
希望随着科技的不断进步，纺织材料能够为人们的生活带来更多的惊喜和改变。
五、三种纤维的融合应用再生纤维素纤维、莫代尔和远红外作为三种热门纤维材料，其独特的性能和优势使它们在纺织品行业中备受瞩目。
将这三种纤维材料进行融合应用，不仅可以充分发挥它们各自的优势，还能够相互补充，为人们带来更加优质、舒适的生活体验。
再生纤维素纤维
cellul ose fiber用纤维素为原料制成的、结构为纤维素II的再生纤维.由于耕地的减少和石油资源的日益枯竭，天然纤维、合成纤维的产量将会受到越来越多的制约；人们在重视纺织品消费过程中环保性能的同时，对再生纤维素纤维的价值进行了重新认识和发掘。
如今再生纤维素纤维的应用已获得了一个空前的发展机遇。
再生纤维素纤维的发展总体上可以分为三个阶段，形成了三代产品。
第一代是20世纪初为解决棉花短缺而面世的普通粘胶纤维。
第二代是20世纪50年代开始实现工业化生产的高湿模量粘胶纤维，其主要产品包括日本研发的虎木棉(后命名为Po lynos ic)和美国研发的变化型高湿模量纤维H WM以及兰精公司80年代后期采用新工艺生产的Mod al纤维。
60年代后期开始，由于合纤生产技术的迅速发展，原料来源充足和成本低廉，合成纤维极大地冲击了再生纤维素纤维的市场地位。
许多研究机构和企业更多地关注了新合纤的开发和应用。
在此期间，世界再生纤维素纤维的发展趋于停滞。
第三代产品是以20世纪90年代推出的短纤T encel(天丝)、长丝Newc ell为代表。
受健康环保意识、崇尚自然等因素的影响，人们对再生纤维素纤维有了新的认识，新一代再生纤维素纤维的理化性能也有了充分的改进，因此，再生纤维素纤维的应用重新出现了迅猛的增长。
据报道，全世界2005年合成纤维总产量为3 460万t，相比于2004年的3470万t下降了0．30％。
但再生纤维素纤维产量出现了显著的增长趋势，据统计，2003年世界再生纤维素纤维的总产能为226．4万t，2004年为246．3万t，2005年则达到了292．7万t，2006年全球再生纤维素总量达到了340万户。
第二章 纤维的结构特征
常用纤维的单基
纤维素纤维： 葡萄糖剩基 纤维素纤维：β-葡萄糖剩基 蛋白质纤维： 氨基酸剩基 蛋白质纤维：α-氨基酸剩基 涤纶： 涤纶：对苯二甲酸乙二酯 锦纶： 锦纶：己内酰胺 丙纶： 丙纶：丙烯 腈纶： 腈纶：丙烯腈
单基的化学结构、 单基的化学结构、官能团的种类决定了 纤维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、 纤维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色 性等，单基中极性官能团的数量、 性等，单基中极性官能团的数量、极性 强弱对纤维的性质影响很大。 强弱对纤维的性质影响很大。
化 —— 度
的 ——
P no
聚合度 n
纤维大分子链的支化、 3、纤维大分子链的支化、构型 纤维大分子的形状由于单基的键接方式 的不同，可以分为三种构造形式： 的不同，可以分为三种构造形式： 线型linear 线型linear 枝型branched 枝型branched 网型network(crosslinked) 网型network(crosslinked)
聚合度与力学性质的关系
强 度
制
n→n临，纤维开始 具有强力； 具有强力； n↑，纤维强力↑ n↑， 纤维强力↑ n↑； （∵n↑；大分子间 的结合键↑ 的结合键↑结合能 量变大）； 量变大）； 增加至一定程度， 但n增加至一定程度， 强力趋于不变。 强力趋于不变。 低时，一般来说， n低时，一般来说， 纤维的强度低些， 纤维的强度低些， 湿强度也低些， 湿强度也低些，脆 性明显些。 性明显些。
取向和无序排列的缨状微胞结构
3. 纤维的取向结构
取向度:大分子排列方向与纤维轴向符合的 取向度 程度.（指大分子或链段等各种不同结构单 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。 元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。 ） 纤维的取向结构使纤维许多性能产生各向 异性。 取向度与纤维性能间的关系： 取向度与纤维性能间的关系 取向度大——大分子可能承受的轴向拉力 也大，拉伸强度较大，伸长较小，模量较 高，光泽较好，各向异性明显.
再生纤维素纤维
再生纤维素纤维——Tencel纤维Tencel纤维又称“天丝”，又称“Lyocell（莱赛尔）”。
是以针叶树为主的木浆、水和溶剂氧化胺混合，加热至完全溶解，在溶解过程中不会产生任何衍生物和化学作用，经除杂而直接纺丝，其分子结构是简单的碳水化合物。
Tencel纤维在泥土中能完全分解，对环境无污染；另外，生产中所使用的氧化胺溶剂对人体完全无害，几乎完全能回收，可反复使用，生产中原料浆粕所含的纤维素分子不起化学变化，无副产物，无废弃物排出厂外，是环保或绿色纤维。
Tencel纤维在高性能过滤中的应用可溶性纤维是通过提纯的木浆溶纺而成的，是100% 纤维素纤维Tencel可溶性纤维作为原材料，进行商业化生产非织造布已经有15 年之久，它广泛用于饮料、工业气体、液体、汽车燃料及油品的过滤，也可作为香烟用滤纸。
可持续性是 Tencel 可溶性纤维研究开发的重点，在非粮食作物用地上种植树木来制造可溶性纤维，可再生且对环境影响很小。
目前，美国、英国和奥地利等国家的纤维生产厂家已开始了大规模的商品化生产。
可溶性纤维生产流程如图 1 所示。
Tencel 可溶性纤维截面呈圆形，它具有光滑、韧性好、模量高、结晶度高、有序的微观结构等优良特性，如图 2 所示。
Tencel 过滤用纸造纸用 Tencel 纤维长度通常为2 ～6 mm，这些纤维主要取材于树干加工而成，见图3。
Tencel 纤维的纤丝化率不仅与纤维的等级有关，还与匀浆机圆盘的几何形状有关。
高匀浆度( 高 SR 值或低 CSF 值) 、低比边缘载荷有利于减小纤维的尺寸，充分利用原料纤维。
最佳的低比边缘载荷( SEL) 接近 0． 2 Ws/m，见图 4。
研究表明，在低比边缘载荷条件下加工的纯 Tencel 滤纸性能得到了大大改进。
高匀浆度的纤维具有更细小的孔结构，可略微减小实际滤纸的体积。
此外，100% Tencel 滤纸具有良好的孔隙性，在一定的压差下其过滤效率远远优于传统的木浆纸，见图 5。
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⒉纤维素浸渍
⑴浸渍过程中化学及物理变化 碱与纤维素的相互作用可分为两个阶段（化学 变化），首先生成加成化合物
加成化合物还可进一步形成醇化物
酸性较弱的伯羟基则生成
纤维素大分子上酸 性较强的仲羟基生成
物理变化：溶胀和部分低分子溶出，纤维 素的聚合度有所降低。 ⑵影响纤维素溶胀作用的因素 浆粕的膨润作用，包含了纤维间毛细管水 的凝聚作用和纤维素分子上羟基的溶剂化作用。 主要受温度和碱液浓度影响。 ⑶浸渍过程的工艺参数 ①碱液浓度 通常浸渍碱的质量分数控制在18%～20% （最终会被稀释到10%～12% ，该浓度下溶 胀最剧烈）。
⒊纤维素的物理性质 纤维素是白色、无臭、无味的物质 不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂 能溶解在浓硫酸和浓氯化锌溶液中，同时发生一 定程度的分子链断裂，使聚合度降低 能很好地溶解在铜氨溶液和复合有机溶液体系中 对金属离子具有交换吸附能力（木质素和半纤维 素的作用） 具有良好的对水和其他溶液的吸附性，吸附性 的强弱与纤维素结构及毛细管作用有关 200 ℃以下热稳定性尚好， 200 ℃以上聚合度 下降
苛性钠法—适用于棉短绒。 在蒸煮过程中，纤维细胞发生膨润，初生 壁被破坏，浆粕反应性能提高，大部分半纤维 素及其他非纤维素混合物得以除去，浆粕的聚 合度降低。 ⑶精选 经过洗涤、打浆、筛选、除沙和浓缩等过 程，以提高其纯度和反应性能。 ⑷漂白 除去浆料中的有色杂质和残存的木质素、 灰分、铁质，进一步提高纤维素的反应性能， 并最终调节纤维素的聚合度。
⒉碱纤维素黄酸酯的混合 溶解结束后，为尽量减小各批粘胶间的质 量差异，需将溶解终了的数批粘胶进行混合， 使粘胶均匀，易于纺丝。 四、粘胶的纺前准备 ⒈粘胶的熟成 纤维素黄酸酯在热力学上是不稳定的，即 使在常温下放置也会逐步分解，酯化度下降。 粘胶在放置过程中会发生一系列的化学和物理 化学变化，称之为粘胶的熟成。 ⑴粘胶在熟成过程中的化学变化
再生纤维素纤维的生产方法有以下几种： ⑴粘胶法：粘胶纤维。 ⑵溶剂法：铜氨纤维；莱赛尔（Lyocell） 纤维等。 ⑶纤维素氨基甲酸酯法（CC法）：纤维素 氨基甲酸酯纤维。 ⑷闪爆法：新纤维素纤维。 ⑸熔融增塑纺丝法：新纤维素纤维。 目前，纤维素纤维的主要生产方法以粘胶 纤维为主，产量占90%以上。所以，主要介绍 粘胶纤维。
⒉粘胶纤维浆粕的质量要求 应具有纯度高、碱化及黄化时能与化学试 剂迅速而均匀地反应、纤维素酯在碱溶液中扩 散及溶解性能良好等特点，并具有良好的过滤 性能，以保证纺丝顺利进行。
α-纤维素含量高、半纤维素含量低，标志着浆 粕纯度高。 浆粕中的杂质包括SiO2、铁、镁等，它们使粘 胶的粘度升高，并能与酸生成不溶性盐，从而 降低酸浴的透明度或堵塞喷丝头。杂质中的铁、 铜、锰等能加速碱纤维素的老成降解。木质素 可降低浆粕的润湿能力，延缓老成速度，在漂 白时生成有色物质，使纤维产生色斑。 聚合度要求：分布均匀，聚合度高于1200及低 于200的部分越少越好。 总之，要求浆粕的反应性能好（综合指标）。
⒉棉纤维 棉短绒（附着在棉籽壳上的短纤维）是制 造纤维素纤维的优质原料。
⒊禾本科植物纤维 包括竹、芦苇、麦秆、甘蔗渣、高粱杆、 玉米杆和棉杆等。目前，我国已将甘蔗渣、竹 子浆粕用作粘胶纤维的原料。
二、纤维素的结构与性能
⒈纤维素的结构 纤维素是一种由大量葡萄糖残基彼此按照一定的 联接原则，即通过第一个、第四个碳原子用β键连接 起来的不溶于水的直链状大分子化合物。分子通式为 （C6H10O5）n，n为聚合度。
⑷酯化反应 与各种无机酸和有机酸反应，生成各种酯化物， 如硝化纤维素、醋酸纤维素、纤维素黄酸酯等。 ⑸醚化反应 与卤代烷、卤代酸或硫酸酯作用生成纤维素醚。 三、纤维素浆粕的制造及质量要求 ⒈纤维素浆粕的制造 与造纸工业的制浆过程区别不大。
⑴备料 对制浆原料进行预处理。甘蔗渣要经过开松和除 髓，棉短绒要进行开松、除尘，木材要经过剥皮、除 节、切片等处理。 ⑵蒸煮 植物原料经过以上预处理后与蒸煮药剂混合，在 规定的温度和压力下进行蒸煮成为浆料。 分为： 亚硫酸盐法—适用于结构紧密原料，如针叶木； 预水解亚硫酸盐法—适用于树脂和多缩戊糖含量 高的原料，如阔叶树、甘蔗渣等；
第二章 再生纤维素纤维
概述
植物
藻类
微生物
目前全球天然纤维素产量达到1000亿吨／年， 而世界纺织业的纤维素用量不到2200万吨／年。
1838年，法国科学家安斯姆佩恩（Anselme Payen）发现大量植物细胞都具有相同的一种 物质，并将其命名为纤维素（Cellulose）。 1891年，克罗斯（Cross）、贝文（Bevan） 和比德尔（Beadle）等首先制成了纤维素黄 酸钠溶液，因其粘度很大，命名为“粘胶”。 1893年，出现最早制备化学纤维的方法（粘 胶遇酸后，纤维素又重新析出）。 1905年，穆勒（Mueller）等发明了稀硫酸和 硫酸盐组成的凝固浴，使粘胶纤维的性能得到 了较大改善，从而实现了粘胶纤维的工业化生 产。
发展趋势： 改性—兼具粘胶纤维与合成纤维优良性能和特 殊功能的纤维素纤维； 开发环境友好型非粘胶法纤维素纤维绿色生产 工艺。
第一节 生产纤维素纤维的基本原料
一、植物纤维的原料来源及其化学成分 植物纤维（植物的一种细胞）是制造纤维 素浆粕的原料，纤维素浆粕是生产再生纤维素 纤维的原料。 ⒈木材纤维 针叶木是制造纤维素纤维的优质原料 阔叶木也可以
20世纪30年代末期，出现了强力粘胶纤维； 50年代初期，高湿模量粘胶纤维实现了工业化； 60年代初期，粘胶纤维的发展达到高峰，产量占 化学纤维总产量的80%以上； 60年代中期以后，发展趋于平缓； 70年代，发展处于停滞状态（“三废”问题）； 但仍具有不可忽视的地位—吸湿性好、透气性强、 染色性好、穿着舒适、易于纺织加工、可生物降 解。
三、纤维素黄酸酯的溶解和混合 ⒈纤维素黄酸酯的溶解 纤维素黄酸酯与溶剂接触，首先黄酸基团 会发生强烈的溶剂化重要，纤维素开始溶胀， 大分子之间的距离增大，当有足够量的溶剂存 在时，纤维素黄酸酯就大量吸收溶剂分子而无 限溶胀，纤维素的晶格彻底破坏，大分子不断 分散，直至形成均相的粘胶溶液。 溶解过程中，甚至溶解结束后若干小时内， 黄酸基团沿着纤维素大分子链继续再分配，使 黄化比较充分的黄酸基团部分结合在黄化不充 分的部分上，这种作用称之为脱黄化和再黄化。
争论
无定形部分是由结晶部分伸出来的分子链所组 成，结晶部分和无定形部分之间由分子链贯穿， 而二者之间没有严格的界面。纤维素的缨状微胞结构模型 Nhomakorabea
有人则认为结晶部分是由折叠链构成。缨状微 胞结构是普通粘胶纤维的结构形式。
修正的缨状微胞结构模型
缨状原纤结构理论
缨状微胞结构理论认为结晶区较短，而缨状原 纤结构理论认为结晶区较长，晶区是长链分子的 小片断构成的，长链分布依次地通过结晶的原纤 和它们中间的非晶区。天然纤维素纤维、波里诺 西克纤维和高湿模量纤维都具有缨状原纤结构。
纤维素的聚集态结构和其它固体高聚物一 样，是十分复杂的。 早期的微胞结构理论 纤维素分子聚集成微胞，每个微胞都有 严格整齐的界面，象砖块堆砌起来一样。 现代观点则认为这是不确切的。 缨状微胞结构理论
纤维素结构存在两个相态：结晶区和无定形区。 高序部分—大分子致密、平行排列、定向良好。 无定形部分—致密度较小、大分子结合程度较弱、 有较大的空隙、分子链分布不完全平行。
②浸渍时间 浆粕从润湿到碱液逐步向纤维素内部渗透 达到均匀的程度，需要一定的时间，半纤维素 的溶出则需要更长的时间，而生成碱纤维素的 反应时间很短。浸渍时间的长短主要取决于浆 粕的结构形式、浸渍方式及浸渍工艺。一般在 15～60min。 ③浸渍温度 碱化反应是放热反应，低温有利于溶胀和 使半纤维素充分溶出。升高温度会使碱纤维素 发生水解反应。对不同的浆粕原料和设备，浸 渍温度有较大的差异。
④浸渍浴比 浆粕的绝对干燥重量和碱液体积之比，称 为浴比。 ⒊碱纤维素的压榨与粉碎 浆粕经过浸渍以后，必须与过剩的碱液分 离，因为过量的水和碱会直接影响黄化反应的 正常进行，还会发生多种副反应，消耗大量的 二硫化碳。所以，要进行压榨，使α-纤维素含 量控制在28%～30%，NaOH含量控制在16% ～17%。 粉碎—成细小的松屑粒状（增加反应的表 面积）。
纤维素的缨状微胞结构模型
纤维素的缨状原纤结构模型
⒉纤维素的分类 纤维素不是一种均一的物质，而是一种不 同相对分子质量的混合物。在工业上分为： α-纤维素 β-纤维素 半纤维素 γ-纤维素
α-纤维素（聚合度200以上）：植物纤维素在特定条件下 不溶于20℃的17.5%NaOH溶液的部分，溶解的部分称为半 纤维素。 β -纤维素（聚合度140-200）：以上溶解部分用醋酸中和 又重新沉淀分离出来的那一部分纤维素。 γ-纤维素（聚合度10-140 ）：不能沉淀的部分。
⒋碱纤维素的老成 老成是借空气中的氧化作用，使碱纤维素 分子链断裂，聚合度下降，以达到适当调整粘 胶粘度的目的。（低温长时间老成效果较好） 二、纤维素黄酸酯的制备 ⒈碱纤维素的黄化反应 使难溶解的纤维素变成可溶性的纤维素黄 酸酯。
或
黄化反应首先发生在纤维素大分子的无定形区 及结晶区表面，并逐步向结晶区内部渗入。 与此同时，碱纤维素的超分子结构受到破 坏，从而提高其溶解性。
化学纤维概论
天津工业大学 材料科学与工程学院 高分子材料与工程系 丁长坤
联系方式：材料科学与工程学院 材料系 615室
研究方向：生物医用材料 功能及高性能纤维材料 高分子材料的结构与性能
课程要求
一、课堂纪律
Χ迟到、早退；手机；饮食
二 、考勤 三、作业 自愿完成、不许抄袭
四、教学内容 重点内容随时提醒 五、复习和考试 安排一次复习课 平时以自习为主 六、成绩评定 期末成绩由两部分组成： 平时成绩＋期末考试卷面成绩 ⒈平时成绩（10～20％） ⒉期末考试成绩（90～80％）