為什麼棉纖維素耐堿不耐酸?
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棉花是世界上最主要的農作物之一,產量大、生產成本低,使棉製品價格比較低廉。棉纖維能製成多種規格的織物,從輕盈透明的巴裏紗到厚實的帆布和厚平絨,適於製作各類衣服、家具布和工業用布。棉織物堅牢耐磨,能夠洗滌和在高溫下熨燙,棉布由於吸濕和脫濕快速而使穿著舒服。如果要求保暖好,可通過拉絨整理使織物表麵起絨。
通過其他整理工序,還能使棉織物防汙、防水、防黴;提高織物抗皺性能,使棉織物少燙甚至不需要熨燙;降低織物洗滌時的縮水,使縮水率不超過1%。
棉纖維素大分子的化學結構是由β—D葡萄糖剩基彼此以1,4甙鍵聯結而成,大分子的兩個末端葡萄糖剩基帶有不同基團,一端有四個自由羥基,另一端有三個自由經基和一個半縮醛羥基。纖維素大分子鏈中的貳鍵對堿的穩定性較高,對酸則易發生水解,使大分子聚合度下降,分子間力減弱,因而強度下降。
目前纖維素對堿的作用機理說法不一,但普遍認為,堿隻能與纖維大分子上的輕基發生作用。有人將濃堿與纖維素作用後的產物用醇等試劑長時間衝洗,卻總有部分堿洗不掉,說明堿確實與纖維素發生了化學反應。
其作用原理有兩種理論解釋:一種觀點認為纖維素是一種弱酸;它與堿發生了類似中和反應而生成醇鈉化合物;另一種觀點認為堿和纖維素輕基結合,形成分子化合物,即分子化合說。
一般認為以上兩種反應可能同時存在。但堿與纖維素作用後的產物叫堿纖維素,它是一種不穩定的化合物,經水洗後仍能恢複原來的纖維素分子結構,但纖維的微結構發生了變化,結晶區減少了,無定形區增加了。
天然棉纖維的結晶度為70%,經濃堿作用後的絲光棉纖維,結晶度降至50%一60%,這說明堿液使纖維發生膨化而破壞了部分結晶區,這種作用很有實用意義,是棉纖維染整加工中的重要環節。
因此,在染整加工中利用不同濃堿的作用可得到絲光、堿縮等效果,還可以生產泡泡紗等產品。纖維素纖維遇酸後,常表現出手感變硬、強度降低,甚至會全部炭化。這是由於酸對纖維素分子中甙鍵水解起催化作用,水解後形成聚合度不同的混合物,被稱為水解纖維素。水解纖維素的化學組成與原纖維素並無區別,隻是聚合度較低,纖維素相對分子質量具有更大的多分散性。水解纖維素若繼續與酸作用,聚合度降至50左右稱為纖維素糊精。
如果纖維素甙鍵完全水解斷裂則產物就是葡萄糖。影響纖維素水解的因素主要是酸的性質、反應溫度及作用時間。
在實際生產中,如果用酸工藝適當,就不會產生纖維嚴重損傷。酸與纖維素作用的一般規律是,酸性愈強,催化能力愈強,水解速度加快。強無機酸如鹽酸、硫酸、硝酸對纖維素水解特別強,弱酸如磷酸、硼酸催化活性較弱;有機酸如醋酸則更緩和。酸對纖維素纖維雖有危害,但隻要控製得當,仍有許多實際用處。
如織物經含氯漂白劑漂白後用稀酸處理,可進一步加強漂白作用;可用酸中和織物上剩餘的堿;棉織物用酸處理生產蟬翼紗;滌棉織物的爛花鞘等產品均有應用。