世界上最豐富的天然高分子化合物——纖維素

纖維素

是

由葡萄糖單元共價連線的長鏈所組成的結構多糖

。

纖維素大分子的基環

是

D-葡萄糖分子透過β-1，4糖苷鍵連線而形成的大分子多糖。

由於來源的

不同，纖維素分子中葡萄糖殘基的數目，即聚合度（

DP）在很寬的範圍。纖維素的分子式（C

6

H

10

O

5

）n，通常

n

含數千個葡萄糖單位，相當於

300～15000個葡萄糖基，分子量50000～2500000。其化學組成含碳44。44%、氫6。17%、氧49。39%。

一、纖維素的存在

纖維素是自然界中分佈最廣、含量最多的一種多糖，是維管束植物、地衣植物以及一部分藻類細胞壁的主要組成成分，佔植物界碳含

量的

50%以上。

醋酸菌的莢膜，以及尾索類動物的被囊中也發現有纖維素的存在。

棉花的纖維素含量接近

100%，為天然的最純纖維素來源。

一般木材中，纖維素佔

40～50%，還有10～30%的半纖維素和20～30%的

木質素。

麻、麥稈、稻草、甘蔗渣等，都是纖維素的豐富來源。

纖維素的

纖維素是世界上蘊藏量最豐富的天然高分子化合物，生產原料來源於木材、棉花、棉短絨、麥草、稻草、

蘆葦

、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。我國由於森林資源不足，纖維素的原料有

70%來源於非木材資源。我國針葉材、闊葉材的纖維素平均含量約43-45%

；

草類莖稈的纖維素平均含量在

40%左右。

二、纖維素的製法

先用水、有機溶劑處理植物原料，再用氯、亞氯酸鹽、二氧化氯、過乙酸去除其中所含的木素，得到纖維素和半纖維素，然後採用各種方法除去半纖維素，製得純纖維素。

實驗室製法

工業製法

用亞硫酸鹽溶液或鹼溶液蒸煮植物原料，主要是除去木素，分別稱為亞硫酸鹽法和鹼法。得到的物料稱為亞硫酸鹽漿和鹼法漿。然後經過漂白進一步除去殘留木素，所得漂白漿可用於造紙。再進一步除去半纖維素，就可用作纖維素衍生物的原料。

方法一:

用纖維植物原料與無機酸搗成漿狀，製成

α-纖維素，再經處理使纖維素作部分解聚，然後再除去非結晶部分並提純而得。

方法二:

將選好的工業木漿板疏解，然後送入已加

1%～10%的

鹽酸

（用量為5%～10%）的反應釜進行升溫水解，溫度為90～100℃，水解時間0。5～2

小時

，反應結束後經冷卻送

入

中和槽，用液鹼調至中性，過濾後濾餅在

80～100℃下乾燥，最後經粉碎得產品。

方法三:

由木漿或棉花漿製成的纖維素。經漂白處理和機械分散後精製而成。

方法四:

1

．溶解性

常溫下，纖維素既不溶於水，又不溶於一般的有機溶劑，如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶於稀鹼溶液中。因此，在常溫下，它是比較穩定的，這是因為纖維素分子之間存在氫鍵。

纖維素

能溶於銅氨

Cu

（

NH

3

）

4

（

OH

）

2

溶液和銅乙二胺

［NH

2

CH

2

CH

2

NH

2

］Cu

（

OH

）

2

溶液等。水可使纖維素發生有限溶

脹，某些酸、鹼和鹽的水溶液可滲入纖維結晶區，產生無限溶脹，使纖維素溶解。纖維素加熱到約

150

℃時不發生顯著變化，超過這溫度會由於脫水而逐漸焦化。

2

．纖維素

的

水解

在一定條件下，纖維素與水發生反應。反應時氧橋斷裂，同時水分子加入，纖維素由長鏈分子變成短鏈分子，直至氧橋全部斷裂，變成葡萄糖。

纖維素能溶於

Schwitzer試劑或濃硫酸。雖然不易用酸水解，但是稀酸或纖維素酶可使纖維素生成D-葡萄糖、纖維二糖和寡糖。

與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等，與較濃的苛性鹼溶液作用生成鹼纖維素

。

3

．纖維素

的

氧化

纖維素與氧化劑發生化學反應，生成一系列與原來纖維素結構不同的物質，這樣的反應過程，

稱

為纖維素

的

氧化。與強氧化劑作用生成氧化纖維素。

4

．

柔順性

纖維素柔順性很差，是剛性的，因為

：

（

1

）

纖維素分子有極性，分子鏈之間相互作用力很強；

（

2

）

纖維素中的六元吡喃環結構致使內旋轉困難；

（

3

）

纖維素分子內和分子間都能形成氫鍵

，

特別是分子內氫鍵致使糖苷鍵不能旋轉

，

從而使其剛性大大增加。

三、纖維素的性質

四、纖維的分類

㈠

天然纖維是自然界存在的，可以直接取得纖維，根據其來源分成植物纖維、動物纖維和礦物纖維三類。

天然纖維

植物纖維，是植物失去生長機能的細胞，其組成的主要成分是葡萄糖大分子鏈構成的纖維素，分子式

為

（C

6

H

10

O

5

）n，

而其他纖維不屬於此類。植物纖維的主要化學成分是纖維素，故也稱纖維素纖維。

纖維素纖維是指所有由纖維素聚合物得到的纖維，可以分為天然纖維素纖維、天然再生纖維素纖維和再生纖維素改性纖維。

天然纖維素纖維主要有棉、苧麻、亞麻等纖維。植物纖維是由植物的種籽、果實、莖、葉等處得到的纖維，是天然纖維素纖維。

植物纖維包括：種子纖維、韌皮纖維、葉纖維、果實纖維。

種子纖維：是指一些植物種子表皮細

胞生長成的單細胞纖維。如棉、木棉。

韌皮纖維：是從一些植物韌皮部取得的單纖維或工藝纖維。如：亞麻、苧麻、黃麻、竹纖維。

葉纖維：是從一些植物的葉子或葉鞘取得的工藝纖維。如：劍麻、蕉麻。

果實纖維：是從一些植物的果實取得的纖維。如：椰子纖維。

由於耕地的減少和石油資源的日益枯竭，天然纖維、合成纖維的產量將會受到越來越多的制約；人們在重視紡織品消費過程中環保效能的同時，對再生纖維素纖維的價值進行了重新認識和發掘。如今再生纖維素纖維的應用已獲得了一個空前的發展機遇。

再生纖維素纖維的發展總體上可以分為三個階段，形成了三代產品。

第一代是

20世紀初為解決棉花短缺而面世的普通粘膠纖維。

第二代是

20世紀50年代開始實現工業化生產的高溼模量粘膠纖維，其主要產品包括日本研發的虎木棉和美國研發的變化型高溼模量纖維HWM以及蘭精公司80年代後期採用新工藝生產的Modal纖維。60年代後期開始，由於合纖生產技術的迅速發展，原料來源充足和成本低廉，合成纖維極大地衝擊了再生纖維素纖維的市場地位。許多研究機構和企業更多地關注了新合纖的開發和應用。

第三代產品是以

20世紀90年代推出的短纖（天絲）、長絲為代表。受健康環保意識、崇尚自然等因素的影響，人們對再生纖維素纖

維有了新的認識，新一代再生纖維素纖維的理化效能也有了充分的改進，因此，再生纖維素纖維的應用重新出現了迅猛的增長。

纖維素纖維具有良好的面板接觸性、穿著舒適性、生理安全性、吸溼性和易整理性以及其製品易生物分解等一系列合成纖維所無法完全具備的特性，因而以纖維素纖維為原料的非織造布在醫療、護理、衛生用品、化妝用品以及其它工業領域有著獨特的用途。在歐、美、日發達國家，纖維素纖維已作為一種重要的非織造布原料，得到廣泛應用。生物可降解的纖維素纖維有棉纖維、粘膠纖維、醋酸纖維素纖維和

Lyocell

纖維、

WEYTHIN

純纖維素纖維。

⒈ 植物纖維

動物纖維是由動物的毛或昆蟲的腺分泌物中得到的纖維。動物纖維的主要化學成分是蛋白質，故也稱蛋白質纖維。

動物纖維

（

天然蛋白質纖維

）

包括：毛髮纖維和腺體纖維。

毛髮纖維

：

動物毛囊生長具有多細胞結構由角蛋白組成的纖維。如：綿羊毛、山羊絨、

犛牛絨

、

駱駝毛、兔毛

等

。

絲纖維

：

由一些昆蟲絲腺所分泌的，特別是由鱗翅目幼蟲所分泌的物質形成的纖維，此外還有由一些軟體動物的分泌物形成的纖維。如：蠶絲。

⒉ 動物纖維

礦物纖維是從纖維狀結構的礦物岩石中獲得的纖維，主要組成物質為各種氧化物，如二氧化矽、氧化鋁、氧化鎂等，其主要來源為各類石棉，如溫石棉，青石棉等。

⒊ 礦物纖維

㈡

再生纖維是指將天然高聚物製成的漿液高度純淨化後製成的纖維，如再生纖維素纖維、

再生蛋白纖維、再生澱粉纖維以及再生合成纖維。

用天然聚合物為原料、經化學方法制成的、與原聚合物在化學組成上基本相同的化學纖維。同時又可用纖維素為原料製成的、結構為纖維素

II

的再生纖維。

具有天然纖維素、蛋白質相同化學組成的人造纖維。有再生纖維素纖維和再生蛋白質纖維兩類。

再生纖維素纖維主要為粘膠、醋脂、竹纖維

、

銅銨纖維

，

粘膠纖維

，

皂化醋酯纖維。

銅銨纖維是將漿粕溶解於氫氧化四銨銅溶液中製成粘稠的溶液，經噴絲頭小孔擠壓入凝固浴中，再生為纖維素纖維。

粘膠纖維是先將植物纖維素製成纖維素黃酸酯，溶解於稀鹼液中製成粘膠，從噴絲孔擠壓入凝固浴，經過凝固和分解成為再生纖維素纖維。

皂化醋酯纖維是先由纖維素製成醋酯纖維素，經皂化再生為纖維素。

再生纖維素的化學組成和效能與棉纖維相仿

，

吸溼性比棉纖維高

，

製品有長絲和短纖維等。再生蛋白質纖維是從乳酪、大豆、玉米、花生等中提取蛋白質，製成粘稠的紡絲溶液，經噴絲頭擠壓入凝固浴中凝固成的蛋白質纖維。

再生纖維

㈢

化學纖維是經過化學處理加工而製成的纖維。可分為人造纖維和合成纖維兩類。

化學纖維

⒈

人造纖維是用含有天然纖維或蛋白纖維的物質，如木材、甘蔗、蘆葦、大豆蛋白質纖維等及其他失去紡織加工價值的纖維原料，經過化學加工後製成的紡織纖維。

人造纖維也稱再生纖維。

主要用於紡織的人造纖維有：黏膠纖維、醋酸纖維、銅氨纖維。

人造纖維

⒉

合成纖維的化學組成和天然纖維完全不同，是從一些本身並不含有纖維素或蛋白質的物質如石油、煤、天然氣、石灰石或農副產品，先合成單

元

，再用化學合成與機械加工的方法制成纖維。如聚酯纖維（滌綸）、聚醯胺纖維（錦綸或尼龍）、聚乙烯醇纖維（維綸）、聚丙烯腈纖維（腈綸）、聚丙烯纖維（丙綸）、聚氯乙烯纖維（氯綸）等。

合成纖維

㈣

按

細度

分：

有棉型

（

38～51mm）、毛型（64～114mm）、絲型（長絲）、中長型（51～76mm）、 超細型（＜0。9dtex）之分。

按

面形態

分

：

有普通圓形、中空和異形纖維以及環狀或皮芯纖維。

按

捲曲

分：

有高捲曲、低捲曲

、異捲曲、無捲曲之分。

按效能分：有

化纖維；高效能纖維；功能或智慧纖維。

按

對天然纖維不同初加工和改性

分：

有高速紡絲、牽伸絲

（

DTY）、預或全取向絲（POY或FOY）、

變形絲等。

按

纖維資源狀態可分為

：

大宗纖維和特種纖維。

其他分類

纖維素燃燒無味，生成黑煙，用此法可鑑別人造絲和真絲（蛋白質，燃燒有燒焦羽毛氣味）。

各種纖維織品的燃燒特性：

1

、棉、麻、竹等植物纖維和黏膠纖維（主要成分是纖維素）：容易燃燒，產生黃色及藍色火焰，有燒紙或草的氣味。灰燼呈灰色，易飛揚。

2

、羊毛、蠶絲（蛋白質）：燃燒緩慢，徐徐冒煙；燃燒時縮成一團，有特殊的焦臭味；灰燼呈小球狀，一壓即碎。

3

、合成纖維：

⑴ 尼龍：邊燃燒邊熔化，無煙或略有白煙。火焰小，呈藍色。有燒焦的芹菜味，灰燼為淺褐色小硬珠，不易捻碎。

⑵ 滌綸：燃燒時邊捲縮邊熔化邊冒煙，火焰為黃白色，有芳香味，灰燼為褐色小珠，可以用手捻碎。

⑶ 腈綸：一邊緩慢燃燒，一邊熔化火焰為亮白色，有時略有黑煙，有魚腥味，燼為黑色小珠，脆而易碎。

⑷ 維尼綸：緩慢燃燒並迅速收縮，火焰小，呈紅色，有黑煙和特殊氣味，灰燼為褐色小珠， 可用手捻碎。

⑸ 氯綸：難於燃燒，當接近火焰時邊收縮邊燃燒，離火即滅，有氯氣的氣味，灰燼為黑色硬塊。

⑹ 丙綸：燃燒時邊捲縮邊熔化，火焰明亮，呈藍色，有燃燒蠟質的氣味，灰燼為硬塊， 但可以捻碎。

⑺ 玻璃纖維：不燃燒，熔融不變色，灰燼為本色，小玻璃珠狀。