纤维化学复习大纲2010.6.doc

纤维化学及物理复习提纲第一章 高分子化学基础基本概念：1 单体:通常把合成高分子化合物所用的低分子原料称为“单体”。2 聚合度：大分子链上结构单元的数目。 3 单体的官能度:在反应体系中实际能起反应的单体的官能团数。在一个分子上参加反应的官能团数目；分子中所包含的能发生化学反应而生成新键（共价键）的“活性”点的数目；一个分子上，可形成新键的数目。4 链节：构成大分子链的基本结构单元称为结构单元或重复单元，由于重复单元是组成大分子链的基本单位，所以又称链结。5 缩聚反应：具有两个或两个以上官能度的单体分子间经过多步缩合，逐步形成高分子量的聚合物的反应。6 反应程度：反应程度 p 已参加反应的官能团数目（N0-N）占起始官能团数目（N0）的分数。7 加聚反应：不饱和和乙烯类单体及环状化合物通过自身的加成聚合反应生成高聚物的反应。8 聚合反应:有低分子单体合成聚合物的反应。9 数均分子量:按聚合物中不同分子量的分子数目平均的统计平均分子量称数均分子量或数量平均分子量，以 表示。10 重均分子量：按聚合物中不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量称重均分子量或重量平均分子量，以 表示。11 粘均分子量：按聚合物中不同分子量的分子粘度平均的统计平均分子量称粘均分子量或粘均平均分子量，以 表示。12 等规（立构）：若将碳链拉直成锯齿形，则主链就处在同一平面上，假如取代基都处在平面的同一侧，就称为等规聚合物或全同立构聚合物。13 间规（立构）：取代基交替处在平面的两侧就称间规聚合物或间同立构聚合物。14 无规（立构）：取代基完全不规则地排列在平面的两侧，则称为无规聚各物。 等规 间规 无规15 定向聚合反应：能够制备定向聚合物的聚合反应。16 阳离子聚合：由阳离子引发，且增长链端为阳离子的聚合反应。 17 特征黏度： = limsp/ C （ c0 =K*M） 18 增比黏度：表示溶液粘度比溶剂粘度增大的分数 sp =(- 0)/ 019 相对黏度： 表示溶液粘度与溶剂粘度的比值r =/0 20 交替共聚物：高分子链中A、B呈有规则的间隔排列。如：ABABABAB 21 无规共聚物：在高分子链中A和B的排列没有一定的顺序，没有一种单体在分子链上单独的较长链段，如：ABBBAABA22 接枝共聚物：聚合物中，以某种单体（如A）组成的长链，而另一单体（如B）形成支链与之连接，如：23 嵌段共聚物:高分子链中A、B成段出现。如：AAAABBBBAAAABBBB24 主链:有支链（侧链）结构的高分子链中链节数最多的链。25 端基:高分子链的末端基团。26 高分子化合物（高聚物）:由许多结构相同的简单单元通过共价键重复连接而形成的分子量很大分子键较长的化合物。27 等活性原则:无论官能团与单体结合在一起还是与聚合体连接在一起，也不论聚合体的聚合度有多大，官能团的反应能力都是相同的。28 竞聚率：自聚速率常数与共聚速率常数之比，也称为单体竞聚率。反映了自聚与共聚的竞争能力。简答及分析题1.高聚物及其单体的结构、命名和分类 答：结构：碳链、杂链、元素、有机聚合物命名：（1）习惯命名：1由一种单体合成的高分子，其习惯命名是在对应的单体名称前加一个聚字。 2由两种单体合成的聚合物，有的只要再两种单体名称前面加词尾树脂，有的加词尾共聚物。 3按共聚物的结构特征来命名。 4普遍采用的商品名称。 （2）系统命规则：1）确定结构重复单元。2）.排好结构单元中次级单元的次序，有取代基的部分或所连的侧基元素最少的写在首。3）.按小分子有机化合物的IUPAC命名规则给结构单元命名并加上括号4）在结构前面冠聚字 分类：1按来源分类：天然和合成 棉麻毛丝（天然）涤纶、锦纶（合成） 2按高分子性能分类：结构材料和功能材料 塑料、橡胶、纤维 3按受热性能分类：热塑性：指受热可以软化或变形，能受多次反复加热模压的高分子（聚氯乙烯） 热固性：指模压成型后，再受热不能软化，不能进行多次热模压（酚醛树脂）2. 高聚物的基本特征答：与低聚物相比，高分子化合物具有分子量大、分子量有多分散性、结构有多样性等基本特征，表现在热性能、力学性能和溶液性质上有其自己的特点。一般交联聚合物在受热时不熔化，当温度足够高时就分解；线型聚合物加热到一定温度后就软化，进而熔融；还有些在熔融时就分解（1）具有很高的分子量（2）多分散性：结构多分散性和分子量多分散性3. 高聚物的缩聚、加聚反应方程式。（加聚方程式）（缩聚）4.有关高聚物分子量的几种统计平均方法、表达式和计算，分子量分布如何表征，分子量多分散性系数及其含义。（1） 数均分子量：按聚合物中不同分子量的分子数目平均的统计平均的统计平均分子量称数均分子量(2)重均分子量：按聚合物中不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量（2） 粘均分子量：根据高分子溶液的粘度测定出来的分子量表征分子量分布宽度可用分散系数（d=/）也可以用积累分布质量分布曲线和微分重量分布曲线。通常将/的比值称为多分散性指数，用其表示分子量分布宽度，质范围250，比值越小，聚合物的多分散性越小，相反越大。低分子组分越多，则性能下降。平均数怒量5 5.说明高分子物的几何形状与性能间的关系答：按照分子的几何形状，将大分子归纳为线型、支链型和交联型。大分子的几何形状和聚合物的物理性能密切相关。线型和支链型聚合物能溶解、熔融；网状聚合物由于分子链间存在化合键的交联，所以既不溶解也不熔融6. 高聚物分子量常用的测试方法。 （1）化学方法端基分析法利用高聚物端基反应特性来进行测定，如-COOH、-NH2、-OH（2） 光学方法光散射法（3） 热力学方法沸点升高法，冰点降低法，蒸汽压下降法，渗透法。（4） 动力学方法粘度法高分子溶液粘度大，其溶液流动慢。（5） 其他方法凝胶渗透色谱。7. 缩聚反应单体类型及缩聚反应的反应历程，并举例。 答：参加反应的单体必须带有两个或两个以上能起缩合反应的官能团，如-OH-COOH，-OH-COOR（1） 单体的类型A带有两个可以相互作用的不同官能团的单体B带有不能相互反应的同类官能团的单体C带有不能相互反应的不同的官能团的单体（2） 单体的反应能力决定于单体所带官能团的活性，以合成聚酯的缩聚反应为例，由羧酸衍生物和醇的反应都能得到酯，但羧酸衍生物不同，则反应能力不同，其反应能力依下列顺序递减：酰氯酸酐酸酯（3） 单体的官能度 缩聚反应分为三步1）链的开始：部分低分子原料相互作用，链开始形成 2）链的增长：链的增长是按逐步方式进行的。增长链与原料低分子间的连续作用促使分子链增长，两个链之间的相互作用也能致使链的增 长 3）链的终止：理论上反应可以进行到所有能反应的基团的耗尽，实际上有很多的原因能引起链的终止： 如：1反应物浓度降低、介质粘度的增加2介质粘度的增高，排除生成的水或其他的低分子物困难3原料的用量并非严格的等当量比，在长链分子两端带有与过量组分相同的官能团。例： 8. 缩聚反应平衡方程，说明反应平衡常数，当量比，单官能度分子的含量对平均聚合度的影响规律 答：对于一个可逆平衡反应来说，通常用平衡常数来描述反应到达平衡时正逆反应进行的程度。K值越大，表明达到平衡时的生成物浓度乘积越大，余留反应物的浓度乘积越小。 经过试验发现，同系列的官能团化合物，当分子链长达到一定的值后，官能团的反应能力与分子链无关。“不同大小的分子上的相同官能团具有相同的反应能力”，“官能团的反应能力与所在的分子链长无关”，就是弗洛利得“等活性原则”。 9.自由基聚合反应的反应历程，并举例。答：自由基聚合是指链增长的活性中性的自由基反应；（1） 反应速度快（2）产物分子量高。自由基聚合反应历程：（1） 链的引发：形成自由基的过程称为链的引发反应 a:引发剂均裂成一对初级自由基R即:I2R b：初级自由基与单体加成，生成单体自由基：R+MRM（2） 链的增长:链引发产生的单体自由基不断地和单体分子结合生成链自由基如此反复的过程。 （3）链的终止（歧化和偶合）：链自由基失去活性，形成稳定聚合物大分子的反应过程例： 10.定向聚合及其意义答：凡是能形成立体规整聚合物为主的聚合过程都叫定向聚合，凡具有高度立体结构规整性的高聚物称为定向聚合物 意义：改进聚合物性能：共聚物不仅可以吸取两种均聚物的长处，而且也可制得具备特殊性能的新品种。 扩大单体的使用范围：有些本身不能聚合的单体却可以与其他单体共聚，得到共聚物，因此通过共聚扩大了单体的使用范围，增加了聚合物品种，并开辟了聚合物的新的用途 有助于聚合反应的理论研究：通过共聚反应的研究，还可以了解不同单体和自由基的聚合活性大小， 有关单体结构与聚合能力的关系，聚合反应的机理以及更多的其他信息。 11. 如用齐格勒(Ziegler)-纳塔(Natta)催化剂催化丁二烯聚合，可能会得到哪几种立体异构，写出立体异构式、并命名。12.缩聚反应的实施方法。答：缩聚反应的方法主要有熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚、固相缩聚等。 熔融缩聚：在体系中只有单体和少量催化剂，在单体和聚合物熔点以上进行的缩聚反应（即反应温度高于单体和缩聚物的熔点，反应体系处于熔融状态下进行的反应） 溶液缩聚：是单体在溶液中进行缩聚反应的一种实施方法，例如苯酚与甲醛以水为溶剂的缩聚。 界面缩聚：是将两种单体分别溶于两种不互溶的溶剂中，然后将这两种溶液倒在一起，在两液体的界面上进 行缩聚反应。 固相缩聚：是使单体在其熔点或软化点以下进行的缩聚反应。 13.何谓离子型聚合，离子型聚合反应的分类及其定义。答： 离子型聚合是单体在引发剂作用下按离子历程转化为高聚物的化学过程。 根据性质离子型聚合可以分为：阳离子型聚合（有阳离子引发且增长链端为阳离子的聚合反应） 阴离子型聚合（有阴离子引发且增长链端为阴离子的聚合反应） 配位离子型聚合（增长中心为离子（阳或阴）性质，且增长时包括单体对增长中心的配位） 第二章 高分子物理基础基本概念：1.构型主要是研究取代基围绕特定原子在空间的排列顺序。共价键化合物分子中各原子在空间的相对位置和排列叫构型，这种化合结构不经过键的破坏或生成是不能改变的。2.构象由于单键内旋转而产生的分子中各原子在空间的不同排列形式和分布3.均方末端距是一条分子链的两个末端之间的直线距离，的模的平方的平均值4.柔韧性高分子连能够改变其构象的性质，内旋转单键数目越多，构象数越大，柔韧性越好。5.链段主链上两个相邻的可内旋转的分子段，或主链上能独立运动的分子段。6.内聚能指1摩尔分子聚集在一起的总能量，也等于同数量分子分离的总能量，因E=-RT表示7.内聚能密度单位体积的内聚能用CED表示能聚能密度=8.聚集态结构高分子化合物分子链之间的排列和堆砌结构，包括结晶态，非晶态，液晶态，玻璃态，高弹态，粘流态和取向态等。9. 超分子结构具有一定构象的高分子链通过范德华力或氢键作用聚集成一定规则排列的情况10. 晶格空间点阵排列具有一定的几何形状11. 晶胞晶体结构的最小重复单位12. 晶胞参数晶胞的三个边长和三个边长所夹的角、a、b、c13 双折射在各向异性材料中至少有两个折射光指数不相等，每一对折光指数之差。14 原纤纤维素大分子的基本单元15 结晶度结晶高分子中，晶相部分所占的百分率，反映了高分子链聚集是形成结晶的程度。16 侧序度可用单位体积中所含氢键数或分子间键能衡量。17 取向度高分子材料的取向程度f=(3-1)=1-18 应力大分子受力时，内部单位面积上产生与外力相对抗的力19 应变相对变形20 杨氏模量产生单位张应变所需之张应力E=，E越大越不易变形21 初杨氏模量产生单位张力应变所需要的张应力22 断裂功纤维伸长主断裂点过程中应力所做的功23回复力去除负荷时所回复的功与伸长时所做的总功之比=100%24 屈服应力屈服点对应的应力25 玻璃化温度非晶态高分子的高弹态与玻璃态的相互转化温度为液漓化温度，链段开始运动的温度26 粘流温度大分子刚好产生相对移动时的温度，或大分子的相对移动刚好被冻结时的温度27熔点从预熔到完全熔融的一个温度范围28玻璃态温度较低时，聚合物形变很小弹性模量很高，形变瞬间完成，大分子中的原子或原子团在其平衡位置上转动和摆动，外力除去，形变立即恢复，这种状态与低分子玻璃相似，称为玻璃态29高弹性受力能产生很大的形变，去除外力后能回复原状的性能叫高弹性30高弹态链段发生热运动，受力能发生很大形变，去除外力后能回复原状，这种力学状态叫高弹态31粘流态温度升到足够高时，聚合物变成粘性液体，整个大分子重心发生相对位移，形变不可逆，这种状态称粘流态32普弹形变当收到外力作用时，只能使键角、键长发生变化，形变很小，这种形变与应力瞬时平衡，属于普弹形变33 高弹形变由于链段运动改变了大分子的构象而引起很大形变，外力消除后，这种大的形变或迟或早总要回复，形变量可高达100%1000%，故成为可逆的高弹形变34塑性形变线性高分子会发生分子链间的相对滑移，即粘性流动，外力去除后，黏性流动不能回复。35蠕变是指一定温度和较小的恒定外力作用下，高分子的形变随时间的增加而逐渐增大的现象36应力松弛在一定温度下，使高分子试样迅速产生形变，试样内产生与外力相抗衡的内应力，在保持形变不变的情况下，随时间延长，应力不断衰减的现象，叫盈利松弛。37 溶解度参数：= CED 内聚能密度38强迫高弹形变：在外力作用下，强制玻璃态与高分子发生高弹形变叫做强迫高弹形变。39溶胀：纤维吸湿时伴随着体积的增大，这种现象叫做溶胀。40内旋转势垒：分子从一种构象旋转到另一种能量所耗的能量。简答及分析题1 大分子链的柔顺性产生的原因及其表示方法：答：原因： 1.大分子的长链结构 2.分子內单键的内旋转。表示方法：1.均方末端距：愈小，分子柔顺性愈大。 2.链段长度：链段愈短，说明主链上能独立运动的单元愈多，链的柔顺性愈大，反之亦然。2. 分析影响大分子链柔顺性的因素。答：（1）主链结构：主链全部有单键组成，链的柔顺性越好。如：-Si-O- - C - N - - C - O - C - C （2）取代基：取代基极性越强，数目越多，链的柔顺性也就越差；直接连在主链上的非极性取代基，体积越大，空间位阻越大，使链的刚性增加，非极性不连在主链上，体积越大，柔顺性就越好。（3）氢键：如分子内或分子间形成氢键，就会增加分子链的刚性。（4）支化交联：支链越长，柔顺性越差；交联含30%以上，大大影响柔顺性。3 叙述结晶高聚物伸直链两相结构模型理论。答：缨状微胞模型（两相结构模型）认为，在聚合物中两相并存，存在许多微胞结构，微胞由许多相互平行的分子链构成，一个微胞的长度远小于一根高分子链的长度这种微胞构成结晶区，非晶区中分子链的堆砌是完全无序的，晶区尺寸很小，一根分子链可以同时穿插几个晶区和非晶区，把许多晶区和非晶区沟通起来。4.叙述结晶态高聚物折叠链两相结构模型的基本特点。答：晶片厚度范围内含有50-60个碳原子，高分子链穿出晶面随即折回晶片内，折弯部分不在晶格内，不规则的折弯及晶片内的链端。结成晶体的“缺陷部分”；不足之处：不能解释局部结晶的性质，也无法解释结晶对高分子性能的影响5. 与低分子晶体相比，结晶高聚物有哪些特征。答：低分子晶体有固定的几何外形，固定的熔点且具有各向异性。而对于高分子物，其由非晶态变为晶态时性能发生大变化，如透明度下降，耐热性提高，刚性增强。1结晶的不完全性2熔点是一个温度范围3拉伸有利于高聚物结晶并提高熔点。6. 高聚物的结晶有几种形态。答：单晶、球晶、伸直链结晶、串晶7. 解释晶面、Miller指数，掌握晶面的表示方法，求密勒指数画出给定晶面的晶面图。答：晶面：晶格内所有的格子全部集中在互相平行的等间距的平面群上，这些平面叫做晶面。在单位晶体中，求出一给定晶面和基本坐标轴的三个交点，并记录下各点的坐标，一般情况下坐标值都单位向量的整数倍，然后写成倒数形式，再化简使各倒数之比成为最小整数，这样得到的三个数值h,k,l称为此晶面的密勒指数。P638. 分析影响高聚物玻璃化温度的因素，并举例说明。答：分子链刚性越大，Tg越高主链结构：主链由饱和单键如CC、CO、SiO等构成的聚合物，其Tg一般都不高。当主链中引入苯基，萘基等芳杂环后，分子链刚性增加，Tg也越高。含有孤立双键柔韧性增加，Tg也越高，（天然橡胶含有许多合成橡胶的成分，属于此类。）侧基的极性：侧基极性越强，链间的作用力越大，必然阻碍内旋转，Tg也越高，聚丙烯（-18度）聚氯乙烯(81度)聚乙烯醇（85度）聚丙烯腈（90度）几何立体因素：主链上带有庞大侧基时，空间位阻大，导致内旋转势能增加，Tg增高。分子量：聚合物分子量较低时，Tg岁分子量增加而增大，但分子量足够大时，Tg与它无关9. Tg= -Tg()-交联：分子间的交联阻碍了分子链段的运动，使Tg升高，交联点密度越大，相邻交联点间的平均链长越小，Tg也越高。：共聚：无规共聚物的Tg通常介于两种或几种均聚物的Tg之间增塑：凡用以增加高分子材料可塑性的物质称为增塑剂，增塑剂的加入使聚合物的Tg下降。10比较锦纶6、锦纶7以及锦纶66，锦纶77熔点高低，并详细分析原因。答：锦纶6是由偶数碳原子的基本链组成的，在晶体中，中有当大分子呈反向平行排列时，所有的酰基均能形成氢键，顺祥平行排列时只有一半的酰胺基能形成氢键，而锦纶7的酰胺基全部形成氢键，因而锦纶6的氢键密度小于锦纶7，则熔点锦纶6锦纶7锦纶6锦纶7711分析高聚物分子运动的特点。答：分子运动单元的多重性：整个分子链的运动.连段的运动。支链，链节侧基等尺寸大小的单元运动。原子在平衡位置的振动。晶区的运动 分子运动单元的时间依赖性：随时间的变化，分子在外力的作用下也随之变化。 分子运动的温度依赖性：温度对于物体内分子运动的影响很大，温度升高一方面给运动单元提供热运动能量，另一方面由于热 膨胀使分子间距离增大，给各运动单元提供了活动的空间，有利于运动12. 分子运动的时间依赖性和温度依赖性。答：温度上升，松弛时间减小，松弛过程加快，即可在短时间内管擦到分子运动，反之，温度下降松弛时间增加，则需要较长的时间才能管擦到分子运动（温时等效，升温与延时等效） 松弛时间是指：在外立场的作用下，物体从一种平衡态通过分子运动而过度到另一种平衡态所需要的时间13.试从分子运动理论的角度解释非晶态高聚物的三种力学状态及力学特征。答：P79 从分子运动的本质来看，非晶态高分子的三种物理状态可理解为： 链段运动被冻结的状态是玻璃态，链段可自由运动的状态是高弹态，大分子可以相对移动的状态是粘流态。 玻璃态：（运动单元是侧基、原子、原子团）硬如玻璃且脆弱。温度低分子间作用力大，物理结点多，热运动能量不足以使大分子和链段运动 高弹态：（运动单元是链段）温度高，体积膨胀，分子间作用力相应减小，热运动能量可以克服某些物理结点的牵制，从而使链段发生热运动，但整个大分子还不能相对移动 粘流态：高分子的分子间力很大，黏度很高，流动阻力也很大14. 强迫高弹形变，高弹形变激起异同点。答：在外力作用下强迫玻璃态高分子发生高弹性形变，这种形变叫强迫高弹形变 在外力作用下，高分子链段运动改变大分子构象而引起很大的可逆形变，叫高弹形变 相同点：都是外力作用下连段运动产生的高弹形变 不同点：1、高弹形变是高弹态的高分子链段运动产生的，而强迫高弹形变由强制玻璃态高分子发生的 2、高弹形变的外力消除后可恢复，而强迫高弹形变不可回复，它必须通过加热到以上的温度才能回复。15. 哪些因素将影响高分子物的溶解性能。 1、分子量：分子量大，溶解不易 2、结晶度提高，溶解能力变差 3、分子极性：高分子物和溶剂分子相似相溶 4、交联：交联遭破坏才能溶解 5、链的柔性：柔性越大，越易溶解 6、混合溶液作为溶剂与高分子内聚能密度相近，易使高分子溶解 （ 非极性高分子自发溶解条件：混合体系的自由能为负值（F0） ）第3章 第四章 纤维素纤维的结构和性能基本概念：1.潜在损伤：在某种条件下，纤维素只发生基团的氧化和葡萄糖剩基的破裂，并未发生分子链的断裂，这时纤维的强度变化不大，而纤维素铜氨溶液的粘度却明显下降，这种现象称为纤维素搜到潜在损伤。2.回潮率：纺织纤维内水分重量和绝对干燥纤维重量之比的百分数。3.含水率：纺织纤维内水分重量和未经烘干纤维重量之比的百分数。4.纤维溶胀的异向性：纤维在溶胀时，直径增大的程度远大于长度的增大的程度。5.潜在醛基：纤维素大分子一端的葡萄糖基第一个碳原子上存在一个甙羟基，当葡萄糖环结构变为开链时，此羟基变为醛基而具有还原性，故称之为潜在醛基。6.甙键：连接相邻互相倒置的葡萄糖环的化学键。7.初生胞壁：简称P层，在表面里侧，由网状原纤组成。其厚度仅为0.1-0.2um，重量占纤维总重量的2.5%-2.7%，其中的纤维素呈原纤螺旋状结构，与纤维轴呈70-90倾角，纤维梢部倾角比基部大。具有柔软性和可塑性。8.次生胞壁：简称S层，在初生纤维的里侧，它是由纤维的初生层内壁沉积而成的原纤网状组织。9.棉纤维日轮：棉纤维在生长时，次生层每日长出一层，纤维素在初层内壁逐侧加厚形成次生细胞，从纤维横截面上可以看到“日轮”。10纤维素：天然纤维素的结晶格子。11.纤维素：经过丝光后生成的水合纤维素。12.铜值：100g纤维素能使二价铜还原成一价铜的克数。13.氧化纤维素：纤维素经氧化作用后生成的各种氧化产物的混合物。14.水解纤维素：经过酸作用而受到一定程度水解后的纤维素。简答及分析题1.纺织纤维的分类 纤维的纤度答：纺织纤维分类：天然纤维（有机，无机） 化学纤维（再生纤维，合成纤维）纤维的纤度： 特克斯纤维在回潮率下，1000m长度纤维所具有的质量（克）。1tex=10(-6)kg/m=1mg/m；1dtex=10(-7)kg/m=0.1mg/m 旦尼尔纤维在公定回潮率下，9000m的纤维具有的质量（克）Nden=（9000*G）/L=9000/NmL-长度（m），G-重量（g），Nm-支数 公制支数纤维在公定回潮率下，1g纤维所具有的长度米数称公支。Nm=L/GL-纤维长度，G-重量2.详述棉纤维的形态结构1 正常成熟棉纤维的纵向呈扁平带状，并具有天然扭曲，纤维越细，天然扭曲越多，纤维横截面呈腰子形或耳形，是由较薄的初生胞壁，较厚的次生胞壁和中空的胞腔组成。不成熟的棉纤维次生胞壁较薄，胞腔较大，横截面呈“u”字形，缺少正常的天然扭曲。2 纤维形态结构：最外层是表皮和初生层，中心是被压扁了的中腔，纤维主要成分是S次生层，在生长时，次生层每日长出一层，纤维素在初生层内壁逐渐加厚形成次生细胞，次生胞壁的纤维素大分子呈螺旋排列，与纤维轴有20-30的螺旋倾角，这种螺旋有的左旋，有的右旋，相邻两层的螺旋走向往往是相反的，在左旋和右旋之间大分子有转折。3. 写出纤维素大分子的结构式 分析其结构特点答：分子结构式：结构特点：1 本单元是-D-葡萄糖剩基彼此以1,4-甙键联合，大分子的对称良好，结构规整。2 每个葡萄糖剩基上有三个羟基，其中2,3位上接两个仲醇基，6位上接一个伯醇基，它们都具有一般醇羟基的特性。3 在右端的剩基中含有一个潜在的醛基。4 纤维素分子中含有许多羟基，可形成氢键。4.棉纤维的超分子结构及超分子结构模型理论1 纤维素的聚集态结构，就是一种由结构区和无定形区交错结合形成的体系，从结晶区到无定形区时逐步过渡的，无明显界限，一个纤维素分子链可以经过若干个结晶区和无定形。2 模型理论：樱状原纤模型：纤维素的基本单元是原纤，在原纤中也有少数大分子分支出去组成其他原纤，称为连续的网状组织。原纤之间是由一些大分子连接起来形成无定形区。5.何谓边缘微胞模型、边缘原纤模型理论及它们的适用对象樱状微束模型理论认为:在两相共存的体系中，由于结晶区和无定型区没有严格的界面，期间必然存在着有序程度逐渐过渡的区域。纤维素分子链是以伸张状态的，按一定方向排列的，由低序区域向较高序区域过度，因此分子链可通过几个整列区域和非整列区域，形成纤维的结晶去和非定形区。缨状原纤模型理论认为：X射线确定的晶体区就是电镜中观察到的微原纤，微原纤整齐排列形成原纤。原纤中也有少数大分子分支出去组成其他原纤，组成为连续的网状组织。原纤之间是由一些大分子联结起来形成的无定形区。原纤理论认为纤维的结构具有较高的连续性，这是用于解释晶体度较高的天然纤维，而微胞理论是用于洁净度较低的再生纤维，如普通粘胶纤维。6.结合棉纤维、粘胶纤维的分子结构和聚集态结构，解释两种纤维断裂强度和断裂延伸度的差异。棉纤维的结晶度、取向度和聚合度都比粘胶纤维高，所以棉纤维的断裂强度较强；棉纤维的聚集态结构可以用樱状原纤结构模型解释，具体较长的结晶区，大分子排列比樱状胶束更紧密有序，有抵抗延伸的能力。粘胶纤维的聚集态结构可以用修正的樱状胶束结构模型解释，具体较短的结晶区，容易延伸，所以粘胶纤维的断裂延伸度较棉纤维高。7.试说明棉纤维和粘胶纤维拉伸断裂的机理,为什么棉纤维的湿强力大于干强力，而粘胶纤维却正好相反。棉纤维的断裂可能是由于超分子结构中存在缺口或弱点，在拉伸时弱点首先断裂，缺口逐渐扩大，进而应力集中，分子链拉断，导致纤维断裂；在潮湿状态下，水的增塑作用，可以部分消除纤维中的弱点，而增大了纤维的强度；对于粘胶纤维，大分子聚合度较低，只有250500左右，结晶度较低，取向度也不高，它断裂主要的原因是分子链或其他结构单元间的相对滑移，水分子的作用使分子间力减弱，有利于分子链或结构单元的相对滑移，故粘胶的湿强力比干强力低。8.由纤维的化学结构分析纤维素纤维耐碱不耐酸的原因，并说明酸浓度、温度、时间的影响规律（1）酸浓度：当酸的浓度在3M以下时纤维素水解速率几乎与酸浓度成正比，当酸浓度大于3M时，纤维素水解速率比酸浓度增大的速率快；（2）反应温度：如果酸浓度恒定，在20100的范围内，酸的浓度恒定，温度每提高10，纤维素水解速度可增加23倍；（3）作用时间：其他条件相同的情况下，纤维素的水解程度与时间成正比。8.由-裂解机理分析纤维素纤维在氧化剂存在下出现的损伤及原因纤维素纤维在氧化剂存在下出现的损伤：对碱液不稳定，聚合度降低，并易于老化泛黄。原因：纤维素氧化形成羰基后，产生烷氧基羰基结构，促使配糖键在碱性溶液中断裂。10.叙述棉纤维在浓烧碱作用后结构与性能发生了哪些主要变化？为什么？ 变化：（1）超分子结构由缨状原纤变为边缘微胞模型（2）吸附性增加（3）光泽提高（4）织物稳定性提高，缩水率下降。原因：聚集态结构发生不可迁变化11.天然纤维素用烧碱溶液处理时发生剧烈溶胀的主要原因及原理。剧烈溶胀的主要原因及原理：纤维素大分子上的羰基可视作具有弱酸性的基团，它与浓碱作用时，可能生成醇钠化合物(Cell-ONa)或加成化合物(Cell-OHNaOH)，钠离子的水化层很厚，当它与纤维素大分子结合时，有大量水分子被带入纤维内部，从而引起纤维剧烈溶胀。12. 分析氧化剂对纤维素的作用情况，举例说明生成的产物。第5章 蛋白质纤维基本概念：1 蛋白质系数：100g蛋白质的含氮量平均为16g。“6.25”称为蛋白质系数2 等电点：当调节溶液ph值，使蛋白质分子的正负离子数目相等，此时溶液的Ph值即为该蛋白质的等电点3 定向摩擦效应：纤维移动时，顺鳞片方向的摩擦系数之差称为定向摩擦效应4 过缩：将收到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理很短时间，然后除去外力并在蒸汽中任其收缩，纤维能够收缩到比原来长度还短，这种现象称为过缩5 暂时定形：若将收到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理稍长时间，除去外力后纤维并不会回复到原来长度，但是在更高的温度条件下处理纤维仍可回缩，这种现象称为暂定6 永久定形：如果讲身长的羊毛纤维在热水或者蒸汽中处理更长时间 如12h，则外力去除后，即使再任蒸汽处理，也仅能使纤维稍微收缩，这种现象称为永7 饱和吸酸值：当溶液的pH值达到一定值时，蛋白质才开始结合酸，并在特定的pH值达到稳定、最大结合量。简答及分析题1.唐南膜平衡理论解释中性盐对羊毛纤维吸酸或吸碱过程的影响规律。答：蛋白质纤维在酸碱溶液中，平衡时与蛋白质离子电荷相同的可迁移离子的浓度，是纤维内低于纤维外，与蛋白质离子电荷相反的可迁移离子的浓度，纤维内高于纤维外但在中性盐的条件下，羊毛蛋白质带负电，有剩余H离子想蛋白质方向移动阻碍OH离子想羊毛蛋白质方向移动，即中性盐有利于纤维吸酸，阻碍吸碱。2 .羊毛纤维的形态结构和超分子结构答：纤维的形态结构基本是由3部分组成：包覆在纤维外部的鳞片层，组成羊毛实体主要本分的皮质层细胞膜复合体和骨髓质层。超分子结构：羊毛纤维主体是由纺锤形皮质细胞组成的皮质层，皮质细胞中含有高硫与低硫两种蛋白质高硫是基质的主要成份，其分子链里无定形卷曲，低硫的分子链具有螺旋结构在皮质细胞中，组成基本原纤，基本原纤再组成微原纤，组成基本原纤，基本原纤再组成微原纤，微原纤则进步组成原纤，原纤与基质间可通过二硫键相联系。3. 由羊毛纤维的超分子结构分析羊毛的弹性特征答：羊毛的多肽是卷曲的，具有螺旋构象，肽链之间存在着各种次价键包括共价的二硫键，当受到外力拉伸时，螺旋状的-构象可以转变成伸直的-构象，肽链之间的交联键能阻止分子链之间的相对滑移，所以羊毛具有良好的弹性性能。4.述蛋白质纤维的二性性质答：蛋白质分子中除末端的氨基与羧基外，侧链上还含有许多酸碱性基团，因而蛋白质具有即 像酸又像碱一样的性能，是典型的两性高分子电解质。5.羊毛纤维在热处理过程中发生过缩 暂定 永定的现象及原理答：过缩现象将受到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理很短的时间，然后除去外力并在蒸汽中任其收缩，纤维能够收缩到比原来的长度还短。原因：外力和湿热作用使肽链构象发生了变化，原来的次价键被斥散，但因处理时间很短，尚未在新的位置上建立起新的次价键，多肽链可自由收缩，故产生过缩。暂定如果将受到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理较长时间，除去外力后，纤维并不回复到原来长度，但在更高的温度条件下处理，纤维的可收缩，这种现象称为暂定。原因：是次价键拆散后，在新的位置上尚未全部建立起新的次价键或次价键结合的尚不稳固，只能使形态暂时暂定，遇到适当的条件的可收缩。永定如果将伸长的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理更长的时间，如1-2h，则外力去除后，即使再经蒸汽处理，也仅能使纤维稍微收缩，这种现象称永定。原因：这是由于处理时间较长，次价键被拆散后，在新的位置上又建立起新的稳固的次价键，使多肽链的构象稳定下来，从而能阻止羊毛纤维从形变中恢复原状，所以产生永定。6.羊毛在碱作用下为什么含硫量常会降低，而干强度不发生明显的变化？答：羊毛在NaoH溶液中，随碱浓度增加及作用时间延长，其溶解率变大。羊毛中的二硫键被更稳定的交联键代替，所以含硫量降低，因为羊毛蛋白并没有发生相当部分水解，所以干强度并不发生明显变化。7.羊毛纤维在水 酸 碱 氧化剂 还原剂作用下会发生怎样的化学变化,举例说明。答：（1）水作用：羊毛纤维一般不溶于水，但具有较强的吸湿性能，标准回潮率为12%。在较剧烈条件下，水会与羊毛纤维起化学反应，主要是蛋白质分子肽链水解，从而导致机械性能的变化。在沸水中较长时间处理，羊毛蛋白质中的二硫键可遭到破坏。（2）酸作用：羊毛对酸比对碱稳定些，但随着酸浓度温度作用时间及电解质总浓度的增加，肽链会受到不同程度的水解，酸对羊毛的作用，在其他条件相同的情况下溶液中的电解质的总浓度越高，纤维受损伤越重。（3）碱的作用：羊毛对碱的作用比对酸要敏感的多，碱可催化肽链水解，影响因素主要有碱的种类，浓度作用温度和时间及电解质的总浓度。当其他条件相同时，NaoH的作用最强烈。（4）还原剂的作用：还原剂对羊毛的作用之限定在与二硫键反应，二在碱性介质中尤为激烈。（5）氧化剂作用：羊毛对氧化剂比较敏感，尤其强氧化剂在高温下，作用更强烈。羊毛蛋白质中的某些基团如硫基-s-s-以及咪唑基可与氧化剂反应，但双氧水对羊毛的影响较小。第六章合成纤维聚酯纤维（涤纶）的生产，结构和性能基本概念：1.异形纤维：在合成纤维纺丝成形加工中，采用异形喷丝孔纺制的具有非圆形横截面的纤维或中空纤维。2. 复合纤维：在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物，这种化学纤维称为复合纤维3. 湿法纺丝：将高分子物制成适当的水溶液，成为纺丝液，用汞将纺丝液从喷丝孔挤出来，并通过另一溶液（凝固浴）后，便转变成纤维。4. 干法纺丝：将高分子物溶液溶解于非水溶剂中制成纺丝液，从喷丝孔中挤出的纺丝液不必通过凝固浴，而是利用热空气将溶剂蒸发后便转变为纤维。5. 熔融纺丝：将高分子物加热至适当温度，使之熔融成为纺丝液。纺丝液从喷丝头喷出后，再使之冷却凝固而成纤维。6. 凝固浴：组成10%20%的硫氰酸钠水溶液，温度为1012度7. 初生纤维：由稀释纺丝液细流中的溶剂将聚合物凝固成形。8. 剥皮现象：涤纶在NaoH中处理时，在一定T下，不致发生较大溶胀。水解作用由表面逐渐深入，当表面的分子水解到一定程度后，便溶解在碱液中，使纤维表面一层层地剥落下来，造成纤维的失重和强度降低，而对纤维的芯则无太大的影响，其分子量也没什么变化的影响。简答及分析题1. 涤纶分子的结构式及其特点答：结构式： 特点：（1）是含有苯环的线形大分子，没有大的支链，所有苯环几乎处于一个平面上，因此大分子易于 平行排列，有较好的结晶取向。 (2)分子中苯脂基，刚性较大，PET熔点较高，ch3ch2具有柔性，分子链易折叠。 （3）分子中不含亲水集团，极性小，属于疏水纤维，吸湿性小。2 涤纶纤维的超分子结构答：涤纶纤维的聚集态结构可用樱状原先为结构模型描述，原纤维是纤维的基层组织，原纤维之间具有较大的缝隙，并由一些排列不规则的分子联系着，而原纤维本身则是由高侧序度的分子组成的微原纤维（微晶，结晶区）堆砌而成，打与棉纤维不同，涤纶分子可以形成折叠链结晶，即伸直链和折叠链共存。因此用折叠链樱状为原先为结构模型解释。3分析热处理与纤维尺寸热稳定性的关系，P594分析涤纶吸湿性比较差及染色比较困难的原因答：吸湿性差：涤纶出力大疯子两端各有一个羟基外，分子中不含其他亲水型集团，而且，其结晶度较高，疯子连排列很密集，因此稀释性差。除了涤纶缺乏亲水性，在水中膨化程度低以外，还可以从两方面加以说明。首先，涤纶分子结构中缺少像纤维素成蛋白质那样能和染料发生结合的活性基团，因此，原来能用于纤维素成蛋白质纤维染色的染料，不能用来染涤纶，但可以采用醋酸纤维染色的分散染料，其次，即使采用分散染料染色，除了某些分子量较小的染料以外，也还存在着另外一些困难，这种困难主要是由于涤纶分子排列比较紧密，纤维中只有存在着较小的空隙，染色方法：（1）高温高压染色法（2）携体染色法（3）热熔染色5、由涤纶的分子结构分析其在烧碱溶液中的变化规律及原因？答：涤纶烧碱溶液处理后，虽然分子量或聚合度没有发生显著的变化，但纤维的重量和宽度均减小了。涤纶在烧碱中处理时，在一定温度下，不至发生较大的溶胀，酯键的水解一般只能由表及里进行。由于这种表及里的作用特点，当表面的分子被损伤到一定程度后，便在碱液中发生溶解而产生“剥皮”。当分子量较低的部分被溶去之后，剩下的部分却是分子量较大的，因而测定分子量或是聚合度并不能全面判断纤维是否受到损伤。上述的试验可以发现涤纶经过烧碱处理后宽度和重量都减小，而聚合度基本上不变，足以说明剥皮现象的存在。6、涤纶再酸、碱（含浓烧碱）、氧化剂作用下的化学变化答：（1）对酸碱的稳定性。涤纶大分子中存在酯键，可以被水解，引起分子量的降低的酸碱对酯键的水解具有催化作用，以碱更为剧烈，涤纶对碱的稳定性比对酸的稳定性差。涤纶耐酸性较好，无论是对无机酸还是有机酸，均有良好的稳定性。涤纶再碱液的作用下发生水解，水解成都随着碱的种类、浓度、温度及时间而变。再热碱中，涤纶表面大分子发生水解。水解程度由表及里，当表面水解到一定程度时，则产生“剥皮现象”，造成纤维失重和强度降低，而分子量无明显变化。 （2）涤纶对氧化剂和还原剂的稳定性很高，即使在浓度、温度、时间等条件均高时，纤维的强度的损伤也不十分明显。7、叙述纺织材料摩擦起电的原因答:同样的纺织纤维之间或是其他物体之间相互摩擦，往往会产生静电场。两种物质结构不同的物体相互摩擦时，介电常数较高的带正电荷，低的带负电。聚酰胺纤维（锦纶）的结构和性能简答及分析题1. 锦纶纤维的分子结构式（1） 由二元酸、二元胺缩聚制成的通式为（2） 由w-氨基酸缩聚或内酰胺开环制得，通式为2比较不同锦纶熔点的高低，并分析原因答：聚二酰二胺的熔点高