亚麻纤维的化学性质简述

由于纤维素纤维的分子中含有大量的羟基，再加上链节间的苷键，使纤维素纤维具有很强的化学活泼性。纤维素纤维发生化学反应主要是羟基发生类似于有机化学的酚羟基的反应、苷键类似于醚键的断裂反应以及纤维末端还原性基团的氧化反应。

1.亚麻纤维的吸湿溶胀性　亚麻在空气中可以吸收水分，其水分的含量可以用回潮率来表示。回潮率是指纤维中所含水分对绝干纤维重量的百分比。

亚麻纤维之所以可以吸湿，是因为亚麻纤维的大分子中含有羟基，羟基是纤维吸湿的原始中心。纤维中的羟基初期吸收水分相当于单分子层吸附，随着羟基上吸附水分子的增多，水分子又可以作为活化中心，继续吸附水分子，发生多分子层的吸附，而且纤维素的吸湿溶胀只发生在纤维的无定形区，水分子是难以进入纤维结晶区的。随着水分子进入纤维无定形区的内部，无定形区分子之间的作用力被削弱，其结果会引起纤维体积的膨胀。

2.亚麻纤维对酸的稳定性　纤维素纤维对酸的稳定性比较差，在酸作用的情况下，主要发生苷键的断裂反应，其反应过程可以表示为：

从上面反应可以看出，在酸存在的情况下，会引起纤维聚合度和相对分子质量的下降，分子链段变短，导致分子中潜在醛基增加，因此可以通过测量纤维素纤维的相对分子质量和还原性来反映纤维素纤维被酸降解的程度。

在此反应中，质子酸只起到催化剂的作用，它不会随着反应过程的进行而减少，如果没有其他化学反应发生的话，酸性水解反应会一直进行下去。所以经过酸处理后，水洗一定要充分，否则会使纤维素发生较大程度的水解，纤维的强力会大幅度降低。

总的来说，纤维素纤维对酸比较敏感，影响纤维素酸性水解稳定性的因素很多，主要有酸的种类、温度、浓度、时间等因素。

无机酸的性质不同，使纤维素发生降解的程度也不同。一般认为强的无机酸，如硫酸和盐酸等的作用最为强烈，磷酸较弱，硼酸更弱；至于有机酸，即便是强酸（如蚁酸等）对纤维素纤维的作用也是很弱的。温度越高，酸性水解的程度越大，温度在20～100℃，随着温度的升高，水解的程度加大，温度每提高10℃，水解的速率可以提高2～4倍。酸的浓度也会影响水解反应速率，当酸的浓度在3mol／L以下时，水解反应速率与酸的浓度几乎成正比，但当酸的浓度大于3mol／L时，水解的速率比酸的浓度增大得还要快。时间对水解速率也有影响，在其他条件相同时，水解的程度与时间成正比。只要制订合理的工艺条件，既能完成相应的染整加工过程，又不会严重损伤亚麻纤维。

3.亚麻纤维对碱的稳定性　纤维素纤维所有的染整加工过程几乎都是在中性或碱性条件下进行的，特别是亚麻纤维的前处理过程，如退浆、煮练以及漂白、丝光过程都是在碱性情况下进行的。相对来说，纤维素纤维比较耐碱，但这种稳定性也是相对的。

如果有氧存在时，碱就成为纤维素纤维氧化的催化剂。而此时纤维素纤维的氧化分解首先发生在纤维素大分子还原端的葡萄糖剩基上，断裂后除了分裂出一个葡萄糖剩基外，还会产生一个新的还原端，使降解反应在此还原端继续进行，使纤维素的聚合度继续下降，导致纤维的降解；如果没有氧存在时，纤维素纤维会比较稳定。纤维素纤维在碱溶液中会发生溶胀，主要是因为纤维素纤维中的羟基具有弱酸性，能与氢氧化钠作用，变成碱性的水解纤维素，分子中原来的羟基变成氧负离子钠盐的形式。如下所示：

从上面反应可以看出，在酸存在的情况下，会引起纤维聚合度和相对分子质量的下降，分子链段变短，导致分子中潜在醛基增加，因此可以通过测量纤维素纤维的相对分子质量和还原性来反映纤维素纤维被酸降解的程度。

在此反应中，质子酸只起到催化剂的作用，它不会随着反应过程的进行而减少，如果没有其他化学反应发生的话，酸性水解反应会一直进行下去。所以经过酸处理后，水洗一定要充分，否则会使纤维素发生较大程度的水解，纤维的强力会大幅度降低。

总的来说，纤维素纤维对酸比较敏感，影响纤维素酸性水解稳定性的因素很多，主要有酸的种类、温度、浓度、时间等因素。

无机酸的性质不同，使纤维素发生降解的程度也不同。一般认为强的无机酸，如硫酸和盐酸等的作用最为强烈，磷酸较弱，硼酸更弱；至于有机酸，即便是强酸（如蚁酸等）对纤维素纤维的作用也是很弱的。温度越高，酸性水解的程度越大，温度在20～100℃，随着温度的升高，水解的程度加大，温度每提高10℃，水解的速率可以提高2～4倍。酸的浓度也会影响水解反应速率，当酸的浓度在3mol／L以下时，水解反应速率与酸的浓度几乎成正比，但当酸的浓度大于3mol／L时，水解的速率比酸的浓度增大得还要快。时间对水解速率也有影响，在其他条件相同时，水解的程度与时间成正比。只要制订合理的工艺条件，既能完成相应的染整加工过程，又不会严重损伤亚麻纤维。

3.亚麻纤维对碱的稳定性　纤维素纤维所有的染整加工过程几乎都是在中性或碱性条件下进行的，特别是亚麻纤维的前处理过程，如退浆、煮练以及漂白、丝光过程都是在碱性情况下进行的。相对来说，纤维素纤维比较耐碱，但这种稳定性也是相对的。

如果有氧存在时，碱就成为纤维素纤维氧化的催化剂。而此时纤维素纤维的氧化分解首先发生在纤维素大分子还原端的葡萄糖剩基上，断裂后除了分裂出一个葡萄糖剩基外，还会产生一个新的还原端，使降解反应在此还原端继续进行，使纤维素的聚合度继续下降，导致纤维的降解；如果没有氧存在时，纤维素纤维会比较稳定。纤维素纤维在碱溶液中会发生溶胀，主要是因为纤维素纤维中的羟基具有弱酸性，能与氢氧化钠作用，变成碱性的水解纤维素，分子中原来的羟基变成氧负离子钠盐的形式。如下所示：

众所周知，钠离子的水化能力很强，它的周围具有一层很厚的水合层，当它与纤维素大分子结合后，大量水分子被带入纤维内部，这种溶胀与水的作用并不完全相同，水不仅能进到纤维的无定形区内部，拆散分子间的作用力，而且在浓碱的作用下，水分子也能深入纤维的晶区，克服晶体内的部分作用力，使结晶区发生一定程度的变化，一般会导致结晶区的含量降低，无定形区的含量增大，使纤维素纤维对染化药剂的吸附能力加强，有利于染整加工过程的进行。而对于亚麻纤维来说，由于其本身具有一定的光泽，用浓碱在无张力或低张力的情况下进行丝光，其主要目的不是提高织物的光泽，而是使亚麻纤维发生溶胀，从而改善亚麻纤维结构紧密、不利于染色的特点。但丝光也会导致亚麻纤维结晶度和取向度下降，强力降低。据有关资料介绍，与棉纤维相比，亚麻在浓碱中比棉的溶胀性更好。因此经过浓碱处理后，亚麻纤维的化学活泼性增加得更多，对亚麻纤维各种力学性能指标的影响会更加显著，这一点在实际染整加工过程中要特别注意。

4.亚麻纤维对氧化剂的稳定性　纤维素纤维在强氧化剂的作用下，最终可以被氧化成二氧化碳和水。从分子结构方面来考虑，在葡萄糖剩基的第六位碳原子上有一个伯羟基，在第二、第三位碳原子上各有一个仲羟基，经过较缓和氧化剂的作用可以发生如下反应：

众所周知，钠离子的水化能力很强，它的周围具有一层很厚的水合层，当它与纤维素大分子结合后，大量水分子被带入纤维内部，这种溶胀与水的作用并不完全相同，水不仅能进到纤维的无定形区内部，拆散分子间的作用力，而且在浓碱的作用下，水分子也能深入纤维的晶区，克服晶体内的部分作用力，使结晶区发生一定程度的变化，一般会导致结晶区的含量降低，无定形区的含量增大，使纤维素纤维对染化药剂的吸附能力加强，有利于染整加工过程的进行。而对于亚麻纤维来说，由于其本身具有一定的光泽，用浓碱在无张力或低张力的情况下进行丝光，其主要目的不是提高织物的光泽，而是使亚麻纤维发生溶胀，从而改善亚麻纤维结构紧密、不利于染色的特点。但丝光也会导致亚麻纤维结晶度和取向度下降，强力降低。据有关资料介绍，与棉纤维相比，亚麻在浓碱中比棉的溶胀性更好。因此经过浓碱处理后，亚麻纤维的化学活泼性增加得更多，对亚麻纤维各种力学性能指标的影响会更加显著，这一点在实际染整加工过程中要特别注意。

4.亚麻纤维对氧化剂的稳定性　纤维素纤维在强氧化剂的作用下，最终可以被氧化成二氧化碳和水。从分子结构方面来考虑，在葡萄糖剩基的第六位碳原子上有一个伯羟基，在第二、第三位碳原子上各有一个仲羟基，经过较缓和氧化剂的作用可以发生如下反应：

在一定的条件下，氧化剂能使纤维素纤维发生氧化降解，生成氧化纤维素，从而使相对分子质量和强度下降。但若选择适当的稳定剂，工艺条件控制合理，可以在破坏纤维中天然色素的同时，不对纤维造成氧化损伤，染整加工过程中的漂白就是利用这种作用实现的。(www.xing528.com)

可见，纤维素纤维的氧化反应主要发生在纤维素分子链中的葡萄糖环上的伯醇羟基或仲醇羟基上。此外，纤维素大分子末端醛基的还原性也有可能对纤维素的氧化反应有一定的贡献。而且与纤维素纤维的水解反应很相似，纤维素纤维的氧化作用也主要发生在纤维的无定形区或晶区的表面。

但与水解反应不同的是，氧化反应并未真正地发生分子链的断裂，只发生葡萄糖环的破裂，对纤维的强度不会产生太大的影响。但一旦经过碱处理，纤维强度即会发生大幅度下降，人们把纤维素纤维的这种损伤，叫潜在损伤。因此对于亚麻纤维来说，要测定纤维素纤维在漂白过程中所造成的损伤，就要测定漂白后亚麻纤维经过浓碱处理后在铜氨或铜乙二胺溶液中的黏度，才能真实地反应亚麻纤维在漂白过程中所受到的实际损伤。因为铜氨或铜乙二胺溶液中的黏度只能反应纤维素被损伤断裂的程度，不能对氧化作用对葡萄糖环的破坏做出准确的判断。

5.亚麻纤维的酯化、醚化、接枝等反应　纤维素纤维分子中具有许多醇羟基，可以发生以下反应。

（1）与酸、酰氯、酸酐、环氧乙烷以及活化乙烯发生醇羟基的酯化或醚化等反应。例如，纤维素纤维可以与下列试剂进行反应：

在一定的条件下，氧化剂能使纤维素纤维发生氧化降解，生成氧化纤维素，从而使相对分子质量和强度下降。但若选择适当的稳定剂，工艺条件控制合理，可以在破坏纤维中天然色素的同时，不对纤维造成氧化损伤，染整加工过程中的漂白就是利用这种作用实现的。

可见，纤维素纤维的氧化反应主要发生在纤维素分子链中的葡萄糖环上的伯醇羟基或仲醇羟基上。此外，纤维素大分子末端醛基的还原性也有可能对纤维素的氧化反应有一定的贡献。而且与纤维素纤维的水解反应很相似，纤维素纤维的氧化作用也主要发生在纤维的无定形区或晶区的表面。

但与水解反应不同的是，氧化反应并未真正地发生分子链的断裂，只发生葡萄糖环的破裂，对纤维的强度不会产生太大的影响。但一旦经过碱处理，纤维强度即会发生大幅度下降，人们把纤维素纤维的这种损伤，叫潜在损伤。因此对于亚麻纤维来说，要测定纤维素纤维在漂白过程中所造成的损伤，就要测定漂白后亚麻纤维经过浓碱处理后在铜氨或铜乙二胺溶液中的黏度，才能真实地反应亚麻纤维在漂白过程中所受到的实际损伤。因为铜氨或铜乙二胺溶液中的黏度只能反应纤维素被损伤断裂的程度，不能对氧化作用对葡萄糖环的破坏做出准确的判断。

5.亚麻纤维的酯化、醚化、接枝等反应　纤维素纤维分子中具有许多醇羟基，可以发生以下反应。

（1）与酸、酰氯、酸酐、环氧乙烷以及活化乙烯发生醇羟基的酯化或醚化等反应。例如，纤维素纤维可以与下列试剂进行反应：

（2）接枝聚合反应。由于亚麻纤维的结晶度、取向度高，再加上它的皮芯结构，因此亚麻纤维的最大缺点就是染色困难。在实际生产中，为了改善亚麻纤维的染色性能，赋予亚麻一定的防水、防火、阻燃性能，有时需要在纤维素的大分子中引入一些其他结构的单体或官能团，对其进行接枝改性。

亚麻纤维的接枝改性指的是在纤维素大分子上接上一些聚合体或官能团的反应。例如，可以在亚麻的大分子中引入一些负性的基团，使之可以用阳离子型染料染色。

6.对于还原剂及盐的稳定性　纤维素纤维对还原剂及盐来说一般比较稳定。在通常的染整加工过程中所使用的还原剂和盐都不会造成纤维的断裂降解。

纤维素纤维受阳光强烈照射时，会引起纤维聚合度下降；受到霉菌侵蚀会发生损伤，严重的时候会使强力降低或使纤维表面产生色斑。

总之，亚麻纤维无论是对酸、碱、氧化剂还是对还原剂等的稳定性都是相对的，在实际染整加工过程中，要善于利用这些化学反应，制订合理的工艺条件，保证纤维素纤维不发生降解，强力不发生明显的下降，使纤维不受或少受损伤。

（2）接枝聚合反应。由于亚麻纤维的结晶度、取向度高，再加上它的皮芯结构，因此亚麻纤维的最大缺点就是染色困难。在实际生产中，为了改善亚麻纤维的染色性能，赋予亚麻一定的防水、防火、阻燃性能，有时需要在纤维素的大分子中引入一些其他结构的单体或官能团，对其进行接枝改性。

亚麻纤维的接枝改性指的是在纤维素大分子上接上一些聚合体或官能团的反应。例如，可以在亚麻的大分子中引入一些负性的基团，使之可以用阳离子型染料染色。

6.对于还原剂及盐的稳定性　纤维素纤维对还原剂及盐来说一般比较稳定。在通常的染整加工过程中所使用的还原剂和盐都不会造成纤维的断裂降解。

纤维素纤维受阳光强烈照射时，会引起纤维聚合度下降；受到霉菌侵蚀会发生损伤，严重的时候会使强力降低或使纤维表面产生色斑。

总之，亚麻纤维无论是对酸、碱、氧化剂还是对还原剂等的稳定性都是相对的，在实际染整加工过程中，要善于利用这些化学反应，制订合理的工艺条件，保证纤维素纤维不发生降解，强力不发生明显的下降，使纤维不受或少受损伤。