从纤维素聚集态结构模型谈起

纤维素纤维的聚集态结构是十分复杂的，缨状胶束（也称缨状微胞）模型（fringed mi⁃celle model）和缨状原纤模型（fringed fibril model）理论是目前大多数采用的结构观点。随着高分子物结构理论研究的进展，又发展了纤维素折叠链结构及缺陷晶态结构等理论。

缨状胶束模型和缨状原纤模型理论都认为，在纤维素的结构中包含着结晶部分和无定形部分（两相结构），两者没有严格的界面。无定形部分是由结晶部分延伸出来的分子链构成的，结晶部分和无定形部分是由分子链贯穿在一起的。

缨状胶束模型理论认为，在两相共存的体系中，由于结晶区和无定形区没有严格的界面，其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展状态按一定方向排列的，由低序区域向较高序区域过渡。因此分子链可通过几个整列区域和非整列区域，形成纤维的结晶区和无定形区，其纤维素的缨状胶束结构模型如图1－2 所示。此外，有人认为结晶部分是由折叠链构成的，提出了修正的缨状胶束模型（modified fringed micelle model），如图1－3所示。

图1－2　缨状微胞结构模型（阴影部分表示结晶区）

缨状原纤模型理论是在缨状胶束模型理论的基础上提出来的，因为在实验中，通过一般光学显微镜就可以直接观察到棉纤维中较粗大的原纤组织，通过电子显微镜还能观察到棉纤维中的微原纤组织。该理论认为，X 衍射确定的结晶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，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。缨状原纤结构模型如图1－4 所示。(www.xing528.com)

缨状微胞理论和缨状原纤理论的区别在于：缨状微胞概念具有较短的结晶区，而缨状原纤概念具有长的结晶区；缨状原纤中纤维大分子排列比缨状微胞更紧密而有序。两者的关系可视作互为极限情况，即微胞扩大到一定程度可视作原纤，而原纤缩小到一定程度又可视作微胞。原纤理论认为纤维的结构具有较高的连续性，适用于解释结晶度较高的天然纤维素纤维的机械性能，由于发现这些纤维都有原纤结构，而微胞理论至今对结晶度较低的再生纤维素纤维的结构仍能作出有力的解释，例如在普通黏胶纤维中就很少有原纤结构特征。

图1－3　修正的缨状微胞结构模型

图1－4　缨状原纤结构模型

缨状原纤有抵抗纤维延伸的能力，而缨状微胞的形式则容易延伸。因此用这两种结构模型可以解释天然纤维素纤维与普通黏胶纤维之间强度、延伸度及应力—应变曲线等的差别。