莲纤维的结晶结构与理化性能的研究

概要：而当硫酸浓度达75%时，纤维几乎全部溶解，残留少许丝段纤维。 经红外光谱分析知，莲纤维的主体成分为纤维素、半纤维素及木质素等，属天然纤维素纤维。当酸存在时，溶液中游荡的H+对纤维素的水解反应起催化作用（如图9所示），促使其1，4苷键断裂，与水分子形成两个羟基，一个是自由羟基，无还原性；另一个是半缩醛羟基，具有还原性。反应首先发生在无定形区及结晶区表面，随着反应的加剧，也可使晶区发生从外至里的反应，最后纤维完全解体而水解为葡萄糖。纤维素的水解反应，使其聚合度降低，并引起纤维的机械性能下降。但当处理的酸浓度很低时（低于20%），纤维水解程度甚微，仅少量半纤维素被除去，使其无定形区下降，结晶度增加，表现为断裂强力增大。 莲纤维的耐酸性因酸的种类、浓度及作用时间而不同。常温下，75%的硫酸溶液里莲纤维几乎全部溶解，残余少许丝段；在37%的盐酸溶液里，莲纤维部分溶解，质量损失率达45%左右，剩余纤维清洗晾干后变色，手感变僵硬；68%的硝酸对莲纤维的作用相对于盐酸稍弱，质量损失率在20%左右，但同样纤维变色，手感变硬。有机酸如蚁酸、冰醋酸等对纤维的作用较缓和，常温下没有明显变化

　　而当硫酸浓度达75%时，纤维几乎全部溶解，残留少许丝段纤维。

　　经红外光谱分析知，莲纤维的主体成分为纤维素、半纤维素及木质素等，属天然纤维素纤维。当酸存在时，溶液中游荡的H+对纤维素的水解反应起催化作用（如图9所示），促使其1，4苷键断裂，与水分子形成两个羟基，一个是自由羟基，无还原性；另一个是半缩醛羟基，具有还原性。反应首先发生在无定形区及结晶区表面，随着反应的加剧，也可使晶区发生从外至里的反应，最后纤维完全解体而水解为葡萄糖。纤维素的水解反应，使其聚合度降低，并引起纤维的机械性能下降。但当处理的酸浓度很低时（低于20%），纤维水解程度甚微，仅少量半纤维素被除去，使其无定形区下降，结晶度增加，表现为断裂强力增大。

　　莲纤维的耐酸性因酸的种类、浓度及作用时间而不同。常温下，75%的硫酸溶液里莲纤维几乎全部溶解，残余少许丝段；在37%的盐酸溶液里，莲纤维部分溶解，质量损失率达45%左右，剩余纤维清洗晾干后变色，手感变僵硬；68%的硝酸对莲纤维的作用相对于盐酸稍弱，质量损失率在20%左右，但同样纤维变色，手感变硬。有机酸如蚁酸、冰醋酸等对纤维的作用较缓和，常温下没有明显变化。综上所述常温下用酸处理纤维时，应注意控制酸的浓度及作用时间。

　　3.6 莲纤维的耐碱性

　　常温下将莲纤维在NaOH浓度分别为10%、20%及30%的溶液中处理三个小时，纤维的失重率明显，均在30%左右；但经10%和20%的溶液处理后的纤维断裂强力较未经处理前稍稍增加，而30%的溶液处理后的纤维强力略微下降。失重率下降的主要原因是纤维中的半纤维素在浓碱液的作用下发生了剥皮反应，大部分被去除。而浓碱液同时会使莲纤维发生溶胀，使其大分子间的氢键被拆散，在张力作用下，大分子的排列趋向于整齐，使取向度提高。同时，纤维表面不均匀变形被消除，减少了薄弱环节，使纤维能均匀的分担外力，从而减少了因应力集中而导致的断裂现象。加上膨化重排后的纤维相互紧贴，抱合力，也减少了因大分子滑移而引起断裂的因素。但当碱液浓度过高时，加上空气中氧的作用，碱催化了纤维素的氧化反应，使其发生降解，聚合度下降，强力下降。

　　本文着重研究了莲纤维在不同浓度的NaOH溶液中经煮沸三小时后的质量损失率、强力损失率及表面形态变化的情况。图10表明，当氢氧化钠溶液浓度在10g/L时，莲纤维的失重率已高达28.31%，此时纤维的断裂强力与未经处理前相比明显降低，但其表面形态并无明显变化。随着碱液浓度的增高，纤维质量损失增大，断裂强力不断减小，当浓度大于30g/L时，从纤维的表面观察到碱液已对其产生破坏，纤维局部被腐蚀。

　　当碱液浓度为60g/L时，纤维被明显破坏，失重率已高达43.19%，断裂强力亦降0.756cN。经碱液处理过的纤维，颜色由最初的奶白色变为暗黄色，同时手感略微变硬。

　　常温下纤维素的糖苷键对碱是比较稳定的，随着温度的升高，纤维素会发生碱性降解。

　　碱性水解使纤维素的糖苷键部分断裂，产生新的还原性末端基，聚合度下降，纤维的强度下降。纤维素碱性水解的程度与碱液浓度、处理温度、时间等有关，特别是处理温度，当温度较低时，碱性水解反应甚微，温度越高水解亦越强烈。经测得莲纤维中含有

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