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為什么毛巾會變硬原子力顯微鏡告訴你答案

2020-04-09 10:22:59來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：棉纖維閱讀量：6735

導(dǎo)讀：近日，日本花王公司和北海道大學(xué)的研究人員發(fā)表了一篇論文，為毛巾變硬問題提出了一種新的解釋——毛巾自然干燥后殘留在棉纖維表面的“結(jié)合水”會通過毛細粘附過程使棉纖維相互交聯(lián)，導(dǎo)致毛巾變硬。

　　【儀器網(wǎng) 材料化工】新買的毛巾越用越硬大概是很多人都會遇到的困擾。為了解決這個問題也許你試過清洗的時候加柔順劑、加醋煮、加食用堿煮、甚至用淘米水煮，但是這些方法都沒辦法解決毛巾變硬的問題。

　　毛巾為什么會變硬呢？網(wǎng)上關(guān)于這個問題的回答主要有三種：1.水中的鈣、鎂離子與肥皂結(jié)合形成不溶于水的皂垢，這些皂垢附著在毛巾纖維上就會使毛巾變黃變硬；2.皮膚分泌的油脂、汗液以及皮膚上的皮屑、灰塵等雜質(zhì)積累在毛巾纖維中；3.毛巾長時間使用后棉纖維受到損傷消耗。這些回答真的可以解釋毛巾變硬的問題嗎？科學(xué)研究表明真相并沒有這么簡單。

　　近日，日本花王公司和北海道大學(xué)的研究人員在Journal of Physical Chemistry C 雜志上發(fā)表了一篇論文，為毛巾變硬問題提出了一種新的解釋——毛巾自然干燥后殘留在棉纖維表面的“結(jié)合水”會通過毛細粘附過程使棉纖維相互交聯(lián)，導(dǎo)致毛巾變硬。

　　當(dāng)纖維素與水接觸后，一部分水會與纖維素的羥基發(fā)生強氫鍵作用，形成結(jié)合水。以前有人做出過推測，當(dāng)毛巾自然晾干時，游離水蒸發(fā)使纖維之間的距離縮短，此時纖維表面的結(jié)合水就促使纖維相互交聯(lián)，從而讓毛巾變硬。實驗證明，經(jīng)過110℃真空加熱烘干完全去除結(jié)合水之后，毛巾可以恢復(fù)蓬松柔軟的狀態(tài)。這一實驗雖然可以證明棉纖維表面存在結(jié)合水，并參與了毛巾變硬的過程，但沒有直接證據(jù)。

　　而本次研究中，日本的研究人員利用原子力顯微鏡以及原子力顯微鏡-紅外光譜直接觀察到了結(jié)合水的存在。研究人員通過原子力顯微鏡觀察棉纖維表面，發(fā)現(xiàn)除了纖維素之外還存在一種粘性物質(zhì)，這說明棉纖維表面確實存在具有粘性的結(jié)合水。

　　然后研究人員將紅外光譜與原子力顯微聯(lián)用，觀察到自然干燥的棉質(zhì)毛巾條表面的光譜存在兩個明顯的特征峰。經(jīng)過在110℃條件下真空加熱，去除結(jié)合水之后，這兩個特征峰消失，變成兩個小峰。這說明之前觀察到的兩個特征峰來自結(jié)合水，而且棉纖維表面的結(jié)合水與空氣接觸的狀態(tài)和與棉纖維接觸的狀態(tài)存在差異。實驗證明，結(jié)合水在棉纖維表面明顯存在，并且可以通過毛細粘附現(xiàn)象導(dǎo)致棉纖維變硬。

　　原子力顯微與紅外光譜聯(lián)用技術(shù)又被稱為納米紅外光譜技術(shù)(AFM-IR)，將紅外光譜分析的空間分辨率提高到了100nm以下。AFM-IR可以實現(xiàn)紅外吸收成像、紅外吸收光譜采集以及原子力顯微成像等功能，是現(xiàn)代材料科學(xué)在納米級別分辨率進行材料表征分析的先進儀器設(shè)備。正是由于AFM-IR強大的功能，研究者才得以直接觀察到棉纖維表面結(jié)合水的存在，解開毛巾變硬的謎團。

　　實驗結(jié)果表明了結(jié)合水在纖維硬度變化方面的作用，同時結(jié)合水獨特的氫鍵狀態(tài)也讓研究者對纖維素界面水的微觀性質(zhì)有了進一步的了解。根據(jù)這一研究成果，也許可以開發(fā)出更有針對性的衣物柔順劑，解決毛巾以及其它衣物自然干燥后變硬的問題。

　　資料來源：X-MOL

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