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科學(xué)探秘 毛巾為什么會(huì)變硬
2020年05月27日 15:27:31
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：4839
毛巾作為一種清潔用品，幾乎家家都有。它的特征為方形純棉紡織品，質(zhì)地松軟。但不少家庭都遇到過一個(gè)困擾就是毛巾使用時(shí)間長了以后會(huì)變得越來越硬。不僅失去了初的手感，也會(huì)在使用中少了幾分舒適。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】毛巾作為一種清潔用品，幾乎家家都有。它的特征為方形純棉紡織品，質(zhì)地松軟。但不少家庭都遇到過一個(gè)困擾就是毛巾使用時(shí)間長了以后會(huì)變得越來越硬。不僅失去了初的手感，也會(huì)在使用中少了幾分舒適。
關(guān)于毛巾為什么會(huì)變硬這個(gè)問題，網(wǎng)上的解釋也五花八門。其中主要的說法是，因?yàn)樗杏坞x的鈣、鎂離子與肥皂結(jié)合，生成鈣鎂皂附著在毛巾的表面所致；此外，也有人說是因?yàn)槿藗凅w液中不易溶于水的油脂、蛋白質(zhì)、皮屑、無機(jī)鹽、灰垢等雜質(zhì)僅用清水很難清洗干凈，雜質(zhì)經(jīng)過日積月累，毛巾的使用感就會(huì)變差。
日前，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(huì)通過毛細(xì)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(huì)與纖維素的羥基發(fā)生強(qiáng)氫鍵作用，形成結(jié)合水。以前有人做出過推測(cè)，當(dāng)毛巾自然晾干時(shí)，游離水蒸發(fā)使纖維之間的距離縮短，此時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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?xiàng)l表面的光譜存在兩個(gè)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(gè)特征峰消失，變成兩個(gè)小峰。這說明之前觀察到的兩個(gè)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(shí)驗(yàn)證明，結(jié)合水在棉纖維表面明顯存在，并且可以通過毛細(xì)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(shí)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(jí)別分辨率進(jìn)行材料表征分析的先進(jìn)儀器設(shè)備。正是由于AFM-IR強(qiáng)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(tuán)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了結(jié)合水在纖維硬度變化方面的作用，同時(shí)結(jié)合水獨(dú)特的氫鍵狀態(tài)也讓研究者對(duì)纖維素界面水的微觀性質(zhì)有了進(jìn)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(duì)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。
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