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科學(xué)探秘 毛巾為什么會變硬
2020年05月27日 15:27:31
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：4837
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困擾就是毛巾使用時間長了以后會變得越來越硬。不僅失去了初的手感，也會在使用中少了幾分舒適。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動態(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困擾就是毛巾使用時間長了以后會變得越來越硬。不僅失去了初的手感，也會在使用中少了幾分舒適。
關(guān)于毛巾為什么會變硬這個問題，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，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(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(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，同時結(jié)合水獨(dú)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(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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