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為什么毛巾會(huì)變硬 原子力顯微鏡告訴你答案
2020年04月10日 10:43:18
來(lái)源：儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：3858
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(guò)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(shuō)明棉纖維表面確實(shí)存在具有粘性的結(jié)合水。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】新買(mǎi)的毛巾越用越硬大概是很多人都會(huì)遇到的困擾。為了解決這個(gè)問(wèn)題也許你試過(guò)清洗的時(shí)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(méi)辦法解決毛巾變硬的問(wèn)題。
毛巾為什么會(huì)變硬呢？網(wǎng)上關(guān)于這個(gè)問(wèn)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(huì)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(zhǎng)時(shí)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(wèn)題嗎？科學(xué)研究表明真相并沒(méi)有這么簡(jiǎn)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(wèn)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(guò)毛細(xì)粘附過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程，但沒(méi)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(guò)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(shuō)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(guò)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(shuō)明之前觀察到的兩個(gè)特征峰來(lái)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(wèn)題。
資料來(lái)源：X-MOL
編輯點(diǎn)評(píng)：原子力顯微鏡是一種可用來(lái)研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過(guò)檢測(cè)待測(cè)樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來(lái)研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于核酸檢測(cè)、細(xì)胞分析、病毒分析風(fēng)方面。
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