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为什么毛巾会变硬 原子力显微镜告诉你答案

2020-04-10 11:09 来源: 仪器网

新买的毛巾越用越硬大概是很多人都会遇到的困扰。为了解决这个问题也许你试过清洗的时候加柔顺剂、加醋煮、加食用碱煮、甚至用淘米水煮,但是这些方法都没办法解决毛巾变硬的问题。
毛巾为什么会变硬呢?网上关于这个问题的回答主要有三种:1.水中的钙、镁离子与肥皂结合形成不溶于水的皂垢,这些皂垢附着在毛巾纤维上就会使毛巾变黄变硬;2.皮肤分泌的油脂、汗液以及皮肤上的皮屑、灰尘等杂质积累在毛巾纤维中;3.毛巾长时间使用后棉纤维受到损伤消耗。这些回答真的可以解释毛巾变硬的问题吗?科学研究表明真相并没有这么简单。
近日,日本花王公司和北海道大学的研究人员在Journal of Physical Chemistry C杂志上发表了一篇论文,为毛巾变硬问题提出了一种新的解释——毛巾自然干燥后残留在棉纤维表面的“结合水”会通过毛细粘附过程使棉纤维相互交联,导致毛巾变硬。
当纤维素与水接触后,一部分水会与纤维素的羟基发生强氢键作用,形成结合水。以前有人做出过推测,当毛巾自然晾干时,游离水蒸发使纤维之间的距离缩短,此时纤维表面的结合水就促使纤维相互交联,从而让毛巾变硬。实验证明,经过110℃真空加热烘干完全去除结合水之后,毛巾可以恢复蓬松柔软的状态。这一实验虽然可以证明棉纤维表面存在结合水,并参与了毛巾变硬的过程,但没有直接证据。
而本次研究中,日本的研究人员利用原子力显微镜以及原子力显微镜-红外光谱直接观察到了结合水的存在。研究人员通过原子力显微镜观察棉纤维表面,发现除了纤维素之外还存在一种粘性物质,这说明棉纤维表面确实存在具有粘性的结合水。
然后研究人员将红外光谱与原子力显微联用,观察到自然干燥的棉质毛巾条表面的光谱存在两个明显的特征峰。经过在110℃条件下真空加热,去除结合水之后,这两个特征峰消失,变成两个小峰。这说明之前观察到的两个特征峰来自结合水,而且棉纤维表面的结合水与空气接触的状态和与棉纤维接触的状态存在差异。实验证明,结合水在棉纤维表面明显存在,并且可以通过毛细粘附现象导致棉纤维变硬。
原子力显微与红外光谱联用技术又被称为纳米红外光谱技术(AFM-IR),将红外光谱分析的空间分辨率提高到了100nm以下。AFM-IR可以实现红外吸收成像、红外吸收光谱采集以及原子力显微成像等功能,是现代材料科学在纳米级别分辨率进行材料表征分析的先进仪器设备。正是由于AFM-IR强大的功能,研究者才得以直接观察到棉纤维表面结合水的存在,解开毛巾变硬的谜团。
实验结果表明了结合水在纤维硬度变化方面的作用,同时结合水独特的氢键状态也让研究者对纤维素界面水的微观性质有了进一步的了解。根据这一研究成果,也许可以开发出更有针对性的衣物柔顺剂,解决毛巾以及其它衣物自然干燥后变硬的问题。
资料来源:X-MOL
编辑点评:原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质,被广泛应用于核酸检测、细胞分析、病毒分析风方面。

标签:
分析仪器, 敏感元件, 原子力显微镜
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