书城教材教辅中学理科课程资源-感受化学生活
33387200000005

第5章 服饰与化学(1)

衣服的变迁

原始的人类栖居森林和洞穴,赤身裸体。后来,由于气候转冷,他们开始用兽皮、树叶来做简单的衣服。而当他们发现葛、麻这些纤维时,他们制作了最早的纺线。先把这些纤维分成更细的丝条,然后用手搓成一根根葛、麻的线。直到现在丝、毛、麻、棉的纱线也是利用这种搓拈的原理纺出来的。有了这些麻线,妇女们仿照编织箩筐的原理,把它们编织成布。

在陕西半坡村原始村落遗址,考古学家发现了茅舍、谷物种子和用石块或陶土做的纺轮。这种小圆块纺轮的中间挖有一个小孔,原始人在孔里插上一根拈杆,把几根麻纤维绕在拈杆上,回转纺轮,让麻纤维得到加拈,变成一根细长的麻线。纺的多了,就把它排成一尺多宽的轻纱,用一种原始的腰机织成麻布。

后来,人类又开始了种桑养蚕,用蚕丝去织造绸缎。早在新石器时代,我国的养蚕事业就开始了。河南安阳的殷墟陆续出土了十几万片甲骨卜辞。在这些加固文字中,同养蚕丝织有关的字多达170个。浙江吴兴一个新石器晚期遗址中发掘到的绢片、丝线和丝带,经考古专家测定,距今已有5000多年了。

西周时,在一个曶鼎的铭文上,记载着一段话,它的意思是:一束丝和一匹马可以换5个奴隶。可见那时丝已经成为可以交换的商品了。

到了汉代,丝绸业进入了一个全盛的时期。我国的丝绸沿着横贯中亚的有名的“丝绸之路”,输出到了欧、亚、非等地区,使那里的皇家贵族们大开了眼界。他们将轻盈美丽、光彩耀目的丝绸,看作是“天堂”里的神物,是一个“美丽的梦”,说它来自“赛里斯”,意思是“丝绸之国”。

羊毛织物的出现至今也有三四千年的历史了。我国兄弟民族用羊毛进行纺织,并染成各种颜色,织出美丽的地毯,驰誉世界。

印度是最早栽种棉花的国家。在5000多年前的印度古墓中发现国棉织物;在二三千年前的古诗和梵书法典中,都有关于棉纺和棉花的描述。

中国种植棉花的历史也很早。汉代,桂州(今桂林)已栽种棉花,不过那时种植的范围不大。棉花是从国外输入的:草棉(又叫非洲棉)经西亚、中亚自陆上传入我国西北地区,中棉由印度经海道传入我国南方地区。

中世纪时,有些欧洲旅行家从东方回国,传播了一些神奇的传说。说什么在黑海边上的鞑靼汗国里,有一种半树半兽的“羔羊树”,它叫“巴罗米兹树”,意思是羔羊。那种树长着一种像南瓜般的果实,成熟后裂开,里面是一只有血、有肉、有骨头的羔羊,外面长着羊毛。

世界上并没有这种长羊毛的羔羊树。其实,欧洲人所描绘的神奇的植物就是棉花,由于当时的欧洲人还不认识它,误认为它就是羊毛,才有了神秘“羔羊树”的说法。而现今,这种“羔羊树”已经成为人们衣着和被服的主要原料,且被称为“白色的金子”。

北宋时代,棉纺技术由新疆和闽粤两路传入我国,棉花开始在广大地区种植。海南岛是当时棉纺织业发展较早的地区之一,岛上的妇女们几乎都善于纺织。南宋末年,黄道婆从松江乌泥泾(今上海龙华)到海南岛学习岛上妇女的棉纺织技术,并进行了很大的改进,创造出木纺织机,使生产效率提高许多倍。黄道婆创造的“错纱配色”和“综线挈花”技术,使棉织业得到了更进一步的发展。

纺车看起来简单,但它却是我国机械工程发明史上应用绳轮、曲柄等机械原理的首创。我国还发明了提花织机和水力带动的32个锭子的大纺车。今天,新式的纺车已经不需要锭子了,它比纺车要快3000倍,比古代的纺轮快15000倍。新式喷气布机也不用梭子织布,一天能织100米布,比老式布机快30倍,而布的宽度也比原来宽1倍多。

合成纤维

三百多年前,英国的一位年轻科学家受到蜘蛛吐丝织网的启示,不禁想:能否发明一部机器,“吃”进化学药品,吐出晶莹的丝,来让人们纺线织布,制做衣裳。

经过多次的实验后,终于他发现将用硝酸处理棉花得到的硝酸纤维素,溶解在酒精里,制成粘稠的液体,通过玻璃细管,在空气中让酒精挥发干以后,便成了细丝,这是世界上第一根人造纤维。但这种纤维易燃烧,质量差,成本高,没法用来纺纱织布。

受到他的启示,后来人们用一些不能直接纺纱的“纤维素”材料,像木材,棉籽短绒等作为原料,经化学加工处理生成出人造纤维。如将木材里的木质纤维素溶解在烧碱和二硫化碳里,做成黏液,再在水面下喷丝,拉出千丝万缕。这就是大名鼎鼎的“人造丝(又叫黏胶纤维)”。它的长纤维可织成人造丝印花绸、人造丝袜。短纤维造出“人造棉花”。它们穿着舒适,透气良好,易吸水,可染上漂亮的颜色,且价格低廉。

这些纤维实质上都是天然纤维经过溶解后“再生的”,因此,人造纤维有时也称为“再生”纤维,他们在潮湿时很不结实,洗涤后易变形,缩水严重,再说,天然纤维的资源毕竟有限。

于是,人们把眼光从天然纤维身上转移到矿物上。石头、煤、石油、天然气能不能变成纤维呢?

50年前,德国出现了用煤、盐、水和空气做原料制成的聚氯乙烯纤维(氯纶)。它的化学成分和最普通的塑料一个样。这是最早的合成纤维。用氯纶织成的棉毛衫裤、毛线衣裤,既保暖又容易摩擦后带静电,穿着它,对治疗关节炎还有好处呢。

比氯纶晚几年出世的尼龙(锦纶),比蛛丝还细,但非常结实,晶莹透明,一下子以它巨大的魅力使人们着了魔。用尼龙丝织成的袜子结实耐磨,一双顶四五双普通的棉线袜穿用。

曾经很流行的“的确良”(涤纶),挺括不皱,免烫,是产量最大的一种合成纤维。腈纶,俗称“合成羊毛”,蓬松耐晒,用它做的毛线、毛毯、针织衣裤,我们都很熟悉。

价廉耐用的维尼龙(维纶),织成维棉布,做床单或内衣,吸水、透气性跟棉织品差不多。维纶棉絮酷似棉花,人称“合成棉花”。除了涤纶、锦纶、腈纶、维纶四大合成纤维外,由丙烯聚合而成的丙纶一跃而起,成为合成纤维的新秀。

丙纶是比重最轻的合成纤维,入水不沉。飞机上的毛毯、宇航员的衣服用它制作,可以减轻升空的负担。如今,化学纤维的年产量已经和天然纤维平起平坐了,而它在国民经济和国防事业上的作用却远远超过了天然纤维。不过,今天规模巨大的“机器蚕”在日夜运转,还多亏了蚕儿吐丝、蜘蛛织网给人们的启示呢!

这些合成纤维与人造纤维一起称之为“化学纤维”。市场上有许多化学纤维与天然纤维混纺的织物,如棉绦纶、毛绦纶,有锦纶同黏胶条块结合混纺的黏锦凡立丁和华达尼;还有腈纶同黏胶纤维混纺的花呢和凡立丁等等,真是五花八门。为什么生产这么多混纺品种呢?

这是因为各种纤维,不论是天然纤维、人造纤维和合成纤维,都各有所长,各有所短。天然纤维穿着舒适,吸湿性好,易上色,但不够耐磨,且除棉花外,产量都不高。人造纤维穿着舒适,吸湿性好,易上色,但不经洗不耐穿。合成纤维强力高,耐磨好,但不易染色,价格较高,且吸湿性差,透气性不好。

我们穿的衣服,总希望既舒适美观,又耐穿,且价格合理。把各种纤维,尤其是合成纤维同天然纤维或人造纤维按一定比例进行混纺,可取长补短,充分发挥各自的优势,让人们满意。

现在市场上合成纤维混纺的织物很多,但这些织物往往容易起毛起球,还易吸尘,使人们望而却步。这是怎么回事呢?

原来,合成纤维往往表面光滑,呈圆柱形,具有一定的弹性。它们彼此之间的抱合力较差,同棉或黏胶纤维之间的抱合力也不是很好。这样的混纺织物穿上身后,受到各种摩擦的影响,合成纤维就容易滑动,使纤维的顶端钻出布面,这就形成了布面的起毛现象。

起毛以后,又因经常摩擦,使合成纤维顶端形成一个个细小绒球,这就是我们看到的起球现象。目前一般采用树脂整理和热定型处理等方法,使纤维固着不易滑动,织物表面就不易平滑了。

合成纤维织物吸尘是因为它是不良导体,经摩擦易起静电,而空气中的尘埃也是不良导体,当他们碰到具有静电的织物时,就被吸附在上面,尤其是衣服起毛的地方。混纺后,这种情况将大大改善。

身披彩霞

棉花、苎麻、蚕丝、羊毛,本来是白色的或者浅黄色的,我们的衣服那绚丽的、彩虹般的颜色是从哪里来的呢?这一切要归功于染料。

染料是各种各样的有色物质,绝大多数是有机化合物。大部分染料都能溶于水,即使不溶于水,经过一定的化学处理,如酸化还原后,也会溶于水,被纤维紧紧抓住,纤维便染上了颜色。染料的染色能力很强,一点点染料就可叫整匹布披上美丽的色彩。

我们中国人在很早的时候就知道染衣服了。春秋战国时,人们就用紫草染衣服。由于紫草很稀少,因此用紫草染成的衣料便身价百倍。在那时的齐国,帝王将相们为了炫耀自己的富贵,纷纷用紫绸子做衣服。所谓“满朝朱紫贵”便是这么来的。

大自然太吝啬了,古代腓尼基人为了取得一点紫色染料,不得不潜入地中海的深水底下去采集海螺,每8000个海螺中,只能得到l公斤紫色染料。因为来之不易,只供王公贵族享用,叫做“帝王紫”。还有一种仙人掌上长的胭脂虫,从好几万只这种昆虫里才得到一两胭脂红染料。

天然染料远远不能满足人们的需要,于是在化学家的不懈努力下,各种合成染料竞相应运而生了。第一种合成染料——品红1885年诞生,以后又相继合成了靛蓝等人工染料。人工染料出现后,天然染料很快被淘汰了。如今,合成染料的品种已达8000多种。同时,研究染料成了一个崭新的学科——“染料化学”。

丝毛的纤维是蛋白质高分子,它由成百上千的氨基酸“手拉手”连接起来.氧基酸既有酸基.又有氧基.酸基显酸性.氨基显碱性,所以它既可和碱性,又可与酸性染料分子结合成盐。因此,丝、毛织品染色不难。

棉麻纤维却是中性的聚葡萄糖高分子。要染上色,就需要一位“媒人”将染料和纤维“摄合”在一起。

你染过红指甲吗?早些时候小女孩们常常摘几朵红色的凤仙花,捏一点明矾末,揉合在一起,敷在指甲上,用布裹上。第二天.指甲就染红了,洗都洗不掉。明矾使凤仙花这种红色染料牢牢地挂在指甲的蛋白质高分子上。

明矾就是促进纤维与染料结合的“媒人”。染棉布时,先用明矾浸湿,然后在热蒸汽房里通过。明矾的化学成分是硫酸铝钾,它遇热迅速水解成黏黏糊糊的氢氧化铝胶体,紧紧地粘附在棉纤维的表面上,当棉布浸到染缸里时,染料很容易挂在氢氧化铝胶体上,布就染上颜色了。

除了直接染料、媒染料外,还有一种括性染料。它是染料中发明较晚的一种,染出的颜色比较坚牢。原来,它的分子上有活泼的反应基因,好像一把强劲有力的“化学钳”。遇上纤维的某些基因就狠狠咬住不放,和纤维紧密结合成一个整体,洗不掉,拆不散,是比较理想的染料。1958年,我国制出了多种活性染料,赶上了国际水平,使染料工业得到了很大的发展。

各类染料的染色牢度是有差别的。用直接染料染色方法简单,成本低,但染色牢度差,色泽也比较萎暗;媒染料染色牢度好,色泽鲜艳,但染色方法复杂。活性染料,一般染色牢度较好,色泽也较鲜艳,但不耐漂白粉漂白。总之,各有优缺点。有的布易褪色,有的布不易褪色,正是因为选择了不同牢度的染料。

人造纤维和天然纤维本质上差不多,很容易像棉麻丝毛那样染上颜色,因此人造丝、人造棉有绚丽的颜色。但是,合成纤维的染色情况却大不相同。只有锦纶的分子和蛋白质有点相似,染起色来和丝、毛差不多。涤纶、丙纶、氯纶等染色却很困难,因为他们和染料不沾边,不挂钩,媒染剂也粘附不上。只好在喷丝前,将染料预先混进原料里,喷出带色的边,织物才有颜色。

染料大部分是从煤焦油中获得的,污浊的煤焦油经过神奇的化学处理,竞产生出彩虹般绚丽的颜色,点缀了我们的生活。

但有时候我们想使色布变白,冬天银妆素裹的雪景,高贵典雅的白牡丹,童话中的白雪公主神奇的面纱……都使我们无限神往。但即使没有经过上色的布,也由于含有油脂、果胶质,含氮化合物种种杂质现出米白色。

要获得纯白的效果,还必须经过印染厂的一系列化学加工处理,如退浆、煮炼和漂白等,漂白可以把染料分子破坏掉。还记得这么一个实验吗?在玻璃钟罩下扣一束红玫瑰,往里面送进一块燃着的硫磺,结果不多会儿,花色就褪了。

原来硫磺燃烧生成二氧化硫,它可以和玫瑰花中的水分化合成亚硫酸,亚硫酸这种物质具有还原性,破坏了花中的色素。白布、纸张常用亚硫酸来漂白,但空气中的氧会使还原了的色素又氧化回来,所以用久了的白布、白纸会泛黄。

还有另一种漂白剂,呈氧化性,也能破坏色素。常说的漂白粉就属于这一类,它的主要成分是次氯酸钙,溶于水释放出次氯酸,次氯酸有很强的氧化本领,经它漂白后不太容易泛黄。

经过漂白后,颜色就白多了,但还称不上“雪白”。原来还需要一步“工艺”,将已漂白的布料再在含荧光增白剂和少量蓝色溶液中浸渍处理。经过样增白的布料就显出微带蓝色的白光,看起来有特殊雪白的效果。但水洗的次数多了,增白剂和涂料都会逐渐被洗掉,最后使人们感到布料不白了。

知道了色布变白的过程,就不难明白为什么“雪白”的衬衫穿久了,就逐渐泛黄。

羊毛衫

在一年中盼春、秋、冬三个季节里,羊毛衫是最受人们喜爱的服装了。把它作为冬装,可以使人保持潇洒的体形,又能够使全身暖和。但是,羊毛衫为什么穿着会这么暖和呢?

我们先来探究一下它的保暖性。我们通常说的保暖性是指阻止热量从物体散逸至外界的性能。散热,通常可以通过传导、辐射和对流来实现。对于服装来说,尤其是热传导,在保暖性上起着更为重要的作用。

如果是这样,那么羊毛和其他服装的纤维相比,导热系数到底要小多少呢?为了回答这一问题,在许多有关的著作和资料中,虽然有时可以见到部分纤维制品的导热系数测定值,但查不到纤维本身在这方面的完整资料。

就羊毛纤维本身说,首先是它的导热性比其他纤维小。

但是,如果我们把这种纤维织成线并制成纺织品或针织品时,它的导热性能却会突然发生很大变化。因为这时起主要作用的是衣服料子内部所含空气的体积。

正是由于上述原因,一般说,具有良好的保温性能的服装,从穿法上讲,实际上就是穿空气的方法,即要保持空气在服装内部不发生流动(即不发生对流)的方法。

那么,我们来看看,含气率高的服装究竟是一种什么样的服装呢?

首先是服装的纤维能够收缩、弯曲(羊毛在这一点上是特别出色的),并且用它纺的线也经常是收缩和弯曲的,因而用这种线纺制的纺织品和针织品,当然是膨松的、含气率高的。羊毛制品所以暖和,首要原因就在于它的膨松性。