毛巾為什么會變硬呢？網上關于這個問題的回答主要有三種：1.水中的鈣、鎂離子與肥皂結合形成不溶于水的皂垢，這些皂垢附著在毛巾纖維上就會使毛巾變黃變硬；2.皮膚分泌的油脂、汗液以及皮膚上的皮屑、灰塵等雜質積累在毛巾纖維中；3.毛巾長時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題嗎？科學研究表明真相并沒有這么簡單。
近日，日本花王公司和北海道大學的研究人員在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“結合水”會通過毛細粘附過程使棉纖維相互交聯，導致毛巾變硬。
當纖維素與水接觸后，一部分水會與纖維素的羥基發(fā)生強氫鍵作用，形成結合水。以前有人做出過推測，當毛巾自然晾干時，游離水蒸發(fā)使纖維之間的距離縮短，此時纖維表面的結合水就促使纖維相互交聯，從而讓毛巾變硬。實驗證明，經過110℃真空加熱烘干完全去除結合水之后，毛巾可以恢復蓬松柔軟的狀態(tài)。這一實驗雖然可以證明棉纖維表面存在結合水，并參與了毛巾變硬的過程，但沒有直接證據。
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)現除了纖維素之外還存在一種粘性物質，這說明棉纖維表面確實存在具有粘性的結合水。
然后研究人員將紅外光譜與原子力顯微聯用，觀察到自然干燥的棉質毛巾條表面的光譜存在兩個明顯的特征峰。經過在110℃條件下真空加熱，去除結合水之后，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合水，而且棉纖維表面的結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。實驗證明，結合水在棉纖維表面明顯存在，并且可以通過毛細粘附現象導致棉纖維變硬。
原子力顯微與紅外光譜聯用技術又被稱為納米紅外光譜技術(AFM-IR)，將紅外光譜分析的空間分辨率提高到了100nm以下。AFM-IR可以實現紅外吸收成像、紅外吸收光譜采集以及原子力顯微成像等功能，是現代材料科學在納米級別分辨率進行材料表征分析的先進儀器設備。正是由于AFM-IR強大的功能，研究者才得以直接觀察到棉纖維表面結合水的存在，解開毛巾變硬的謎團。
實驗結果表明了結合水在纖維硬度變化方面的作用，同時結合水獨特的氫鍵狀態(tài)也讓研究者對纖維素界面水的微觀性質有了進一步的了解。根據這一研究成果，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。
資料來源：X-MOL
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