厕纸本来软软的，为什么沾水再晾干以后会变硬呢？除了厕纸之外，衣物、毛巾等棉织物洗涤之后再自然晾干，一样会变硬，这到底是为什么呢？如果被小朋友问到类似问题，你会怎么回答？
近日，日本花王公司Takako Igarashi和北海道大学Ken-ichiro Murata等研究者很正式地回答了这个问题。他们在《Journal of Physical Chemistry C》杂志上发表论文，使用原子力显微镜及原子力显微镜-红外光谱，直接观察到了棉纤维表面"结合水"的存在，而这些残留的"结合水"是棉织物自然干燥之后变硬的终极原因。
纤维素由β-葡萄糖结构单元组成，普遍存在于纸、布、服装、毛巾中。然而，人们对纤维素界面处水的微观性质知之甚少。不过已知的是，在正常条件下，棉花内含有大量水分，重量增加8%，这是水与纤维素内非晶部分和纤维素表面的羟基之间的强氢键作用的结果。甚至在均相成核温度以下，仍然有水以未结冰的状态存在。
水与纤维之间的相互作用。
有人推测，在毛巾自然晾干过程中，水的蒸发导致纤维之间的距离缩短，棉纤维表面的结合水会起到类似交联剂的作用，形成3D网络结构，因此毛巾变硬。实验也支持了这一猜测，自然干燥之后，毛巾中仍会有8 wt%的结合水无法蒸发出去，毛巾变硬；而在110 °C真空加热烘干条件下，强行去除结合水后，毛巾又恢复了原有的柔软、蓬松的手感。不过，尽管有证据表明在棉纤维表面上存在结合水，但到目前为止尚未有直接观察到的相关报道。
结合水利用氢键将单根纤维交联在一起。
研究者首先利用自然干燥（下图a）和甩干+震动干燥（洗衣机甩干—震动—干燥，下图b）的棉质毛巾条进行比较，发现前者硬梆梆而后者相对柔软。施力弯曲自然干燥的毛巾一次之后，毛巾的刚度就会大幅下降，而有意思的是，如果将其静置一段时间之后，刚度会有所恢复。研究者认为，外力会破坏棉纤维之间的交联，纤维之间会相互脱离，刚度下降；但由于结合水的存在，静置一段时间之后纤维又会重新联接在一起，刚度回升。
自然干燥（a）和甩干+震动干燥（b）的毛巾及弯曲性能测试。
随后，研究者使用AFM揭示了棉纤维表面的确有结合水的存在。他们还通过衰减全反射红外光谱研究了棉纤维最外侧结合水的氢键状态，以研究其微观性质，并观察到的两个大特征峰来自棉纤维表面的结合水。"人们认为衣物柔顺剂可以减少纤维之间的摩擦"，Takako Igarashi说，"然而，我们的研究结果表明，结合水参与了棉制品变硬的过程，这为我们了解衣物柔顺剂的工作原理提供了新的视角，也有助于我们开发更好的柔顺剂配方和体系。"
其实在现实生活当中的问题看似简单，这些问题是科学家们孜孜不倦的想解决，孜孜不倦的动力是什么？为我们生活带来更大的便利，实现"科技改变生活"。
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