（纺织工程专业论文）新型服用纺织纤维鉴别方法的研究.pdf

摘要 新型服用纺织纤维不断出现，种类繁多，本文选择目前正受人们关注的天丝、 莫代尔、竹纤维、牛奶蛋白纤维和聚乳酸纤维等纤维为研究对象，就其定性鉴别、 成份定量分析方法展开研究。 尝试性采用“氯化锌一碘”试剂法，并实际应用。结果表明：该方法能迅速 定性鉴别本文所研究的几种新型纤维。 依据国标，采用甲酸一氯化锌为定量溶剂，对每种再生纤维素纤维进行工艺 优化，并用于对该类纤维与棉的混纺产品作准确性定量分析。结果表明，该方法 准确度高，且对棉纤维的损伤小。 首次对维纶基、腈纶基牛奶蛋白纤维作定性定量分析方法做探索性研究。结 果表明：( 1 ) 可采用常温下的氯化锌一碘试剂或1 0 0 的2 5 氢氧化钠试剂对其 两种纤维定性鉴别。( 2 ) 维纶基牛奶蛋白纤维纤维素类混纺产品可采用次氯酸 钠与8 0 甲酸为定量溶剂；维纶基牛奶蛋白纤维羊毛混纺产品，则采用氢氧化 钠为定量溶剂。最优工艺分别为：次氯酸钠：有效氯浓度4 、温度3 0 、时间 3 0 m i n ，8 0 甲酸、2 0 m i r a 氢氧化钠：2 5 氢氧化钠、9 5 、时间3 0 m i n 。( 3 ) 腈 纶基牛奶纤维纤维素类或羊毛混纺产品可采用z n c l 2 做定量溶剂，最佳工艺为： 6 0 z n c l 2 、9 5 、浴比l ：1 5 0 、时间3 0 m i n 。此外，腈纶基牛奶蛋白纤维纤维 素产品，还可采用碱性次氯酸钠与二甲基甲酰胺结合法。最佳工艺为：有效氯浓 度4 、温度3 0 、时间4 0 m i n ；二甲基甲酰胺：温度3 0 ，时间5 m i n 。 根据聚乳酸纤维自身特点，筛选出冰乙酸和氢氧化钠溶液，分别作为其与羊 毛、纤维素类纤维混纺产品的定量分析试剂，最佳工艺分别为： 冰乙酸：温度8 0 、浴比l ：2 0 0 、时间1 0 m i n ； 氢氧化钠：浓度5 、温度9 0 、时间2 0 m i n 、浴比1 ：1 0 0 。 采用上述所研究的方法及最佳工艺条件，分别对两类牛奶蛋白纤维、聚乳酸 纤维的混纺产品进行实际应用。实验表明，方案切实可行且准确度高。 通过对新型服用纤维定性、成分定量分析方法的研究，为今后商检部门的检 测、生产部门的后续加工提供参考依据，而且对规范市场、促进纺织业健康发展 具有重要意义。 关键词：定性鉴别；成分定量分析；新型服用纤维；氯化锌碘试剂 a b s t r a c t t h en e wt y p e so ft e x t i l ef i b e r su s e df o rf a s h i o na r ee n d l e s s l yd e v e l o p i n g a n d t h es p e c i e sa r ev a r i e t i e s t h et h e s i si sc o n c e r n e da b o u tt e n c e l 、m o d a l 、b a m b o ob u m p f i b e r 、m i l kp r o t e i nf i b e ra n dp o l y l a c t i ca c i df i b e r , w h i c ha r ev e r yp o p u l a rw i t hp e o p l e a tp r e s e n t t h i sp a p e re m p h a s i z e do nt h em e t h o d so ft h eq u a l i t a t i v ei d e n t i f i c a t i o na n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so f t h ec o m p o n e n t sf o rt h e s ef i b e r s b l e n df a b r i c s a t t e m p t l ya d o p tt h ec h e m i c a lr e a g e n t “z n c l 2 一1 2 ”，a n dp u ti ti nt op r a c t i c e t h e r e s u l ts u g g e s t st h a tt h i sm e t h o db eu s e dt oq u a l i t i v e l yd i f f e r e n t i a t es e v e r a ln e wt y p e s o ff a s h i o n - u s e df i b e r s ，w h i c ht h i sp a p e rr e s e a r c h e do n b a s e do nt h eg ba n dw i t ht h ec h e m i c a lr e a g e n t ”c h 2 0 2 一z n c l 2 ”，t h ep r o c e s s e s h a v eb e e no p t i m i z e da c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h er e g e n e r a t e dc e l l u l o s e f i b e r s a n dt h ep r o c e s sc o n d i t i o n sw a su s e df o rt h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so ft h e r e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e r s c o t t o nf a b r i c s t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h et e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r sr e s e a r c h e do nh a v eah i g ha c c u r a c y ；a n dd ol i a l eh a r m t oc o t t o n t h ee x p l o r a t o r yr e s e a r c ho nt h em e a n so ft h eq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v e a n a l y s i sf o rt h ep v a - b a s e da n dp a n - b a s e dm i l kp r o t e i nf i b e r sw a sf i r s t l ym a d e i t i n d i c a t e dt h a t ( 1 ) “z n c l 2 - 1 2 u n d e rt h er o o mt e m p e r a t u r eo r2 5 n a o hu n d e rt h e t e m p e r a t u r eo f10 0 * cc a nb eu s et od i s t i n g u i s ht h et w ok i n d so fm i l kp r o t e i nf i b e r s ( 2 ) t h er e s g e n t sn a c l 0a n d8 0 c h 2 0 2c a nb eu s e df o rt h ei n g r e d i e n tq u a n t i t a t i v e a n a l y s i so fp v a - b a s e dm i l kp r o t e i nf i b e r c e l l u l o s ef i b e r sb l e n d e df a b r i c s ，w h i l en a o h f o rp v a - b a s e dm i l kp r o t e i nf i b e r w 0 0 1 t h eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r sr e s p e c t i v e l y n a c l 0 ：a c t i v ec h l o r i n ec o n t e n t4 、t e m p e r a t u r e3 0 ( 2 、t i m e3 0 m i n ， 8 0 a c h 2 0 2 、2 0 m i n ； n a o h ：c o n t e n t2 5 、t e m p e r a t u r e9 5 。c 、t i m e3 0 m i n ( 3 ) t h er e a g e n tz n c l 2c a nb eu s e df o rt h ef a b r i c s ，w h i c ha r ep a n - b a s e dm i l k p r o t e i nf i b e rb l e n d e dw i t hc e l l u l o s ef i b e r so rw 0 0 1 t h eo p t i m u mp a r a m e t e r sa r e ： n a c l 0 ：a c t i v ec h l o r i n ec o n t e n t4 、t e m p e r a t u r e3 0 1 2 、t i m e4 0 m i n ， d m f ：t e m p e r a t u r e3 0 、t i m e5 m i n a c c o r d i n gt ot h ef e a t i 嗍o ft h ep o l y l a c t i ca c i df i b e r , t h ec h e m i c a ll e a g e n t c 2 h 4 0 2a n dn a o h a lec h o o s e dt ob eq u a n t i t a t i v es o l v e n ta p a l t l yf o rp l af i b e r s w o o l a n dp l af i b e r s c e l l u l o s ef i b e r s t h eo p t i m u mp r o c e s si s ： c 2 h 4 0 2 ：t e m p e r a t u r e8 0 c 、b a t ht a t i o1 ：2 0 0 、t i m e10 m i n n a o h ：c o n t e n t5 、t e m p e r a t u r e9 0 、t i m e2 0 m i n 、b a t hr a t i o1 ：1 0 0 t h em e t h o da n dt h eo p t i m u mp r o c e s s ，w h i c ha r er e s e a r c h e do n ，a l ea p p l i e df o r t h eb l e n d e df a b r i c so ft h em i l kp t i t e i nf i b e ra n dt h ep o l y l a c t i ca c i df i b e r i ts h o w st h a t t h ep r o p o s a l sa l ef e a s i b l ea n de n j o yh i g ha c c u r a c i t i e s t h r o u g ht h es t u d i e s o nt h em e t h o d so ft h eq u a l i t a t i v ei d e n t i f i c a t i o na n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so ft h ec o m p o n e n t sf o rt h en e wf a n s h i o n u s e df i b e r s ，i tp r o v i d e s r e f e r e n c ef o rt h et e x t i l ei n s p e c t i o nd e p a r t m e n t se v a l u a t i o na n dp r o c e s s i n gt e c h n i c s f o l l o w e d m o r et h a t ，i ta l s ou s e f u lf o rt h es t a n d a r d i z a t i o na n dh e a l t h yd e v e l o p m e n to f t h et e x t i l ei n d u s t r y k e yw o r d s ：q u a l i t a t i v ei d e n t i f i c a t i o n ；q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so f t h ec o m p o n e n t s ； n e w t y p eo ff a s h i o n - u s e df i b e r s ；z n c l 2 一1 2r e a g e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：通风瓯 签字日期：。占年，月，7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：雌a 矾导师签名：名亡仗 签字r 期： 口占年，月厂7 日 签字日期：一。y 年月7r 学位论文的主要创新点 一、尝试性采用“氯化锌一碘 化学试剂的方法对常见的几种新型服 用纺织纤维作定性鉴别，经过实际操作确定该方法是可行的。 二、对牛奶蛋白纤维定性定量分析方法作了探索性的研究，提出了切 实可行的操作方法；针对聚乳酸纤维自身特点，确立一种操作简 便、易于实现的新的定量化学分析方法。 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着社会的进步和科技的不断发展，纺织业规模扩大，迫使人们不得不去 探索新的纺织原料；而且普通的化学纤维满足不了不同的需要。因此，日本、美 国、德国等相继开发出新合纤、差别化和功能性纤维，增加了许多纺织新材料， 使纺织产品具有多元化、功能化、仿真化和个性化特点【l l 。近年来生产这些化纤 原料的石油资源严重短缺，化纤的生产量受到一定限制，因此，许多研究者和开 发商寻找其它途径，利用自然界丰富的动植物资源，开发纺织新材料，满足纺织 品发展需要。同时，人们对纺织纤维提出了新的更高的要求，特别是科技的高速 发展以及人们对衣着的更高要求，迫切需要高科技含量、高附加值、高性能的纤 维。因此，满足各种需求的纤维应运而生，传统的化学纤维也通过物理改性或者 化学改性，使纤维在质量上有了很大的提高。 2 l 世纪新型服用纺织纤维是由信息工程、材料工程、生物工程等各新兴学科 和传统学科综合研究的结果，其开发及应用受到生态环保、耕地面积、石油资源、 科技水平和人们对纺织品要求的提升等因素制约。其总的发展趋势是l 习：化学纤 维将当主角，绿色纤维受青睐，高科技纤维发展快，生物工程层出新品，复合纤 维添光彩，纳米纤维显神通。其中开发研究的重点在以下几方面：各类“舒适性” 纤维；绿色环保型纤维；具有各种特殊功能的软技术纤维；新的高性能、高技术 纤维；复合纤维；纳米纤维。在这种趋势下，为新型服用纺织纤维赋予了新的活 力，并得到了快速地发展。 1 2 国内外新型服用纺织纤维发展历史与研究现状 1 2 1 国外新型服用纺织纤维发展史与现状 国外对再生蛋白质纤维的研究开发工作较早，从1 9 世纪末、2 0 世纪初即开 始对再生蛋白质纤维进行研究，在1 8 9 4 年v a n d u r a 首先尝试生产了人造蛋白纤 维，虽不能用于纺织，却开创了生产蛋白短纤维的先河。1 9 0 4 年，t o d e n h a u p t 用从牛乳中提炼的酪素进行纺丝，制得酪素纤维。不久之后德国、英国、荷兰和 美国都有了自己的人造蛋白质纤维商业产品，同时研究从花生、玉米和大豆中提 第一章绪论 取蛋白质生产纺织纤维的方法。英国研制出了商品名为a r d i l 的花生蛋白质纤维， 日本油脂公司开发了以大豆为原料的纤维。意大利研制出了商品名为拉尼塔和梅 利诺瓦的牛奶蛋白纤维，美国研制成功了牛奶蛋白纤维名为阿雷莱克酪素纤维 【3 1 。但由于受到当时科技水平的限制，大多纤维性能较差，强度低、物理机械性 能差、制造成本高等无法进行纺织加工而中断研究。 近年来，由于对生态环保的呼吁，人们逐渐意识到合成纤维对环境会造成污 染，而天然纤维产量增加受限。于是从2 0 世纪8 0 年代开始，国外对资源来源广 泛的再生纤维的研制工作又开始重视起来。针对粘胶湿强低、模量小的缺陷，许 多国外公司开发了新的高湿模量纤维，如日本东洋纺公司的p o l y n o s i c 纤维、 l e n z i n g 公司用榉木浆生产的m o d a l 等。英国考陶尔在1 9 8 9 年研制成功第一个 全新的无污染、基于溶剂法纺丝的精制纤维素t e l l c e l 【4 制，并于1 9 9 2 年独家 生产出防止原纤化的t e n c e la 1 0 0 ，而后，奥地利l e n z i n g 公司以溶剂( n m m o ) ， 制得含有纤维素和海藻的s e a c e l l 抗菌保健纤维【7 】。1 9 8 9 年日本钟纺与岛津共同 开发了玉米聚乳酸( p l a ) 纤维。美国杜邦近几年利用生物转基因技术研制出人 造蜘蛛丝“生物钢 。9 0 年代日本研制的c h i n o n 牛奶蛋白( 腈纶基) 纤维，并 实现工业化生产，这种纤维既有蛋白质吸水、有光泽、手感好等特点，又有一定 强度的聚丙烯腈纤维的特点，目前己实现了工业化生产，其技术水平处于国际领 先地位。但它在使用中存在的问题是耐热性差，化学抵抗力不强，机织物易折皱 等特点。2 0 0 1 年日本致力于研究竹纤维。美国科学家利用转基因的办法开发了 高强度的可用于防弹衣的牛奶蛋白纤维，这种纤维也称为“牛奶钢”，能生物降 解，用途广泛瞵j 。 新型纺织纤维及其产品出现后，生产、后加工及商检部门需要制定合理的行 业标准，对来料产品进行质量检测，确定其含有几种成分、各成分具体含量，即 产品定性、定量分析方法的系统鉴别过程，以便于根据产品各组分的性质，制定 科学合理的后道工序，并迅速投入生产，提高企业经济效益。笔者经外文文献检 索，有关新型纺织纤维定性定量分析方法的报道较少。 1 2 2 国内新型服用纺织纤维发展史与现状 国内虽然对新型纺织纤维的研究起步很晚，但也取得了重大成果。我国从 8 0 年代末开始进行有关聚乳酸及其共聚物的研究。2 0 世纪9 0 年代，四川省曾对 蚕蛹蛋白质纤维进行研制，但由于蛋白质含量和纤维干、湿强度都非常低，在织 造和印染加工中问题较多，严重影响了该类产品的开发和技术推广。1 9 9 3 年河 南华康生物有限公司的李官奇潜心八年研究，研制并成功试纺大豆蛋白复合纤 维，改写了世界化纤领域我国原创技术空白的历史【9 】。2 0 世纪末，中国纺织大学 第一章绪论 ( 东华大学) 与上海三枪集团有限公司共同合作，完成了牛奶蛋白纤维的实验室 研究开发。上海正家牛奶丝服饰有限公司在1 9 9 5 年研制开发出牛奶纤维长丝， 最近山西恒天纺织新纤维科技有限公司研制了牛奶短纤维，它们都是以丙烯腈为 单体的牛奶蛋白纤维。目前，上海正家牛奶丝科技股份有限公司和山西恒天纺织 新科技有限公司均已建立了一定规模的牛奶蛋白纤维生产线。另一种是黑龙江嫩 江华强纺织有限公司、深圳优倪克公司推出的与聚乙烯醇共混纺丝制得的牛奶蛋 白纤维l l0 1 。2 0 世纪末，中国丹东东洋特种纤维有限公司生产了高湿模量的r i c h c e l 纤维。竹纤维是2 0 世纪末继大豆蛋白纤维之后我国自主研制的新纤维，竹浆纤 维在国内已实现规模生产，但竹原纤维仍处于试产阶段。业内人士还提出“以竹 代棉、以竹代木”的观点，试与世界级的l y o c e l l 纤维媲判】。2 0 0 5 年，浙江大 学许炯【1 2 j 采用慈竹为原料制取竹浆粕，采用天丝纺丝工艺成功纺制出竹l y o c e l l 纤维，其细度、强度达到了文献报道的普通l y o c e l l 纤维值，在国内外尚属首例， 并已申请国家专利；同年东华大学的冯坤【l3 j 采用竹材，探索出适合纺丝的竹浆 粕；还进一步探讨了纺丝工艺对竹l y o c e l l 纤维结构和性能的影响；而且制取的 纤维不仅具有常规l y o c e l l 纤维的各种优良性能，还保持了竹材的凉爽、顺滑、 清香、负离子等特性，并提出有实现工业化生产的可能性。我国竹资源丰富，成 材迅速，符合了可持续发展的要求，加之竹子的主成分是纤维素，采用竹浆粕生 产l y o c e l l 纤维，不仅提供了一种较为廉价的原料，还为竹子的利用开辟了蹊径； 因此采用竹浆粕制造的纤维将成为2 l 世纪最有发展前景的纤维。 目前，国内对于新型服用纺织纤维定性鉴别、定量分析方法的研究正在开展， 并取得成效。据现有资料报道，新型服用纤维鉴别多采用燃烧法、显微镜法、着 色法、化学溶解法、红外光谱法等常规方法相结合的手段，将纤维区分开。这种 方法虽可以用来鉴别新型纤维的方法，但程序比较繁琐、费时，而且对于红外光 谱法又难于推广，不宜实现，所以有必要对纤维鉴别方面进行深入研究，探索操 作简单、易于实现的可行性方法。而国内有关新型纤维混纺产品成分定量分析， 主要有以下的成果： 天丝、莫代尔、竹浆纤维等再生纤维素纤维，在与棉等天然纤维素纤维混纺 产品，采用甲酸一氯化锌作为定量分析试剂溶解再生纤维素，也有报道称采用浓 盐酸溶解天丝；与毛等蛋白质纤维混纺，则采用碱性次氯酸钠溶解蛋白质；与涤 纶混纺时采用7 5 硫酸溶解再生纤维素纤维；与氨纶、腈纶混纺时采用二甲基甲 酰胺溶解化纤，进行成分定量分析【1 4 j6 1 。 大豆蛋白纤维作为近几年来面世的新产品，其鉴别仍采用常规鉴别方法，有 关其混纺产品成分分析的报道很多，其与纤维素类纤维混纺时，依次采用次氯酸 钠、8 0 甲酸二步法溶解大豆蛋白纤维；与羊毛等蛋白质纤维混纺时，采用2 5 第一章绪论 氢氧化钠溶解羊毛；与腈纶、氨纶混纺时采用二甲基甲酰胺溶解化纤；然后再进 行定量分析计算【1 7 。2 0 】。 有关聚乳酸纤维的研究，任春华【2 l 】等人对其定性鉴别方法、混纺产品定量 分析方面作了相关的研究。在聚乳酸纤维混纺产品定量时，根据混纺产品的不同， 选用不同浓度的硫酸为定量溶剂，溶解其它纤维；而与涤纶混纺时则只能采用 9 9 冰乙酸为溶剂，溶解聚乳酸纤维。由于聚乳酸纤维自身的特性，它能够溶解 于几种常见的化学试剂，但这种方法鲜有报道。因此本文尝试溶解聚乳酸纤维保 留其它成分的定量分析方法。 经检索现有文献，很少有关于牛奶蛋白纤维的鉴别，尤其是没有专门对牛奶 蛋白纤维混纺产品进行定量分析方法的报道，而这方面技术的滞后，将会影响到 牛奶蛋白纤维的发展及推广，笔者认为这方面的欠缺亟待解决，因此本文对牛奶 蛋白纤维的鉴别方法作重点探索性研究。 1 3 课题研究的目的与意义 就已发表的文献资料来看，其研究重点集中在以下几个方面：一是纤维原料 的提取与加工，如桑皮纤维的脱胶工艺研究；牛奶蛋白纤维和大豆蛋白纤维中蛋 白质与高聚物达到什么比例，纤维性能最优等。二是纤维原料性能的探索与研究； 三是纤维的半成品和成品的开发与应用；四是纤维成品织物的各种服用性能的研 究；五是纤维织物的染整后加工的探索。但是对此类纤维的定性鉴别以及其混纺、 交织产品进行定量分析的研究十分欠缺，而对混纺产品的成分分析和定量检测对 于生产管理和商检部门的产品检测都是一项重要的任务。 目前，新型服用纺织纤维发展迅猛，为纺织行业注入了新的活力。这些纤维 全部或部分可以进行生物降解，是对环境友好的材料，它们提供了人类减少环境 负担，并在现代文明和自然界之间达到平衡的一种方法，符合可持续发展的要求， 将成为新世纪的主要纺织品纤维 2 2 1 。 新型服用纺织纤维因其卓越的优势而迅速投入工业化生产，并开发出各种混 纺交织产品。它不仅促进了纺织业的健康发展，规范市场，而且还为我国与国际 市场接轨、推动国际贸易的发展。但目前对于新型服用纺织纤维缺乏相关的行业 标准或国标规定，这就使得新型服用纤维及其制品的检测无据可依，其管理体制 还有待进一步的规范化、完善化；而且生产部门只有了解来料产品的性质、质量， 才能制定出合理的后道加工工序，正确指导生产。因此，正常开展新型服用纺织 纤维及其制品的鉴别工作具有十分重要的社会效益和经济效益。 由于新型服用纤维属于新产品，其鉴别方法还不太成熟或还没有涉足，还有 第一章绪论 待于进一步深入研究。因此笔者选择几种市场上较为常见的新型服用纤维：天丝、 莫代尔、竹浆纤维、牛奶蛋白纤维、聚乳酸( p l a ) 纤维，就其定性鉴别以及混 纺产品的成分定量分析作为研究课题。 1 4 课题拟解决的主要问题 纤维成分分析在纺织品检测中占有相当大的业务量，是决定整个检测速度的 关键；而且往往是客户一送样来就想马上知道检测结果，因而快速准确地报出检 测结果，一直是纺织品商检部门不断探索的方向。同时，新型服用纺织纤维及其 开发的产品已经在市场上得到了广泛的应用，但是与其相对应的纤维成分分析的 标准还没有严格地制定，有些纤维甚至还没有涉及。因而生产、市场以及检测部 门急需对这方面进行探索和研究，以适应新型服用纤维的发展。所以本课题就这 方面作了大量验证性和探索性实验，拟解决的主要问题有以下几个方面： ( 1 ) 在现有文献的基础上，探索一种能够简捷、快速地对课题所研究的新 型服用纺织纤维定性鉴别的新方法。 ( 2 ) 根据纤维材料的物质属性和生产加工工艺，对牛奶蛋白纤维进行探索 性分类研究，明确其分类归属，并对传统纺织纤维分类体系加以改进和完善。 ( 3 ) 借助化学分析方法，对课题研究的新型服用纺织纤维的化学溶解性能 进行研究，并经过优化分析，探索出适应各自特性的化学定量分析的方法，方便、 快捷地对其混纺产品进行有效的成分定量。 第二章新型再生纤维素纤维的定性定量分析方法的研究 第二章新型再生纤维素纤维的定性定量分析方法的研究 再生纤维到目前为止发展经历了三个历史阶段，形成了三代产品。第一代以 2 0 世纪初面世的普通粘胶为代表。第二代是2 0 世纪5 0 年代实现工业化生产的高湿 模量粘胶。2 0 世纪9 0 年代以来，第三代环保型再生纤维陆续开发成功。纤维素是 自然界赐予人类最丰富的天然高分子物质，它不仅来源丰富，而且是可以再生资 源。当今应特别关注再生纤维的应用与发展，再生纤维作为一种具有可持续发展 潜力的纤维资源，其基本的化学结构单元和天然纤维相同，且其聚集态结构又有 较大的可调控空间，能更好地为消费服务；更适应当前纺织纤维开发的可持续发 展趋向，更加有利于再生纤维的综合利用。 最近几年，天丝纤维、莫代尔纤维、竹浆纤维在我国市场上很盛行。由于现 代纺织原料多元化趋势，各种不同类型的纤维，多以不同的比例混合，达到纤维 优势互补，改善产品性能，提高产品质量。因此在对产品进行成分分析时，不仅 要确定产品的组分，还要确定各组分的比例，即对产品首先进行定性鉴别，确定 纤维具体品种，然后再选用合适的化学试剂，进行定量化学分析，确定不同品种 纤维的混合比例。而要对纤维进行定性鉴别，首先要了解各种纤维的性能，然后 才能根据未知纤维所表现的物理及化学特性逐步确定其品种。 2 1 几种新型再生纤维素纤维的特性 近年来，纺织业以可再生资源为原料，不断开发出多种新型再生纤维素纤维。 但在实际应用过程中，使用较多的主要有天丝、莫代尔、竹浆纤维。因此本课题 中，笔者选择这三类作研究对象，其中天丝包含有a 、g 天丝之分。为此，下面 将对这三类纤维的特性作简单了解。 ( 1 ) 天丝纤维 它是采用可再生木材制成的以木浆为原料的再生纤维素纤维，其纺丝溶剂 n m m o 对人体完全无害，回收率可达至1 j 9 9 7 以上，可回收再利用；其最终产品 废弃后可生物降解，不会对环境造成二次污染，因此被业界称为“2 1 世纪的绿色 纤维”【2 3 1 。其主要特点是：高干湿强度：高度溶胀性；原纤化特征；良好的可 纺性；吸湿透气；手感柔滑，垂坠飘逸；兼顾梭织、针织物的特性，应用范围广 等【2 4 之5 1 ，此外还应用于非织造领域【2 6 之引。天丝纤维在水中有膨润现象，其横向膨 胀率可达4 0 ，纵向仅有0 0 3 0 e 6 j ，因而天丝纤维及其产品在湿加工时应严格控 第二章新型再生纤维素纤维的定性定量分析方法的研究 制。 天丝纤维一般有两种型号：一种为标准型( g 1 0 0 ) 原纤化天丝，另一种为 非原纤化天丝( a 1 0 0 型) 。g 天丝体独有的桃皮绒风格将面料效果提升到了更新、 更高档次，这是与其他新型纤维素纤维重要的特征区别。a 天丝是通过交联化处 理后，抗原纤化的改进品种。它同样具有g 天丝的优良性能，适宜生产表面光洁 的产品，而且对染料的亲和性好。由于天丝产品符合纺织品的绿色发展趋势，服 装面料更加强调原料和组织结构的互补性交融和高科技的渗入，天丝将在纺织品 未来流行趋势中扮演重要角色。 ( 2 ) 莫代尔 莫代尔纤维是奥地禾u l e n z i n g 公司用榉木生产的一种高湿模量纤维素纤维， 使用后可自然降解，并在生产过程中不产生类似粘胶的严重污染问题，它是一种 部分实现环保化的产品。它具有真丝的光泽、棉的柔软及良好的吸湿性和麻的滑 爽，而且吸水、透气性优于棉，其面料柔软顺滑，充分呵护肌肤，穿着舒适。其 价格是天丝的一半，因而其具有更大的发展潜力。目前开发的产品有m o d a l 弹力 织物，还有应用纳米技术开发的m o d a l 抗菌纤维、抗紫外线纤维、彩色m o d a l 纤 维及超细m o d a l 纤纠2 引。 ( 3 ) 竹浆纤维 竹纤维是目前唯一的凉爽型纤维，按照生产工艺一般分为：竹原纤维和竹浆 纤维。目前市场上所说的竹纤维一般是指竹浆纤维，其强度高、吸湿导湿性强、 透气性好，易染色，有极好的耐磨性和悬垂性，且有独特的丝般光泽和滑爽手感； 具有天然的防紫外线、抗菌除臭等保健特性则极大地提高了其附加值，因此竹浆 纤维织物有着广阔的市场前剥3 0 】。 2 2 新型再生纤维素纤维的形态结构 为了对几种再生纤维素纤维在整体上有宏观的认识，笔者借助于显微镜，观 察纤维的纵向外观，并采用哈氏切片器制取切片样，观察纤维截面形态，为后期 的定性鉴别奠定基础。 2 2 1 实验材料、仪器 a 、g 天丝纤维、莫代尔纤维、竹浆纤维、粘胶短纤维。 c c d + 生物显微镜；y 1 7 2 型哈氏切片器；单面刀片；载玻片与盖玻片；火棉 胶等。 2 2 2 实验结果与分析 第一章新型再牛纤维素纤维的定性定量分析方法的研究 在显微镜下，观察到几种纤维的形态结构如图2 一l ( x1 0 0 倍) 所示。 ( e ) 料脞纤维的纵向、横截面图 目2 1 儿种再生纤维素纤维的纵向及横截面目 从图2 - 1 中可以看出：a 天丝表面均匀光滑，粗细一直，纤维顺直；横截面基 本是一圆形。g 天娃表面相对a 大拄粗糙一些，有部分不均匀的凸起；横截面为 不规则圆形，有的甚至接近多边形。莫代尔纤维纵向表面有1 2 个沟槽，有轻微 瓣一曩一_一戳一爨氐氐一鬟一嚼一瓤 第二章新型再生纤维素纤维的定性定量分析方法的研究 凹凸；横截面有的类似腰圆形，有的类似花瓣形或扁长四边形。竹浆纤维表面有 深浅不一的凹槽，有的浅浮表面，有的深陷其里，造成较大的裂缝，纵向表面笔 直，无扭转；横截面呈锯齿形或多边性不规则状，且截面上存在分布不均、大小 不一的微孔。粘胶纤维纵向有多个平行沟槽，粗细不均，纵向表面弯曲有扭转， 而且凹凸不平；纤维截面呈不规则锯齿形。 通过观察可发现a 、g 天丝纤维表面光滑，莫代尔、竹浆纤维和粘胶纤维表 面都存在有沟槽，其中竹浆纤维纵向表面比较平滑顺直，莫代尔次之，粘胶纤维 纵向有轻微扭转，沟槽最多，因此可依据其形态结构将四类纤维区别开来，但纤 维截面有时会根据需要，而制成不同的形状，如用于充当填料的天丝可制成星形 截面，以增大其蓬松性【2 6 】，故要确定具体的种类还有进一步分析鉴定。 ： 2 3 新型再生纤维素纤维的定性鉴别研究 一般情况下，纤维的定性鉴别方法有以下几种：燃烧法、显微镜观察法、药 品着色法、化学溶解法、红外光谱法等等。笔者在现有文献的基础上，经过反复 地探索性实验，创造性地提出氯化锌一碘试剂定性鉴别方法，并对几种纤维进行 了定性分析应用。 2 3 1 燃烧法 燃烧法是利用纤维化学组成不同其燃烧特征也不同的原理来区分纤维种类 的一种方法，也是最简易的鉴别方法。为此笔者在现有文献基础上对各种再生纤 维素纤维的燃烧特征进行了验证性分析。 2 3 1 1 实验仪器 酒精灯、镊子、放大镜、培养皿和剪刀等。 2 3 1 2 实验结果与分析 本次实验结果具体见表2 - 1 。 表2 - 1 纤维的燃烧特征 第二章新型再生纤维素纤维的定性定量分析方法的研究 从上表2 1 中看，天丝纤维、莫代尔纤维和竹浆纤维的燃烧特征都一样，而 且只有残渣形态和棉、粘胶有少许差异，这说明它们具有相同的化学组成，都属 于纤维素大类；但相互之间无法区别，因此不能采用燃烧法将彼此鉴别开来。 2 3 2 显微镜观察法 从图2 一l 看，显微镜下的天丝、莫代尔、竹浆纤维和粘胶纤维的外观形态具 有明显的差异，因此该方法可以清晰地将四种纤维进行定性鉴别。 2 3 3 化学试剂溶解法 化学溶解法是根据纤维在不同的化学试剂中溶解性能的差异来鉴别纤维，适 用于各种纤维。它还广泛应用于分析混合产品中纤维组分的含量。 2 3 3 1 实验仪器 x m t b 数显温控电热恒温水浴锅、电子天平( 感量l m g ) 、烧杯、量筒、 镊子、玻璃棒。 2 3 3 2 实验方法及测试结果 笔者选用化学溶解鉴别法中常用的几种化学试剂，取0 1 9 纤维按照试样重 和溶剂用量比为1 ：1 0 0 的比例，在常温和沸腾两种温度条件下，定性分析各纤维 在不同试剂下的溶解情况，实验结果见表2 - 2 中所示。 表2 2 纤维的化学溶解性 试剂及 浓盐酸甲酸氢氧化钠甲酸碱性 嗯应条件 3 6 3 8 氯化锌( 5 )( 8 0 ) 次氯酸钠 纤维 常沸常沸常沸常沸常 沸 温腾温腾温腾温腾温腾 天丝聿 s o s o iis spii 莫代尔s o s o iiipip 竹浆纤维 s ssi s o ii ipii 粘胶纤维 s s o isiiiiii 注：在常温条件，用玻璃棒搅动，观察1 0 m i n ，在沸腾时观察3 - 5 m i n ；浴比l ：1 0 0 ： 其中s o 立即溶解，s 溶解，p 部分溶解，膨润，i 不溶解； 水在试剂中反应时，g 天丝较a 天丝更易受试剂影响而变化。 从各种纤维的溶解性来看，四种纤维对各种化学试剂的敏感度差异不大，而 无法将四者准确地区别开来。 第：章新型再生纤维索纤维的定性定量分析山法的研究 24 氯化锌一碘试剂法 从表22 叶1 看到：天避、莫代尔和竹浆纤维在沸腾的8 0 v 0 酸中部分溶解， 而在沸腾的甲酸氯化锌中都立即溶解，这随明加入的z n c l 2 蚶纤维的溶解性起到 了决定性作用。为此笔者设想：能台采用一种试剂使得这三种纤维不溶解，但义 发生不同的变化，而将彼此区别丌的方法呢? 于是笔者尝试采用“氧化锌一碘” 试剂，并借助丁显微镜观察几种纤维在试剂作j j 下的变化。 氯化锌一碘是种常用的显色剂，预计纤维滴加政试剂后，即町着色义可 冈自身结构差异发生小同程度的膨胀而彼此区分开米。 241 试剂与仪器 氯化讳：碘化钟；碘粒( 均为分析纯) c c d + j i - 物锓微镜i 载波”与盖玻片酒精灯：棕色试剂瓶；吸管等 242 氯化锌一碘试剂的配制及鉴别原理 将6 6 9 氯化锌溶解于3 3 9 水巾充分溶解，待到冷却后加入6 9 k ，摇拌均匀， 并加入几颗碘粒( 着色剂) ，然后放入棕色试剂瓶中置于避光处保存待用。 一般情况r ，纤维崇纤维i 时酸性较筹，再生纤维素纤维因自身结构差异，其 酬酸稳定性也不同。氯化锌碘试剂作为一种显色剂显示弱酸性。所以新型再 乍纤维素纤维经氯化锌碘处理后，预讣会发牛不同的外脱形态变化。冈此本实 验借助丁c c d + 生物显微镜，追踪观察各种纤维颜色和外观j 臣态的变化特征，以 期定性鉴别纤维。操作时，取几根纤维放在载玻片r ，滴滴氯化锌一碘试剂， 然后盖上盖玻片，用滤纸吸取多余的溶液，在常温和加热条件下锭丁c c d + 生物 娃微镜的载物台上观察，井记录纤维的连续变化图像。 243 实验结果与分析 2 431 g 天丝 在常温条件下，g 天丝在氯化锌一碘试剂作用卜，迅速发生变化，洋见f 图 2 2 所示。 雹薹互一穰每紫嗣多学甲 第二章新型再生纤维素纤维的定性定量分析方法的研究 目2 - 2g 大丝变化幽像( 常温1 0 0 倍) 由圈22 可以看到：在常湍下滴加氧化锌碘试剂后，g 天她呈黑监青色，由 于天丝纤维在水中有异向膨润差异显著的现蒙，纤维立叩膨胀，约4 m i n 时纤维 表而出现卜2 簸明亮的棱条，约2 0 m i n 后纤维呈棕黄色。纤维表面的棱条随着纤 维膨胀加剧而逐渐消失。纤维膨胀初期出现不均匀膨胀，约3 0 m i i q 膨胀均匀，纤 维最后如吹满气的气球，此后纤维无明显变化。 那么如果政变反应条件，上述过程在受热的条件f 进行，此时纤维的变化又 是怎样的昵? 纤维能否溶解，或者仅膨胀呢? 为此笔者枉加热的情况下，鼋复上 述操作过程。在显微镜下，舰察g 天她的变化情况，如罔23 所示。 io m ln2 0 m ln 3 0 m i n 幽2 - 3g 犬丝变化目像( 加热f ，约4 05 0 ) 在加热条件下纤维迅速均匀膨胀，出现的棱条一现即逝，纤维由原柬的黑蓝 青色逐渐变为军绿色，最终呈现黑蓝色，并表现出清晰的原纤化影像特征。这是 由于天丝在受到湿热条件下，易发生原纤化特征的原因。 鉴于上述研究与分析，可确定g 灭丝的定性鉴别方法即首先通过燃烧确 定是纤维素类纤维，并借助鼎微镜观察纤维形态，排除天然纤维素纤维；然后常 温f 滴加氯化锌一碘试剂纤维逐渐膨胀，并呈现出黑蓝青色，若此时轻微加热， 可清晰地看到纤维迅速均匀膨胀，并内部呈现明显原纤化影像特征。 l ? 1 ：篓 第：章新# 再生纤维素纤维的定性定拦分忻方法的研究 2432 a 夭丝 在常温条件f ，a 天丝在氯化锌一腆试剂处理在显微镜下观察，其变化情 况见| 骞| 2 - 4 所示。 耀鬻 3 m l nx 8 m l “ 要翌二 l5 m i n x3 0 m 1 “ 图24a 天变化罔像( 常温f ) 山图24 看卅，a 大丝往试剂的作用f ，基术上与g 天丝的变化情况大 h 小片。在常温条件下经氯化锌碘溶液处理的a 天丝膨胀但比g 灭螳慢，表 而缓缓出现棱条井渐渐消失，而且棱条的觑色和其他部伉卡h 司。纤维颜色呈现 黑蓝占，整个膨胀过秤较为均匀，儿实验过程中术发现纤维有原纤化特征出现。 这是与g 天丝n 勺区别之处。 在加热的情况下，在显微镜下，观察a 天丝的变化情况，如同25 所示。 2 m ln6 m inx 1 0m i n _ - 一 ：! 釜釜羞蓝鱼瞳b 萄圈誓i 矗_ d x1 5 m l n 2 5 m i n 4 0 m 1 “ 幽25a 天丝变化图像( 加热f ，约印) 在加热条件下纤维剧烈膨胀，棱条清晰明亮，h 从出现到消失变化很快，最 第。章新型再生纤维索纤维的定性定量分析方法的研究 终纤维也表现出微弱的原纤化现象。a 大丝是g 天丝经特殊处理的非原纤化纤 维，在加热和氧化锌碘试剂的综合作用下，骆止原纤化的特殊加上存湿热的条 件f 受到破坏并减弱。 鉴f 上述研究与分析，可确定a 天丝的定性箍别方法，叩首先通过燃烧确 定是纤维素类纤维并借助显微镜观察j 臣忐，排除天然纤维素纤维：然后常温下 滴加氯化锌碘试剂，纤维呈现出黑监青色，井表现山和g 天丝类似的变化特征， 但膨胀程度比g 天丝大：若此时轻微加热，u r 清晰地看到纤维迅速均匀膨胀， 且内部呈现轻微原纤化影像特征。 2433 莫代尔纤维 在常温条件下，加入氯化锌一碘溶液处理后，在屦微镜f ，脱察到莫代尔纤 维迅速发生变化，其变化过程如f 图2 - 6 所示。 颡嘲鬻嘲 l2 m l n2 0 m l n 3 0 m l r j 圈2 _ 6 莫代尔纤维变化幽像( 常温f ) m o d a l 纤维属于典型的纤维素纤维，耐酸性较差。经氯化锌一碘溶液处理后， 呈现监色目逐渐加深，在常温下大约2 m 1n 后，可清晰地观察到m o d a l 明显的皮 芯层结构而且皮层和芯层内部结构的差异 虫得纤维内外膨胀的卟均匀肚，皮层 膨胀鞍快，在其表而迅速产生一层气泡状物质。芯层膨胀较慢几乎无变化，皮层 比芯层颜色浅。同时纤维表面出现莲耦状结竹，随着时m 的变化，纤维皮层沿着 纵向缓慢剥开，剥皮如管状，并出现横结和褶子。 在_ | | i | 热的情况下，经显微镜观察m o d a l 纤维的变化情况，如图27 所不。 2 m in6 m i n 1 0 m l n 第一章新删再生纤维黍纤维的