高速粘点测试仪温度设定及相对湿度之影响研究

1、高速粘點測試儀溫度設定及相對濕度之影響研究祈松 譯棉花粘點問題是困擾棉紡廠生產的重大隱形殺手，測試粘點的方法由早期貝氏法(Benedict's)、大陸國標法至SCT法、NIR(近紅外線)法、FCT法等，但至目前國際間似乎尚未找出一種公認標準法作為測試，以預估棉花的粘點嚴重程度，近年有新發展之粘點測試儀H2SD(High Speed Stickiness Detector)，是一種全自動偵測粘點之設備。以下資料為ITC(International Textile Center)國際紡織中心2002年秋季號期刊，由Mr.Eric Hequet及Mr.Noureddine Abidi以新式H

2、2SD高速粘點測試儀所作分析報告，主要研究儀器不同電熱板溫度設定及不同相對濕度對測試結果的影響。簡介棉紡廠棉花受糖蜜污染，在所有處理從棉纖維至紗間之機器設備：例如：清花、梳棉、併條、粗紗、精紡均會造成嚴重問題，這些污染糖蜜主要是由棉植物本身的生化性糖(physiological sugars)或是由昆蟲分泌物所造成。Mr.Tarczynski等人在1992年使用仿蚜蟲尖嘴原理自棉植物上抽取純汁液以證明主要糖蜜來源是由其中蔗糖(sucrose)轉換(>90%)，因此在棉花持續生長過程仍會有蔗糖產生，在(a)如低溫氣候發生時使棉花瞬間凍死，纖維中腔中之蔗糖尚未轉換成纖維素或(b)在收成時有些

3、棉鈴(bolls)過於早熟。棉花的糖蜜污染經常是由蟲蜜多於生化性糖。主要的昆蟲糖蜜來源是棉花田中的白蠅(whitefly)、Bemisia tabaci(Gennadius)及蚜蟲(aphid)、Aphis gossypii(Glover)。白蠅及蚜蟲都是使用它們的尖嘴插入植物吸取棉樹汁液的昆蟲，這些汁液消化後會排出含糖蜜的小分泌物，這些糖蜜會附在葉片上或已開棉鈴之棉纖維上，在軋棉過程中會分散糖蜜，但以肉眼無法看出。Mr.Hendix所主導研究小組(1992年)，分析Bemisia tabaci及Aphis gossypii中之糖蜜，發現在蚜蟲中有38.3%的松三糖(melezitose)加上

4、1.1%的trehalulose糖，而在白蠅中的糖蜜有43.8%的trehalulose糖加上16.8%松三糖(melezitose)，其它的成份則視棉田環境而定。在前面的研究中，Mr.Hequet及Abidi(2002年)發現在糖蜜污染的棉花，其糖蜜會有不同的吸熱(thermal)及吸濕性(hygroscopic)。因此決定研究外界環境相對濕度及H2SD粘點測試儀電熱板溫度對粘點測試值的影響。樣本及測試法棉樣計150包，取自不同糖蜜及不同型態污染棉區，例：從蚜蟲污染棉區、從白蠅污染區及生化性糖污染棉區等選擇。本次樣本為從不同產區所取，50包自Area 1所取，已知為嚴重白蠅及少數蚜蟲污染棉；

5、50包選自Area 2，已知為同時受白蠅及蚜蟲污染；另50包為選自Area 3主要受蚜蟲及少數白蠅污染。每一棉包均予開包後取二個樣棉。而污染棉之糖蜜另以高效液相色譜儀(High PerformanceLiquid Chroma-tography)分析證明及量化，而每一包棉包再以高速粘點測試儀H2SD測試。樣棉以高效液相色譜儀分析方法每一樣棉，取1克棉樣放入塑膠袋中，並加入20毫升18.2 megohm water，再從袋中以注射筒吸取10cm3溶液，以0.2 micro之過濾網過濾，每一溶液再連續以Gradient Eluent系統法：Elent1：200mM NaOH及Elent2：500M

6、m NaOH加200mMSodium Acetate(醋酸鈉)處理，以自動取樣器取1.5ml放入1.5ml柱狀藥水瓶中，每一樣本重複三次動作取樣，(每包2個樣本x 三次，等於6次/包)，最後測出所含總糖蜜重量百分比。High Speed Stickiness Detector 高速粘點測試儀(H2SD)H2SD是由SCT(Sticky Cotton Thermodetector)原理而來，測試法是參考International Manufacturers Federation 在1994年所訂。H2SD可說是SCT的自動版。首先，將3.0-3.5g之棉樣以ROTOR型開纖機開纖後，棉樣會梳成矩

7、形，平板狀棉樣，之後會放置於一塊有鋁箔紙之板上，樣棉會經過四個站，再以熱壓板(53，30秒)壓住，使糖蜜產生粘點，靠外界溫度使粘點粘於鋁箔紙上，而鬆散棉花會經由清潔輥用吸風吸走，而在鋁箔紙上之粘點會以影像分析技術予以分析點數。如前所述(Hequet et al.,1997)，H2SD之讀值會呈現卜氏分配(Poisson-like distribution)，因此，須以平方根將其轉換成適當標準化之統計分析。同時所有統計均以平方根轉換資料，每一樣本均作三次重複試驗(每包棉取二樣本x3次重試驗=6次/包)。以High Speed Stickiness Detector 高速粘點測試儀在二種不同相對濕

8、度作試驗有關相對濕度對粘點值之影響，以下以二種相對濕度條件作試驗：RH55±2%、23±1以及RH65±2%、21±1。依美國農業部-農業市場服務單位建議：在測試前所有樣本均在標準環境至少放置48小時。因此本次試驗將H2SD儀器及所有樣本在標準狀態下放置96小時，使儀器及樣本均達到實驗室平衡狀態後再作測試。而H2SD之電熱板溫度設定在53(依製造廠商建議)。以High Speed Stickiness Detector 高速粘點測試儀在數種不同電熱板溫度作試驗H2SD製造商建議之電熱板溫度為53，此次試驗以此基準作試驗。另外電熱板再以下列幾種條件作試驗：

9、27、34、40、67，所有測試均在標準狀態下所作試驗，如：RH在65±2%、測試環境溫度在21±1。特別要指出，以上均按原製造廠商之建議設定，但電熱板設定53並未有其它正式文獻提到。表一：糖蜜含量，以高效液相色譜儀分析三個Area產區，以纖維重百分比表示含糖量÷AreaInTrehGlueFrueTrehalSueMelMalTotal單位：佔纖維重百分比(%)1平均值0.0350.0180.0430.0590.10300.0520.0180.328最小值0.0110.0060.0100.0090.0030000.064最大值0.0680.0460.1070.1

10、460.3580.0030.160.0740.94 2平均值0.0610.0030.0730.1070.0730.0110.0880.0030.419最小值0.0420.0000.0340.010.00100.0170.0010.114最大值0.0740.0100.110.1870.2360.0370.2010.0090.7943平均值0.0350.0110.0550.06700.0240.0260.0060.225最小值0.0180.0020.020.0100.0010.0020.0010.074最大值0.0530.0290.1470.2150.0020.0880.0790.0170.462

11、註：In表纖維糖(inositol)、Treh表trehalose糖、Glue表葡萄糖(glucose)、Frue表果糖(fructose)、Trehal表trehalulose糖、Sue表蔗糖(sucrose)、Mel表松三糖(melezitose)、Mal表maltose糖，Total表總糖量表二：糖蜜含量，以高效液相分析儀分析三個Area產區，以佔總糖量百分比表示含糖量÷AreaInTrehGlueFrueTrehalSueMelMal單位：佔纖維重百分比(%)1平均值13.76.316.920.623.70.314.24.2最小值6.43.18.212.72.80.00.00

12、.3最大值21.014.733.635.141.71.536.710.7 平均值19.11.120.124.413.52.318.70.72最小值7.90.212.18.60.70.170.3最大值36.95.136.536.529.45.925.61.43平均值17.65.825.428.20.28.911.42.6最小值8.40.913.813.101.42.40.3最大值33.316.337.346.51.723.828.36.9註：In表纖維糖(inositol)、Treh表trehalose糖、Glue表葡萄糖(glucose)、Frue表果糖(fructose)、Trehal表tr

13、ehalulose糖、Sue表蔗糖(sucrose)、Mel表松三糖(melezitose)、Mal表maltose糖結果及討論蔗糖是棉植物中韌皮部汁液中唯一的醣類(Hendrix et al.,1992)，而昆蟲中所產生的trehalulose糖及同分異構之松三糖及蔗糖聚合物，均不是在棉植物所發現之醣類(Hendrix,1999)，因此可用以證明棉是否受糖蜜污染。150包來自不同糖蜜污染之棉包，在表一表示以高效液相色譜儀分析之結果，是以重量百分比表示。從表上可看出所有棉花均有受到某些的蟲蜜污染，如與總含糖蜜量百分比來看(如表二)，在Area 1平均trehalulose糖比松三糖含量高67%

14、，顯示出主要受白蠅糖蜜污染；在Area 2平均trehalulose糖，比松三糖含量低28%；表示可能同時受白蠅及蚜蟲糖蜜污染。而Area 3平均trehalulose糖，比松三糖含量低於2%，表示主要受蚜蟲糖蜜污染。Mr Hequest及Mr. Abidi(2002)指出棉花粘點中不同的醣類會顯示出不同的吸濕特性。在醣類的測試中，trehalulose及果糖(fructose)有最高的吸濕性。在RH平衡狀態下，trehalulose糖及果糖(fructose)一個分子可吸收三個分子H2O。這暗示原料含水率及粘點間有相關性存在，也證實前述粘點與相對濕度有關(Gutknecht et al.,1

15、986；Frydrych et al.,1993)，同時也決定以二種相對濕度條件下作試驗。較低相對濕度(55±%)者用以表示模擬環錠紡紗之生產環境：較高相對濕度(65±%)者則為表示參考ASTM D1776之實驗室環境標準。Fig.1表示H2SD之讀值(平方根轉換)在RH55±2%、23±1以及RH65±2%、21±1並在儀器製造商建議電熱板53時之相關線性圖。表三所示，平方根轉換後之H2SD讀值在55±2%時之平均值約低23.2%。且在各Area產區及相對濕度間並無交互作用存在。這暗示在RH 55±2%時之粘點現

16、象會比在RH 65±2%時減少。因此所有粘點讀值均比較低，且三個Area都如此。 Mr Hequest及Mr. Abidi(2002) 指出棉花粘點中不同的醣類會顯示出不同的吸熱特性。Fig.2顯示各種不同糖蜜之融化點：纖維糖(inositol)、trehalose糖、葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、trehalulose糖、蔗糖(sucrose)及松三糖(melezitose)。Trehalulose糖有最低的融化點(48)，因此在測試棉花粘點設定在53(H2SD製造商建議)，而Trehalulose糖是在白蠅糖蜜中主要成份，會最容易被融出，而其它糖類則不會。如

17、差示掃描色譜儀(DSC)所顯示(Fig.3) Trehalulose糖在25即開始融化，因此我們可假設糖蜜點狀物，在超過25的環境下，Trehalulose糖含量愈高者點狀物愈多，而Trehalulose糖愈少時，粘點愈少。為證實上述假設，乃將H2SD電熱板作不同溫度設定之試驗：27、34、40、53、67。所有的測試均在RH在65±2%、21±1標準實驗室狀態下所作。Fig.4顯示增加H2SD電熱板溫度在三個Area棉花測試中粘點讀值均增加。在上述二個參數間似乎有明顯交互作用。表三：Area產區與RH相對濕度間之變異分析，以H2SD讀值開平方根之數值分析df*F*或然率P

18、robabilityH2SD*Intercept(截距)11093.30.0001Area26.20.002314.336a*23.671b34.774aRH118.850.000155%3.701b65%4.820aAreaRH20.110.899155%3.75265%4.919255%3.19365%4.148355%4.15765%5.392Error294*df：自由度(degresses of freedom；F：變異率(variance ratio)*平方根轉換值*讀值如有不同字母表與a=5%有明顯差異(依Newman-Keuls測試法)表四：電熱板溫度設定67與53間之變異分析

19、，以H2SD讀值開平方根之數值分析df*F*或然率ProbabilityH2SD*Intercept(截距)11898.670.001Area26.330.00215.735a*24.950b36.031a溫度135.860.0001534.814b676.345aArea溫度20.090.91611534.923676.5472534.155675.7453535.34676.723Error294*df：自由度(degresses of freedom；F：變異率(variance ratio) *平方根轉換值*讀值如有不同字母表與a=5%有明顯差異(依Newman-Keuls測試法)為說

20、明其交互作用，乃決定將H2SD之讀值予以點繪散佈圖，並將每一溫度設定所得數值與廠商所建議之53讀值分別作相關性比較。Fig.5到Fig.8表示三個Area棉花H2SD讀值(平方根轉換)在不同電熱板溫度27、34、40、67個別與53時作相關性分析 電熱板溫度設定在67三個Area棉花看起來都有相同趨勢：其相關性非呈線性關係，顯示可能已達飽合現象(saturation pheno-menon)(Fig.5)。影像分析軟體無法分辨二個融合粘點，當鋁箔紙之粘點多時，二個粘點以上融合在一起的情形就變多了，而影像分析軟體郤無法正確分辨60個粘點以上之粘點數，當然這種狀況應改成計數時也要參考粘點大小。在統

21、計分析中(表四)不能顯示出在溫度及Area間有交互作用。在67時之平均讀值(平方根轉換值)比在53高約31.8%。電熱板溫度設定在40在三個Area棉花在40及53間之讀值其相關性呈線性關係(Fig.6)，在統計分析中(表五)不能顯示出在溫度及Area間有交互作用。在40時之平均讀值(平方根轉換值)比在53低約29%電熱板溫度設定在34在34及53間之讀值其相關性也呈線性關係(Fig.7)，但在Area 3反應出不同的反應，在溫度及Area間有較明顯的交互作用(表六)。H2SD的讀值在34時之平均讀值(平方根轉換值)比在53低：Area 1低約35.8%(主要為白蠅糖蜜污染)、Area 2低約

22、40.9%(白蠅及蚜蟲二者糖蜜污染)、Area 3低約60.7%(主要為蚜蟲糖蜜污染)。電熱板溫度設定在27在27及53間之讀值其相關性也呈線性關係(Fig.8)，但在Area 3反應出不同的反應，在溫度及Area間有較明顯的交互作用(表七)。H2SD的讀值在27時之平均讀值(平方根轉換值)比在53低：Area 1低約46.48%、Area 2低約45%、Area 3低約68.7%。這也驗證前面所假設Trehalulose糖在低溫時即會造成粘棉，而松三糖(melezitose)則不會。Fig.9則彙總三個Area棉花H2SD之讀值在27及53時之比較，它顯示在Area 1所有棉花在53會有粘點

23、者，在27時也會有粘點。在Area 2所有棉花在53會有粘點者，在27時會有輕微粘點。在Area31所有棉花在53會有粘點者，但在27時不會有粘點。這結果說明H2SD的電熱板溫度會影響到粘點數讀值。這也證實前述假設，不同來源糖蜜污染(白蠅vs.蚜蟲)會有不同粘點反應。 Fig.10顯示二種型態白蠅及蚜蟲糖蜜污染，以高效液相色譜儀為基礎在H2SD的讀值比較，這二種棉花在53有幾乎相等的粘點讀值(分別為72.8及71.7點)，但當降低電熱板溫從53至27時，二種棉花的反應不同，白蠅污染的棉花在低溫時仍會有粘點反應，但受蚜蟲污染之棉花在那種溫度時則不會有粘點。表五：電熱板溫度設定40與53間之變異分

24、析，以H2SD讀值開平方根之數值分析df*F*或然率ProbabilityH2SD*Intercept(截距)11161.110.0001Area23.980.019614.363a*23.627b34.342a溫度133.190.0001403.417b534.814aArea溫度21.590.20521534.923403.8032534.155403.0993535.34403.345Error294*df：自由度(degresses of freedom；F：變異率(variance ratio)*平方根轉換值*讀值如有不同字母表與a=5%有明顯差異(依Newman-Keuls測試法)表六：電熱板溫度設定34與53間之變異分析，以H2SD讀值開平方根之數值分析df*F*或然率ProbabilityH2SD*Intercept(截距)11108.530.0001Area23.660.026814.042a*23.305b33.718ab溫度1101.730532.569b344.814aArea溫度25.240.00581