淺談紡織品纖維成分定性鑒別的非標方法

廖幗英++++羅峻++++梁斯韻++++左芳芳++++楊欣卉++++郭榮幸

摘要：本文詳細介紹了紡織品纖維成分定性鑒別中常用的幾種非標檢測方法，包括熱分析技術(shù)、核磁共振技術(shù)、基因檢測技術(shù)、電子顯微技術(shù)等。通過具體示例表明非標檢測方法在紡織品纖維成分定性鑒別中具有重要意義。

關(guān)鍵詞：紡織品；纖維成分；定性鑒別；非標檢測

為了更好地規(guī)范紡織品和服裝產(chǎn)品的使用說明，國家專門出臺GB 5296.4—2012《消費品使用說明紡織品和服裝使用說明》，該強制性標準明確了纖維成分作為標識的一個重要內(nèi)容必不可少[1]。同時GB/T 29862—2013《紡織品纖維含量的標識》對纖維成分如何標注進行了詳細的規(guī)定，更加凸顯了纖維成分定性定量的重要性[2]。現(xiàn)有的常規(guī)纖維成分定性鑒別方法主要有燃燒法、顯微鏡法、溶解法、含氯含氮呈色反應(yīng)法、熔點法、密度梯度法、紅外光譜法、雙折射法等8種[3]，上述8種纖維成分的定性定量鑒別方法及其綜合運用能解決纖維成分分析的絕大部分需求。然而隨著生產(chǎn)技術(shù)的革新，各種高性能纖維、功能性纖維、差別化纖維、復(fù)合纖維等新型纖維的出現(xiàn)，現(xiàn)有的檢測手段無法滿足新型纖維的成分分析的需求。因此，在傳統(tǒng)方法綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)上引入新的檢測手段，從而準確、快速地對新型纖維進行定性定量分析。

綜上所述，本文詳細介紹了熱分析技術(shù)、核磁共振技術(shù)、基因檢測技術(shù)等幾種新型的纖維成分定性鑒別的方法。

1 熱分析技術(shù)

熱分析技術(shù)是在溫度程序控制下研究材料的各種轉(zhuǎn)變和反應(yīng)，如脫水，結(jié)晶—熔融，蒸發(fā)，相變等以及各種無機和有機材料的熱分解過程和反應(yīng)動力學(xué)問題等，是一種十分重要的分析測試方法。在紡織品纖維成分的定性鑒別中，通常會用到熱重分析法（TG）和差示掃描量熱法（DSC）。

熱重分析法利用纖維在加熱過程中若發(fā)生脫附（吸附）、蒸發(fā)、升華、脫水、熱分解或與氣體反應(yīng)等情況時，都伴隨有重量變化的特性，依靠熱天平對纖維重量在溫度變化過程中的連續(xù)監(jiān)控，獲得纖維樣品重量隨溫度變化關(guān)系的曲線稱熱重曲線。而不同類型的纖維由于其結(jié)構(gòu)和組成不同，其發(fā)生脫附（吸附）、蒸發(fā)、升華、脫水、熱分解或與氣體反應(yīng)等情況時的具體溫度是不同的，因此，不同類型的纖維具有不同的熱重曲線。通過對纖維樣品的熱重曲線進行分析，提取其中具有代表性的熱重分析數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫中已確定類型纖維標樣的熱重分析數(shù)據(jù)進行對比，判定得到該纖維樣品的類型，從而實現(xiàn)對纖維樣品快速而準確的鑒別[4]。圖1給出了一個簡單的示例，通過熱重數(shù)據(jù)的比對，可以清楚地辨認出樣品含有棉和聚酯纖維兩組分。

差示掃描量熱法是另一種常用的熱分析方法，它是在程序控溫的條件下，測量試樣與參比物之間的能量差隨溫度變化的一種分析方法。利用差示掃描量熱法對纖維材料在非等溫結(jié)晶過程和二次升溫熔融過程中熱焓的變化進行考察，利用試樣和已知標準物質(zhì)的非等溫結(jié)晶溫度和熔融溫度的相關(guān)性可進行材料的鑒別。對于乙綸、丙綸、滌綸等物理、化學(xué)性能都較為相近的化纖具有明顯的分辨作用。圖2為利用差示掃描量熱法定性鑒別聚乙烯/聚丙烯復(fù)合纖維成分的示例。

圖1 利用熱重分析法定性鑒別纖維成分示例

圖2 利用差示掃描量熱法定性鑒別纖維成分的示例

2 核磁共振技術(shù)

核磁共振，是指核磁矩不為零的原子核，在外磁場的作用下，核自旋能級發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一特定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振時，原子核吸收電磁波的能量，記錄下的吸收曲線就是核磁共振譜（NMR）。由于不同分子中原子核的化學(xué)環(huán)境不同，將會有不同的共振頻率，產(chǎn)生不同的共振譜。記錄這種波譜即可判斷該原子在分子中所處的位置及相對數(shù)目，用以進行有機化合物的結(jié)構(gòu)分析。

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）和聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是同屬于芳香族聚酯系列的高分子化合物，在紡織品成分鑒別中，統(tǒng)稱為聚酯纖維。它們在化學(xué)結(jié)構(gòu)上相似，重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中只差1～2個—CH2，因此三者物理、化學(xué)性質(zhì)非常相似。PTT纖維兼有滌綸、錦綸、腈綸的特性，除防污性能好外，還有易于染色、手感柔軟、富有彈性，較彈性纖維氨綸更易于加工，非常適合紡織服裝面料。PBT纖維是20世紀80年代初開發(fā)的新型高彈性纖維，因其價格較氨綸低廉，同時兼有滌綸、錦綸和氨綸的特點，用PBT纖維制成的各類彈力織物及風(fēng)格別致的泡縐織物是深受廣大消費者青睞的新潮服裝面料，隨著PTT和PBT纖維在紡織領(lǐng)域的推廣及應(yīng)用開發(fā)，消費者和紡織企業(yè)對于聚酯纖維大類下三種材料的進一步定性鑒別提出了迫切的需求。

通過對樣品1H-NMR譜圖的測定，可以清晰、直觀地對PET/PTT/PBT纖維及其混紡織物進行定性鑒別，解決了傳統(tǒng)方法無法區(qū)分同屬于聚酯類的PET、PTT和PBT的難題[5]示例如圖3所示。

圖3 利用核磁共振技術(shù)定性鑒別PET/PBT/PTT纖維的示例

3 基因檢測技術(shù)

隨著生活水平的提高、物質(zhì)條件的改善，人們在日常穿著方面不再滿足于普通的紡織產(chǎn)品，而對皮革、裘皮服裝的需求日益增加。除了美觀、舒適、保暖等因素外，高檔的皮革、裘皮服裝也可以突顯消費者高貴、典雅的氣質(zhì)。但是皮革、毛皮制品的價格相對較高，尤其是不同動物物種來源的產(chǎn)品，價格相差更是懸殊。在利益的驅(qū)使下，許多不法分子生產(chǎn)和銷售仿制、偽制甚至假冒產(chǎn)品，極大擾亂了皮革和毛皮制品市場。而現(xiàn)有的檢測機構(gòu)一直苦于沒有相應(yīng)的方法標準可循，導(dǎo)致皮革和毛皮制品動物物種來源的鑒別問題始終困擾著質(zhì)監(jiān)行業(yè)的技術(shù)人員。

動物皮在加工過程中的遺傳特征是不會改變的，不同物種的DNA分子大小、結(jié)構(gòu)有一定的差異，因此可通過DNA信息客觀和準確地鑒別動物的物種[6]。利用基因信息，可準確、客觀地鑒別檢測中出現(xiàn)爭議較多的皮革制品動物物種來源，如牛皮革與馬皮革、綿羊皮革和山羊皮革、牛剖層革與羊剖層革、鹿皮革和山羊皮革，以及毛皮制品動物物種來源[7]，如家兔毛皮與獺兔毛皮[8]、狐貍毛皮與貉子毛皮、掃雪貂毛皮與紫貂毛皮、麝鼠毛皮與水貂毛皮、牛毛皮與馬毛皮，為質(zhì)監(jiān)機構(gòu)進行監(jiān)督抽查、日常檢驗等工作提供技術(shù)支撐，以有效規(guī)范皮革和毛皮制品市場，保費消費者權(quán)益。endprint

DNA鑒定法主要開發(fā)的是定性PCR檢測方法，適用于天然皮革制品中動物源性成分的定性PCR檢測。該方法提取皮革制品中動物源的DNA，針對物種的特異基因序列設(shè)計引物，通過線粒體內(nèi)源基因的PCR擴增，獲得目標物種的基因序列，根據(jù)擴增產(chǎn)物用熒光定量PCR方法或測序比對等分子生物技術(shù)判定皮革動物源性成分。牛、羊、豬皮革定性PCR檢測引物信息見表1[9]。

4 電子顯微技術(shù)

隨著各種新型紡織品材料的不斷涌現(xiàn)，光學(xué)顯微鏡已經(jīng)越來越難以完全滿足紡織品檢測的需求，掃描電子顯微鏡作為電子顯微技術(shù)最成熟的一種，為紡織品的檢測開辟了一條新的道路[10]。

掃描電子顯微鏡自商業(yè)化以來，由于其景深大、分辨率高、有利于觀察物體表面結(jié)構(gòu)，越來越多的科研檢測機構(gòu)或企業(yè)將其應(yīng)用在紡織纖維的檢測領(lǐng)域。掃描電子顯微鏡主要有二次電子成像和背散射電子成像兩種工作模式。對于觀察纖維樣品的表觀結(jié)構(gòu)，二次電子成像分辨率高，使用方法較簡便，常被用于特種纖維的鑒別。毛纖維經(jīng)絲光處理后在光學(xué)顯微鏡下觀察，難與羊絨纖維區(qū)別。由于掃描電子顯微鏡分辨率高且為三維圖像，所以很容易將經(jīng)絲光處理后的毛纖維與羊絨纖維區(qū)別[11]（如圖4所示）。同樣，在掃描電子顯微鏡觀察下，很容易將絲光棉與化纖區(qū)別。由于掃描電子顯微鏡具有的獨特性，其還被應(yīng)用于對各種特種毛纖維的區(qū)別，如用于觀察紫貂毛和水貂毛的區(qū)別等。

（a）羊毛 （b）羊絨 （c）絲光羊毛

圖4 利用掃描電鏡二次電子成像模式定性鑒別羊毛/羊絨纖維的示例

隨著纖維工藝和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，具有某種特殊功能的化學(xué)纖維或天然纖維，即功能性纖維不斷涌現(xiàn)。常見的功能性纖維有抗菌除臭纖維、涼感纖維、導(dǎo)電纖維等等。這些新型功能性纖維的產(chǎn)生，給傳統(tǒng)的纖維檢驗帶來了新課題[12]。運用電子掃描顯微鏡中背散射電子成像模式，可以很好地解決新型功能性纖維的鑒別問題。與二次電子成像模式不同，背散射電子主要作用于樣品表面分子的原子核，因此背散射電子成像能很好地區(qū)分不同原子序數(shù)的物質(zhì)，即不同材料在纖維中的分布（見圖5示例）。

圖5 利用掃描電鏡背散射電子成像模式鑒別涼感纖維的示例

5 結(jié)語

可用于紡織品和纖維產(chǎn)品定性鑒別的非標方法還有很多，如光譜類方法、X射線衍射法、氨基酸分析法等等。隨著新材料的不斷涌現(xiàn)和量產(chǎn)、紡織技術(shù)的不斷提高，以及纖維材料的應(yīng)用范圍在諸多工程技術(shù)領(lǐng)域的不斷拓展，各種新型纖維如綠色環(huán)保纖維、高性能纖維、功能性纖維等新的纖維系列和品種不斷被開發(fā)和利用，纖維產(chǎn)品的這種發(fā)展趨勢無疑給纖維成分的定性鑒別技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。面對新的挑戰(zhàn)，非標檢測方法的應(yīng)用將會為纖維鑒別方法體系的不斷完善提供強有力的支撐。沒有哪一種纖維鑒別手段是萬能的，不同的鑒別方法有各自的優(yōu)勢與局限性，綜合運用已有的標準方法，結(jié)合非標檢測方法作為輔助，將會大大提升檢測工作的準確性和效率。

參考文獻：

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[11]吳雄英， 張濤， 陸維民，等. 掃描電鏡法鑒別絲光羊毛的研究[J]. 毛紡科技， 2002，（4）： 39-42.

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（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院）endprint