纖維素纖維質(zhì)量檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì)探討

那英+楊福斌

摘要

結(jié)合近年來纖維素纖維檢測(cè)方面的研究進(jìn)展，總結(jié)了采用先進(jìn)分析儀器和添加“紡織纖維標(biāo)識(shí)物”兩種方法在鑒別紡織物和纖維素纖維研究現(xiàn)狀，分析了這兩種策略在構(gòu)建纖維“特征譜圖”方面目前存在的主要問題，以及展望纖維素纖維的質(zhì)量檢測(cè)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：儀器分析；纖維標(biāo)識(shí)物；特征譜圖；質(zhì)量檢測(cè)

1 前言

紡織纖維的種類及其含量是混紡紗線加工生產(chǎn)的重要參數(shù)，是消費(fèi)者購(gòu)買紡織品不可缺少的重要性能指標(biāo)關(guān)注點(diǎn)，因而紡織品均需質(zhì)檢部門定性和定量檢測(cè)[1]。當(dāng)前質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部門依據(jù)紡織標(biāo)準(zhǔn)釆用燃燒法、顯微鏡法和溶解法、著色法對(duì)紡織物纖維進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合熔點(diǎn)法對(duì)合成纖維進(jìn)行鑒別，其中纖維素纖維混紡產(chǎn)品包括棉、麻以及Model、Tencel等的定性、定量方法和試驗(yàn)條件都備受檢測(cè)人員的關(guān)注。原因在于，纖維素纖維混紡產(chǎn)品的定量化學(xué)檢測(cè)主要采用甲酸/氯化鋅法，該過程對(duì)溶解條件、試驗(yàn)操作的要求比較高，且試驗(yàn)操作繁瑣耗時(shí)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和重現(xiàn)度低，試驗(yàn)中使用毒害溶劑對(duì)研究人員和自然環(huán)境造成危害[2-4]。

因此，研究人員嘗試采用其他策略以期簡(jiǎn)化和解決當(dāng)前纖維素纖維質(zhì)量檢測(cè)的問題，其中代表性的思路包括：（1）借助先進(jìn)分析儀器對(duì)紡織品進(jìn)行檢測(cè)分析，構(gòu)建特征圖譜，以求高效、準(zhǔn)確地獲得測(cè)量數(shù)據(jù)[5-15]；（2）添加“紡織纖維標(biāo)識(shí)物”鑒別紡織物和纖維素纖維[16-19]。本文總結(jié)了近年來纖維素纖維檢測(cè)方面的研究進(jìn)展，分析了上述兩種策略的主要優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)纖維素纖維的質(zhì)量檢測(cè)提出了展望。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 儀器分析法鑒別纖維素纖維

儀器分析是采用特殊的或比較復(fù)雜的儀器設(shè)備，通過測(cè)量物質(zhì)的某些物理或化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來確定物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量以及化學(xué)結(jié)構(gòu)，并且各自形成比較獨(dú)立的方法原理及理論基礎(chǔ)的一類分析方法。

應(yīng)用分析儀器對(duì)紡織物纖維種類和含量鑒定至今已獲得大量研究，包括紅外光譜分析、拉曼光譜分析、X-射線衍射、熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析儀以及原子力顯微鏡等。比如，俞雄飛等通過傅里葉變換紅外光譜初步判斷所測(cè)纖維歸屬聚酯纖維，再通過裂解氣相色譜-質(zhì)譜的特征裂解產(chǎn)物特征譜鑒定出4種樣品分別為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸-1，4-環(huán)己二甲醇酯纖維[11]。

胡曉燕等通過550℃高溫裂解，建立了滌/毛纖維混紡的定性與定量分析的裂解氣相色譜法。該方法對(duì)不同滌/毛混紡比例樣品測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3%（平行樣品數(shù)量n=3），與國(guó)標(biāo)檢測(cè)方法所得結(jié)果的偏差小于5%[12]。通過原子力顯微鏡、透射電鏡也可以區(qū)別纖維素纖維，比如珍珠纖維的外觀形態(tài)和粘膠纖維極其相似，但原子力顯微鏡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，前者的表面存在更多的顆粒狀物質(zhì)，珍珠纖維表面微觀粗糙度明顯比粘膠纖維高，對(duì)比粘膠纖維和珍珠纖維透射電鏡橫截面發(fā)現(xiàn)，珍珠纖維中無機(jī)微粒多，大小分布比粘膠纖維更均勻[13]。可見，分析儀器和對(duì)應(yīng)的分析方法在紡織纖維質(zhì)檢中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)于棉以及萊賽爾、莫代爾、粘膠、Tencel纖維等再生纖維素纖維，雖然其化學(xué)成分組成類似，但通過X-射線衍射、二維紅外光譜測(cè)定發(fā)現(xiàn)其分子內(nèi)和分子間氫鍵作用力以及結(jié)晶度、取向度等物理結(jié)構(gòu)都存在一定差別[9，14]。比如，棉的聚合度在6000～20000，結(jié)晶度在70%左右，對(duì)于同屬粘膠纖維，普通粘膠纖維的聚合度在250～300之間，結(jié)晶度約30%，取向度為0.51，而高濕模量黏膠纖維的聚合度在350～450，結(jié)晶度約44%，取向度0.60；Tencel纖維的結(jié)晶度（50%）高于其他各種再生纖維素纖維。Tencel纖維比其他再生纖維素纖維有更高的取向度（0.998）和沿纖維軸向的規(guī)整性。另外，棉纖維在1429 cm-1與1112 cm-1兩處的吸光度明顯大于粘膠纖維，而粘膠纖維和萊賽爾纖維在二維紅外譜圖800cm-1～1400cm-1區(qū)域上顯示出較明顯的差別，由此可以借助紅外光譜法檢測(cè)棉纖維、粘膠纖維和萊賽爾纖維[10]?？傊ㄟ^纖維組分和結(jié)構(gòu)之間的差異在高分辨率儀器分離和分析過程中的顯現(xiàn)就可以鑒別纖維素纖維的種類。

然而，儀器分析法包括紅外光譜、裂解氣相色譜-質(zhì)譜分析法等在棉/再生纖維素纖維紡織物種類鑒別，尤其是含量測(cè)定方面依然存在應(yīng)用障礙。原因在于纖維素纖維的化學(xué)組分近似，比如通過裂解氣相色譜-質(zhì)譜分析法對(duì)棉、粘膠、萊賽爾、莫代爾和竹纖維等5種再生纖維素纖維紡織物裂解分析發(fā)現(xiàn)，其裂解產(chǎn)物相似，導(dǎo)致不能直接依據(jù)某個(gè)裂解產(chǎn)物鑒別各個(gè)纖維素纖維的具體類型[15]。此外，通過裂解氣相色譜-質(zhì)譜對(duì)不同產(chǎn)地、不同品種的天然纖維如棉、麻分析發(fā)現(xiàn)，裂解產(chǎn)物的峰數(shù)量基本不變，但峰強(qiáng)有所差異，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性不佳，難以做定量分析。因此，今后探尋和完善現(xiàn)代儀器分析法在棉/再生纖維素纖維的鑒別方面具有必要性和理論意義。

2.2 纖維標(biāo)識(shí)物法鑒別纖維素纖維

纖維標(biāo)識(shí)物是指在紡織纖維中加入一種有標(biāo)識(shí)作用的物質(zhì)，用以鑒別各種紡織纖維，其特點(diǎn)是對(duì)鑒別纖維具有唯一性。纖維標(biāo)識(shí)物作為一種具有特定性質(zhì)的物質(zhì)，比如DNA標(biāo)識(shí)[16]、熒光防偽纖維[17]、稀土元素[18， 19]等，能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)和新型纖維素纖維鑒別帶來全新的方便。早期，奧地利蘭精公司為防止莫代爾和天絲的假冒產(chǎn)品，在其開發(fā)和生產(chǎn)的天絲和莫代爾中，添加了一種異形纖維作為標(biāo)識(shí)物來證明真?zhèn)巍?/p>

美國(guó)DNA應(yīng)用科學(xué)公司利用DNA標(biāo)識(shí)不受酸化、漂白和堿化等紡織品加工處理的影響，開發(fā)了一種利用嵌入式DNA鑒別技術(shù)來鑒別紡織品真?zhèn)蔚谋孀R(shí)系統(tǒng)，即在織物或紗線生產(chǎn)過程中，在其內(nèi)部加入DNA標(biāo)識(shí)物，即可達(dá)到鑒別真?zhèn)蔚淖饔谩Ｓ纱丝梢?，研究和發(fā)展在織物纖維素纖維中添加纖維標(biāo)識(shí)物，對(duì)實(shí)現(xiàn)快速鑒別目的和抵御假冒偽劣產(chǎn)品具有重要意義。

作為紡織物的纖維素纖維標(biāo)識(shí)物，須具備制備和檢驗(yàn)方便、仿造困難、價(jià)格低廉以及健康無害等基本要求。我國(guó)東華大學(xué)研究人員對(duì)新型再生纖維素纖維——珍珠纖維中，實(shí)現(xiàn)了纖維素類型和半定量鑒別。珍珠纖維是采用納米或亞微米級(jí)珍珠粉末與再生纖維素纖維紡絲原液共混，通過濕法紡絲而成的新型再生纖維素纖維。葉卉等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Mg、Mn、Si、Fe、Cu、Ga等元素是珍珠纖維的特征無機(jī)元素，其中Ga元素含量最高，一般在300 ppm以上。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)特征元素的分布和含量規(guī)律，建立了珍珠纖維無機(jī)元素指紋譜，可作為鑒別珍珠纖維的參考依據(jù)之一。此外，氨基酸分析表明，珍珠纖維中含有14種以上氨基酸，氨基酸組分含量和種類分析也是鑒別珍珠纖維和其他普通再生纖維素纖維的最有效手段。

除了利用珍珠粉的無機(jī)元素和氨基酸特征鑒別珍珠纖維外，韓蕊等[18]通過在珍珠纖維中再額外添加鉬、鈰等標(biāo)識(shí)元素來鑒別珍珠纖維，通過特有標(biāo)識(shí)元素的測(cè)定不僅可以實(shí)現(xiàn)纖維的定性鑒別，還可以通過測(cè)定元素標(biāo)識(shí)物的含量，實(shí)現(xiàn)定量控制、定量鑒別。比如采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀對(duì)元素標(biāo)識(shí)物鈰元素的含量進(jìn)行定量檢測(cè)，分析了天絲/珍珠纖維/棉（68/16/16）混紡紗線樣品的珍珠纖維的含量[19]。結(jié)果表明，測(cè)量量與添加量的誤差僅為2.1%，在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求的允許誤差±3%內(nèi)。

以上研究在不改變纖維自身性能的前提下，向珍珠纖維中添加特殊標(biāo)識(shí)物的測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了紗線與面料中珍珠纖維的快速識(shí)別，使該纖維的鑒別、檢測(cè)技術(shù)更簡(jiǎn)便可行。纖維標(biāo)識(shí)物的應(yīng)用適應(yīng)了市場(chǎng)化檢驗(yàn)的需要，具有重要的推廣意義，同時(shí)應(yīng)該考慮擴(kuò)大到棉纖維以及其他再生纖維素纖維的檢測(cè)應(yīng)用中。

然而，纖維標(biāo)識(shí)物的研究和應(yīng)用還需要解決若干關(guān)鍵問題，比如：（1）盡量降低標(biāo)識(shí)物在生產(chǎn)過程中的損失，縮小纖維標(biāo)識(shí)元素添加量與保留量之間的差距，這樣對(duì)定性和定量的分析至關(guān)重要；（2）盡管做到第一點(diǎn)，但由于添加的標(biāo)識(shí)物在生產(chǎn)過程中難免損失，因此構(gòu)建標(biāo)識(shí)元素添加量與保留量之間的關(guān)系，對(duì)優(yōu)化各纖維素纖維生產(chǎn)工藝和選擇合適的標(biāo)識(shí)元素和定量分析均有重要意義?？傊?，解決纖維標(biāo)識(shí)物目前存在的技術(shù)難題和擴(kuò)大發(fā)展該技術(shù)，對(duì)纖維領(lǐng)域的防偽、鑒別，尤其對(duì)成分較相近的再生纖維素纖維及其混紡產(chǎn)品的鑒別具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

3 展望

隨著新技術(shù)、新工藝以及新材料的不斷涌現(xiàn)，常規(guī)鑒別手段已難以滿足纖維鑒別的發(fā)展要求，建立快速、簡(jiǎn)便和準(zhǔn)確的鑒別各種纖維素纖維的方法勢(shì)在必行。采用先進(jìn)分析儀器和分析方法鑒別紡織纖維成分的技術(shù)手段，已經(jīng)成為當(dāng)前質(zhì)監(jiān)部門的迫切需求。無論是利用儀器分析鑒別還是纖維標(biāo)識(shí)物鑒別，其目的都在于構(gòu)建樣品的指紋圖譜。因此，選擇合適的添加物、恰當(dāng)?shù)膬x器，系統(tǒng)對(duì)樣品化學(xué)成分組成與物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，構(gòu)建出各種纖維獨(dú)一無二的圖譜，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)照被檢測(cè)纖維與已知“圖譜”，就基本可以判斷面料的歸屬。此外，建立儀器檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法的規(guī)范，結(jié)合特征圖譜的特征峰、特征元素等規(guī)律，實(shí)現(xiàn)纖維的定量化檢測(cè)更是現(xiàn)代檢測(cè)方法發(fā)展的迫切需求。

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