再生纖維素纖維的性能及定性分析方法研究

李瑩，黃怡婧，賈凱凱

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海200040）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，再生纖維素纖維的生產(chǎn)工藝逐年改進(jìn)，其服用性能也得到良好改善。再生纖維素纖維具有綠色環(huán)保、可循環(huán)使用多次的特性，并且某些服用方面的性能優(yōu)于天然的纖維素纖維。近年來，人們對再生纖維素纖維的使用量日益增多，但其性能的細(xì)微差異和種類的多樣性給檢測行業(yè)工作者造成較大的困擾。文中對幾種常用再生纖維素纖維的生產(chǎn)工藝、性能、定性標(biāo)準(zhǔn)、定性過程中存在的問題以及最新的定性分析方法進(jìn)行了介紹。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

黏膠纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維［蘭精纖維（上海）有限公司/迪特亞·博拉集團(tuán)］，黏膠纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維（國內(nèi)多家生產(chǎn)企業(yè)），銅氨纖維（日本旭化成及國內(nèi)經(jīng)銷商），臺(tái)化莫代爾纖維（臺(tái)灣臺(tái)化集團(tuán)）。

1.2 儀器設(shè)備

VEGA 3 XMU型真空掃描電子顯微鏡（捷克TESCAN公司）、Rigaku D/max-2550型X射線衍射儀（日本理學(xué)公司）、NICOLET 380 FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀（美國NICOLET公司）、Y172型纖維切片器（溫州方圓儀器有限公司）、LEICA DM500徠卡光學(xué)顯微鏡（德國LEICA公司）。

1.3 再生纖維素纖維的制備

再生纖維素纖維是以棉花或木材為原材料，通過紡絲工藝制成的紡織類纖維，其本質(zhì)是纖維素，與棉纖維的化學(xué)組成基本相同，均為多糖物質(zhì)，由多個(gè)葡萄糖?；ㄟ^1,4-甙鍵連接而成的線性大分子。市場上常用的再生纖維素纖維主要有黏膠纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維和銅氨纖維4種類型，圖1是纖維素纖維的基本組成結(jié)構(gòu)單元纖維素大分子。

圖1 纖維素大分子

由圖1可知，常用的幾種再生纖維素纖維與棉纖維的基本組成結(jié)構(gòu)單元一致，其化學(xué)鍵能也相同，且所測得的紅外光譜圖基本一致，因此用紅外光譜法無法對其進(jìn)行鑒別。

1.3.1 黏膠纖維

黏膠纖維是采用木材為原料，將其浸漬在濃堿溶液中，經(jīng)過CS2磺化、老化制成的一類再生纖維素纖維。由于在濃堿溶液中浸漬時(shí)間較長，天然纖維素纖維的結(jié)晶度和聚合度降低，在再生的過程中由纖維素Ⅰ轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素Ⅱ。

1.3.2 莫代爾纖維

由于莫代爾纖維是在黏膠纖維生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上通過降低堿的用量和控制生產(chǎn)工藝生產(chǎn)制得的，所以莫代爾纖維的結(jié)晶度和聚合度比黏膠纖維高，其耐堿性增強(qiáng)，濕斷裂強(qiáng)力也得到了較大的改善。

1.3.3 萊賽爾纖維

萊賽爾纖維是將天然纖維素溶解于有機(jī)溶劑N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）中，因纖維素纖維在有機(jī)溶劑中不會(huì)發(fā)生降解，故制得的纖維結(jié)晶度和聚合度相對較高，且具有優(yōu)異的性能和真絲般的光澤[1]。

1.3.4 銅氨纖維

銅氨纖維是將纖維溶解在銅氨溶液中，通過加水改變銅氨溶液的配比使纖維析出獲得再生，柔軟度好，不產(chǎn)生靜電[2-3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 性能分析

黏膠纖維橫截面呈鋸齒形，縱向有少量橫條紋，是纖維在再生過程中經(jīng)過拉伸、卷繞、干燥、收縮形成的特有形態(tài)。莫代爾纖維橫截面呈啞鈴型，縱向有少量橫條紋，也是在成形過程中經(jīng)過拉伸、卷繞、干燥、收縮等機(jī)械張力造成的。萊賽爾纖維、銅氨纖維和臺(tái)灣臺(tái)化集團(tuán)生產(chǎn)的臺(tái)化莫代爾纖維橫截面均為圓形或近似圓形，縱向光滑無明顯條紋。圖2～6是采用電子掃描顯微鏡獲得的放大3 000倍視野下各種纖維的橫截面形態(tài)。

圖2 黏膠纖維

圖3 莫代爾纖維

圖4 萊賽爾纖維

圖5 銅氨纖維

圖6 臺(tái)化莫代爾纖維

再生纖維素纖維的微觀結(jié)構(gòu)受到紡絲工藝的影響，在結(jié)晶度、聚合度、取向度等方面均有所不同。由于不同的生產(chǎn)廠家所采用的再生纖維素纖維生產(chǎn)工藝也不盡相同，故纖維的聚合度、結(jié)晶度和取向度的大小并不能完全確定，且部分國內(nèi)廠商生產(chǎn)的纖維的結(jié)晶度相對偏低。表1中列出了此類纖維上述所描述性能指標(biāo)的范圍數(shù)值。

表1 棉與再生纖維素纖維的性能指標(biāo)

研究表明，常用的幾種再生纖維素纖維的結(jié)晶度存在一定的差異，故纖維在宏觀方面會(huì)表現(xiàn)出不同的性能，但采用X射線衍射儀測試只能測試單一純度纖維的結(jié)晶度，且檢測費(fèi)用較高。鑒于國內(nèi)生產(chǎn)的再生纖維素纖維的結(jié)晶度并非固定，所以采用結(jié)晶度測試法獲得的纖維結(jié)晶度存在一定的誤差干擾。

2.2 存在問題

近幾年，研究人員對于再生纖維素纖維的定性分析方面的研究較多，且大多數(shù)集中于對圓形萊賽爾纖維和銅氨纖維的鑒別。目前，對于此類再生纖維素纖維定性標(biāo)準(zhǔn)的原理都是一致的。首先通過燃燒、溶解、熔點(diǎn)等方法確定為纖維素纖維，然后根據(jù)纖維的橫向和縱向截面形態(tài)進(jìn)行具體種類的定性分析（如黏膠纖維的橫截面為鋸齒形，縱向有少量橫條紋）。由于不同的生產(chǎn)廠家所采取的生產(chǎn)工藝并不完全相同，因而生產(chǎn)出的再生纖維素纖維與標(biāo)準(zhǔn)上標(biāo)注的纖維形態(tài)會(huì)有所差異（見圖7和圖8），部分纖維介于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的黏纖與莫代爾纖維之間，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的形態(tài)無法給出準(zhǔn)確的定性結(jié)果。另外，對于以上幾種近圓形的萊賽爾纖維、銅氨纖維以及臺(tái)化莫代爾纖維，根據(jù)目前的方法標(biāo)準(zhǔn)人們是無法進(jìn)行定性的。

圖7 部分形態(tài)不標(biāo)準(zhǔn)的纖維1

圖8 部分形態(tài)不標(biāo)準(zhǔn)的纖維2

2.3 研究現(xiàn)狀

隋樹香等[4]提出根據(jù)原纖化性能鑒別萊賽爾纖維和銅氨纖維，是根據(jù)大部分萊賽爾纖維具有原纖化性能，通過機(jī)械外力的作用加大萊賽爾纖維的原纖化，從而達(dá)到鑒別的目的。但此方法并不適用于所有的萊賽爾纖維，部分萊賽爾纖維不具有原纖化性能，也無法通過機(jī)械外力使其具有原纖化性能。趙玲、李菊竹等[5]提出通過測試銅離子濃度來鑒別萊賽爾纖維和銅氨纖維，其測試原理是銅氨纖維在紡絲過程中會(huì)黏附部分銅氨溶液中的銅離子，從而使纖維上的銅離子濃度比萊賽爾纖維高，但此方法的干擾因素較多，其中兩個(gè)較為重要的原因是：①銅氨纖維在生產(chǎn)過程中會(huì)采用去銅離子處理，使得纖維的銅離子濃度較低，難以檢測；②在印染加工過程中，所用的染料及助劑中會(huì)帶入部分銅離子，對測試結(jié)果造成干擾。

此外，李菊竹[6]提出了通過測試?yán)w維在堿液中的膨脹性能（根據(jù)膨脹率的大?。﹣龛b別萊賽爾纖維和銅氨纖維，要求在短時(shí)間（30 s）內(nèi)測試100根纖維直徑，但未考慮30 s內(nèi)纖維直徑是否發(fā)生劇烈變化以及后續(xù)的染整加工對纖維直徑膨脹的影響。還有一些研究人員提出采用著色劑將纖維染色，根據(jù)纖維不同的上色效果進(jìn)行定性分析，但目前還沒有一種較為有效的著色劑，可以使不同的纖維呈現(xiàn)不同的著色效果，且織物上的染料和助劑也會(huì)影響纖維的著色效果[7-8]。

3 結(jié)論

隨著再生纖維素纖維的使用量日益增大，纖維的優(yōu)異性能也獲得廣大消費(fèi)者的青睞，純再生纖維素纖維制品及與其它纖維混紡制品的占比逐年增加，但人們?nèi)詿o法對其細(xì)分種類進(jìn)行準(zhǔn)確定性，尤其是對萊賽爾纖維和銅氨纖維的鑒別。因此，這些問題亟待纖維研究人員和纖檢工作者作進(jìn)一步研究并加以解決，從而為日益增長的市場提供強(qiáng)有力的鑒定依據(jù)。