銅氨纖維與萊賽爾纖維鑒別方法的探討

摘要：對(duì)銅氨與萊賽爾兩種纖維從原料、紡絲工藝、物理化學(xué)以及原纖化、濕膨脹性能等方面進(jìn)行研究與分析，提出通過(guò)此兩種纖維的濕溶解性能方面的差異并輔以原子吸收光譜、近紅外光譜和X射線衍射等表征方法來(lái)鑒別銅氨纖維與萊賽爾纖維，解決實(shí)際操作中無(wú)法區(qū)別兩者的難題。

關(guān)鍵詞：銅氨纖維；萊賽爾纖維；濕膨脹；光譜；X射線衍射

銅氨纖維與萊賽爾纖維均屬于天然再生纖維素纖維，其分子結(jié)構(gòu)與棉相似，還擁有棉纖維不具備的蠶絲的干燥滑爽、舒適涼快等優(yōu)點(diǎn)，在紡織服裝領(lǐng)域中有著很大的應(yīng)用價(jià)值。由于銅氨纖維與萊賽爾纖維外觀形態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有較大的相似性，一般鑒別纖維的顯微鏡觀察、燃燒和溶解等常規(guī)方法均無(wú)法鑒別此兩種纖維。目前兩種纖維之間的定性鑒別仍然是檢驗(yàn)工作中的難點(diǎn)，而兩種纖維的價(jià)格和性能上的差異使得檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)迫切需要建立一種鑒別此兩種纖維的方法。

1 纖維概述

銅氨纖維是將松散的棉短絨等天然纖維素溶解在氫氧化銅或堿性銅鹽的濃氨溶液中，配成紡絲原液，然后通過(guò)銅氨工藝得到的再生纖維素纖維[1]，因在制造過(guò)程中以氨及氫氧化銅處理而得名。銅氨纖維具有會(huì)呼吸、清爽、抗靜電、懸垂性佳四大功能，可避免產(chǎn)生悶熱的不舒適感，是最好的里襯材料，且至今仍然處于無(wú)可取代的地位。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，目前銅氨纖維已從里布推向面料，適用于與羊毛、合成纖維混紡或純紡，在針織物中得到廣泛應(yīng)用。

萊賽爾纖維（俗稱(chēng)天絲）是一種溶劑型纖維素纖維，以可再生的針葉木纖維為原料，制備為纖維素漿粕，然后通過(guò)有機(jī)溶劑（N-甲基嗎啉-N-氧化物）（NMMO）溶解并紡絲后制得的新型再生纖維素纖維，是一種典型的綠色環(huán)保纖維[2-3]。萊賽爾纖維一般有兩種類(lèi)型：一種為原纖化型，易產(chǎn)生原纖化現(xiàn)象；另一種為非原纖化型，是在原纖化型的基礎(chǔ)上進(jìn)行特殊的整理加工，使纖維不易出現(xiàn)原纖化現(xiàn)象。萊賽爾纖維是最近十幾年得到開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的新型再生纖維素纖維，其所用溶劑無(wú)毒，且回收率高，其產(chǎn)品服用性能好，具有柔軟、舒適、透氣性好、光滑涼爽、耐穿耐用等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于與棉、毛、絲、麻、合成纖維混紡或純紡，在高檔機(jī)織或針織織物領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。

2 性能分析

2.1 外觀、燃燒及常規(guī)溶解性能

銅氨纖維與萊賽爾纖維的截面形態(tài)類(lèi)似，橫截面為圓形，縱截面為表面平滑，有光澤；同時(shí)此兩種纖維均屬于再生纖維素纖維，其化學(xué)組成及基本結(jié)構(gòu)單元相同，即為纖維素，燃燒現(xiàn)象和化學(xué)溶解等性能也相類(lèi)似，顯微鏡觀察、燃燒和溶解等常規(guī)方法均無(wú)法鑒別此兩種纖維。

2.2 物理化學(xué)性能差異[2-4]

銅氨纖維平均聚合度為450～500，各項(xiàng)強(qiáng)力略低于萊賽爾纖維；在NaOH溶液中會(huì)產(chǎn)生橫向劇烈膨脹。萊賽爾纖維平均聚合度為500～550，分子緊密規(guī)整，具有很高的分子間力，纖維強(qiáng)度也較大；萊賽爾纖維屬于溶劑紡絲法制得的新型再生纖維素纖維，具有較高的結(jié)晶度和取向度，原纖之間的側(cè)向結(jié)合力較薄弱，屬于皮芯結(jié)構(gòu)。

2.3 原纖化性能分析

萊賽爾纖維屬于皮芯結(jié)構(gòu)，皮層結(jié)構(gòu)致密且較薄，易破損，接近全芯結(jié)構(gòu)，具有明顯的原纖結(jié)構(gòu)，尤其是沿纖維軸向的取向結(jié)晶排列非常高；萊賽爾纖維在液態(tài)狀態(tài)下橫向膨脹，纖維原纖之間的側(cè)向結(jié)合力大大減弱，在機(jī)械外力作用下，原纖從纖維表面分離出來(lái)，產(chǎn)生原纖化現(xiàn)象。銅氨纖維無(wú)皮芯結(jié)構(gòu)，不易產(chǎn)生原纖化現(xiàn)象[5-6]。文獻(xiàn)有提出利用原纖化性能來(lái)區(qū)分萊賽爾纖維和銅氨纖維，指出可以用顯微鏡方法區(qū)分萊賽爾纖維和銅氨纖維[7] ，但研究表明該種方法僅適用于原纖化型萊賽爾纖維與銅氨纖維的粗略鑒別，不適用于非原纖化型萊賽爾纖維和銅氨纖維的鑒別。

2.4 濕膨脹性能分析

文獻(xiàn)有見(jiàn)萊賽爾纖維濕膨脹性能分析，即再生纖維素纖維大分子上富含大量的親水性基團(tuán)—OH，它容易和水分子或與Na離子結(jié)合，形成—ONa基團(tuán)后再靠自身的極性締合更多的大分子。由于大量的水分子進(jìn)入再生纖維素纖維的無(wú)定形區(qū)，導(dǎo)致纖維素中無(wú)定形區(qū)的大分子間距增大，從而導(dǎo)致纖維素纖維的濕膨脹[8-9]。但文獻(xiàn)未涉及到銅氨與萊賽爾兩種纖維濕膨脹性能之間的差異，也未涉及到利用該性能區(qū)分銅氨與萊賽爾纖維。

2.5 銅離子含量分析

銅氨纖維在紡絲的過(guò)程中有接觸較高濃度銅離子的經(jīng)歷，雖有經(jīng)過(guò)稀酸液處理除去銅離子，但仍比其他纖維含有相對(duì)較多的銅離子痕跡。趙玲[10]等提出采用火焰原子吸收分光光度法檢測(cè)紡織材料中的銅離子，通過(guò)捕捉銅離子殘跡含量的差異來(lái)鑒別銅氨與萊賽爾纖維。就文獻(xiàn)中銅氨與萊賽爾兩種纖維的25個(gè)樣本而言，“銅氨纖維銅離子濃度>2.0mg/kg”與“萊賽爾纖維銅離子濃度<2.0mg/kg”事件的概率為90%，屬于大概率事件，提出可以通過(guò)測(cè)試兩種纖維銅離子含量的方法作為鑒別此兩種纖維的一種輔助方法。但由于紡織材料中銅離子含量受染整加工中多種因素影響，如使用的染料、漿料，尤其是后整理助劑等，使得該種鑒別方法具有一定的局限性，今后在這方面的研究應(yīng)該考慮如何排除染整加工帶來(lái)的銅離子含量影響，使得測(cè)試數(shù)據(jù)更具有效性。

2.6 近紅外光譜分析

近紅外光譜（NIR）是介于可見(jiàn)光（VIS）和中紅外光（MIR或IR）之間的電磁波，美國(guó)材料檢測(cè)協(xié)會(huì)（ASTM）將近紅外光譜區(qū)定義為波長(zhǎng)780nm～2526nm的光譜區(qū)（波數(shù)為12820cm-1～3959cm-1）。近紅外光譜技術(shù)的定性分析是依據(jù)同類(lèi)樣品在不同波長(zhǎng)下具有相同的光譜，借助多元分析方法，使各種樣品能夠進(jìn)行聚類(lèi)識(shí)別，結(jié)合某一類(lèi)定量模型，進(jìn)而對(duì)化合物的各參數(shù)做出判斷，相同或近似的樣品有著相同或接近的光譜[11]。

吳桂芳[12]等提出利用近紅外光譜技術(shù)快速無(wú)損鑒別纖維品種，選用了棉、麻、毛、絲、天絲（萊賽爾）5種纖維。應(yīng)用可見(jiàn)/近紅外光譜漫反射技術(shù)測(cè)定各種纖維的光譜的曲線，用主成分分析方法（PCA）對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行模式特征分析，根據(jù)主成分的累積貢獻(xiàn)率選用前6個(gè)主成分?jǐn)?shù)進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，通過(guò)建立最小二乘支持向量機(jī)模型（LS-SVM）對(duì)主成分分析模型進(jìn)行優(yōu)化，將前6個(gè)主成分作為最小二乘支持向量機(jī)的輸入變量，建立PCA- LS-SVM模式識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)類(lèi)別預(yù)測(cè)的同時(shí)也完成了數(shù)學(xué)建模與優(yōu)化分析工作。5個(gè)品種的纖維訓(xùn)練集樣本200個(gè)用于PCA- LS-SVM的模型的建立，對(duì)其余預(yù)測(cè)集樣本50個(gè)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果能準(zhǔn)確地區(qū)分預(yù)測(cè)集的5種纖維。

文獻(xiàn)中采用的棉、麻樣品雖同屬于纖維素纖維，通過(guò)吳桂芳等人的研究表明可以利用近紅外光譜技術(shù)得以準(zhǔn)確區(qū)分。銅氨與萊賽爾雖然均屬于再生纖維素纖維，但兩者所采用的原材料不同，可以嘗試運(yùn)用近紅外光譜分析方法來(lái)表征兩者的差別。

2.7 X射線衍射分析

X射線衍射法是研究晶體等的原子點(diǎn)陣有關(guān)信息的一種分析方法，并不像其他分析方法那樣旨在了解試樣中所含元素的種類(lèi)與量，此分析方法的前提是試樣中原子排列規(guī)則，即具有晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)晶性良好的試樣衍射線強(qiáng)度大而尖銳，而結(jié)晶性差的試樣衍射線強(qiáng)度就弱，且呈現(xiàn)彌漫模糊的圖形[13]。對(duì)纖維來(lái)說(shuō)，不同的原材料，不同的紡絲加工工藝制作成的纖維結(jié)晶情況也不同[14]，反映在X射線衍射圖中具有不同的主要特征衍射峰。

銅氨與萊賽爾兩種纖維采用的原材料和紡絲工藝皆不同，從而使兩種纖維的平均聚合度、結(jié)晶度和取向度均有所不同，可以嘗試運(yùn)用X射線衍射分析方法表征兩者的差別。

3 結(jié)論

銅氨與萊賽爾兩種纖維之間的定性鑒別一直困擾著紡織品檢驗(yàn)工作者，而每種纖維的準(zhǔn)確鑒別和標(biāo)識(shí)是紡織原料和紡織品服裝生產(chǎn)行業(yè)中所必須的。本文通過(guò)分析銅氨與萊賽爾兩種纖維在原料、紡絲工藝、化學(xué)結(jié)構(gòu)（結(jié)晶度、聚合度等）、原纖化、濕膨脹性能以及銅離子含量等方面的差異，提出可以利用銅氨與萊賽爾兩種纖維的原纖化性能、濕膨脹性能和銅離子濃度等方面的差別，以及采用近紅外光譜和X射線衍射等表征方法來(lái)對(duì)此兩種纖維進(jìn)行鑒別。

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（作者單位：福建省纖維檢驗(yàn)局，東華大學(xué)）