纤维素纤维质量检测发展趋势探讨

摘要

结合近年来纤维素纤维检测方面的研究进展，总结了采用先进分析仪器和添加“纺织纤维标识物”两种方法在鉴别纺织物和纤维素纤维研究现状，分析了这两种策略在构建纤维“特征谱图”方面目前存在的主要问题，以及展望纤维素纤维的质量检测的发展方向。

关键词：仪器分析；纤维标识物；特征谱图；质量检测

1 前言

纺织纤维的种类及其含量是混纺纱线加工生产的重要参数，是消费者购买纺织品不可缺少的重要性能指标关注点，因而纺织品均需质检部门定性和定量检测[1]。当前质量监督检验部门依据纺织标准用燃烧法、显微镜法和溶解法、着色法对纺织物纤维进行检测，结合熔点法对合成纤维进行鉴别，其中纤维素纤维混纺产品包括棉、麻以及Model、Tencel等的定性、定量方法和试验条件都备受检测人员的关注。原因在于，纤维素纤维混纺产品的定量化学检测主要采用甲酸/氯化锌法，该过程对溶解条件、试验操作的要求比较高，且试验操作繁琐耗时、数据准确度和重现度低，试验中使用毒害溶剂对研究人员和自然环境造成危害[2-4]。

因此，研究人员尝试采用其他策略以期简化和解决当前纤维素纤维质量检测的问题，其中代表性的思路包括：（1）借助先进分析仪器对纺织品进行检测分析，构建特征图谱，以求高效、准确地获得测量数据[5-15]；（2）添加“纺织纤维标识物”鉴别纺织物和纤维素纤维[16-19]。本文总结了近年来纤维素纤维检测方面的研究进展，分析了上述两种策略的主要优缺点，最后对纤维素纤维的质量检测提出了展望。

2 研究现状

2.1 仪器分析法鉴别纤维素纤维

仪器分析是采用特殊的或比较复杂的仪器设备，通过测量物质的某些物理或化学性质的参数及其变化来确定物质的化学组成、成分含量以及化学结构，并且各自形成比较独立的方法原理及理论基础的一类分析方法。

应用分析仪器对纺织物纤维种类和含量鉴定至今已获得大量研究，包括红外光谱分析、拉曼光谱分析、X-射线衍射、热裂解气相色谱-质谱联用分析仪以及原子力显微镜等。比如，俞雄飞等通过傅里叶变换红外光谱初步判断所测纤维归属聚酯纤维，再通过裂解气相色谱-质谱的特征裂解产物特征谱鉴定出4种样品分别为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸-1，4-环己二甲醇酯纤维[11]。

胡晓燕等通过550℃高温裂解，建立了涤/毛纤维混纺的定性与定量分析的裂解气相色谱法。该方法对不同涤/毛混纺比例样品测定的相对标准偏差为3%（平行样品数量n=3），与国标检测方法所得结果的偏差小于5%[12]。通过原子力显微镜、透射电镜也可以区别纤维素纤维，比如珍珠纤维的外观形态和粘胶纤维极其相似，但原子力显微镜检测发现，前者的表面存在更多的颗粒状物质，珍珠纤维表面微观粗糙度明显比粘胶纤维高，对比粘胶纤维和珍珠纤维透射电镜横截面发现，珍珠纤维中无机微粒多，大小分布比粘胶纤维更均匀[13]。可见，分析仪器和对应的分析方法在纺织纤维质检中具有潜在的应用价值。

对于棉以及莱赛尔、莫代尔、粘胶、Tencel纤维等再生纤维素纤维，虽然其化学成分组成类似，但通过X-射线衍射、二维红外光谱测定发现其分子内和分子间氢键作用力以及结晶度、取向度等物理结构都存在一定差别[9，14]。比如，棉的聚合度在6000～20000，结晶度在70%左右，对于同属粘胶纤维，普通粘胶纤维的聚合度在250～300之间，结晶度约30%，取向度为0.51，而高湿模量黏胶纤维的聚合度在350～450，结晶度约44%，取向度0.60；Tencel纤维的结晶度（50%）高于其他各种再生纤维素纤维。Tencel纤维比其他再生纤维素纤维有更高的取向度（0.998）和沿纤S轴向的规整性。另外，棉纤维在1429 cm-1与1112 cm-1两处的吸光度明显大于粘胶纤维，而粘胶纤维和莱赛尔纤维在二维红外谱图800cm-1～1400cm-1区域上显示出较明显的差别，由此可以借助红外光谱法检测棉纤维、粘胶纤维和莱赛尔纤维[10]。总之，通过纤维组分和结构之间的差异在高分辨率仪器分离和分析过程中的显现就可以鉴别纤维素纤维的种类。

然而，仪器分析法包括红外光谱、裂解气相色谱-质谱分析法等在棉/再生纤维素纤维纺织物种类鉴别，尤其是含量测定方面依然存在应用障碍。原因在于纤维素纤维的化学组分近似，比如通过裂解气相色谱-质谱分析法对棉、粘胶、莱赛尔、莫代尔和竹纤维等5种再生纤维素纤维纺织物裂解分析发现，其裂解产物相似，导致不能直接依据某个裂解产物鉴别各个纤维素纤维的具体类型[15]。此外，通过裂解气相色谱-质谱对不同产地、不同品种的天然纤维如棉、麻分析发现，裂解产物的峰数量基本不变，但峰强有所差异，数据重现性不佳，难以做定量分析。因此，今后探寻和完善现代仪器分析法在棉/再生纤维素纤维的鉴别方面具有必要性和理论意义。

2.2 纤维标识物法鉴别纤维素纤维

纤维标识物是指在纺织纤维中加入一种有标识作用的物质，用以鉴别各种纺织纤维，其特点是对鉴别纤维具有唯一性。纤维标识物作为一种具有特定性质的物质，比如DNA标识[16]、荧光防伪纤维[17]、稀土元素[18， 19]等，能够为传统和新型纤维素纤维鉴别带来全新的方便。早期，奥地利兰精公司为防止莫代尔和天丝的假冒产品，在其开发和生产的天丝和莫代尔中，添加了一种异形纤维作为标识物来证明真伪。

美国DNA应用科学公司利用DNA标识不受酸化、漂白和碱化等纺织品加工处理的影响，开发了一种利用嵌入式DNA鉴别技术来鉴别纺织品真伪的辨识系统，即在织物或纱线生产过程中，在其内部加入DNA标识物，即可达到鉴别真伪的作用。由此可见，研究和发展在织物纤维素纤维中添加纤维标识物，对实现快速鉴别目的和抵御假冒伪劣产品具有重要意义。

作为纺织物的纤维素纤维标识物，须具备制备和检验方便、仿造困难、价格低廉以及健康无害等基本要求。我国东华大学研究人员对新型再生纤维素纤维――珍珠纤维中，实现了纤维素类型和半定量鉴别。珍珠纤维是采用纳米或亚微米级珍珠粉末与再生纤维素纤维纺丝原液共混，通过湿法纺丝而成的新型再生纤维素纤维。叶卉等[13]研究发现，Mg、Mn、Si、Fe、Cu、Ga等元素是珍珠纤维的特征无机元素，其中Ga元素含量最高，一般在300 ppm以上。在此基础上，根据特征元素的分布和含量规律，建立了珍珠纤维无机元素指纹谱，可作为鉴别珍珠纤维的参考依据之一。此外，氨基酸分析表明，珍珠纤维中含有14种以上氨基酸，氨基酸组分含量和种类分析也是鉴别珍珠纤维和其他普通再生纤维素纤维的最有效手段。