錢晶晶，吳紫維，孫 孝，陳益人

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牛奶蛋白纖維的鑒別及其混紡紗定性定量分析

錢晶晶，吳紫維，孫 孝，陳益人*

(武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢430073)

通過燃燒法、顯微鏡觀察法、著色法、溶解法等相關(guān)實(shí)驗(yàn)，找出牛奶蛋白纖維與大豆蛋白纖維、新型滌綸纖維、竹纖維、羊毛纖維和棉纖維的各種形狀與性能的不同，從而確定鑒別牛奶蛋白纖維的方法。用該方法對牛奶纖維/羊毛纖維/棉纖維混紡紗進(jìn)行定性和定量分析，得出混紡紗的混紡比。

牛奶蛋白纖維；纖維鑒別；混紡紗定性分析；混紡紗定量分析；混紡比

1 前言

21世紀(jì)以來，隨著紡織行業(yè)的迅猛發(fā)展，新型纖維層出不窮，如甲殼素纖維、牛奶蛋白纖維、大豆蛋白纖維、莫代爾纖維、天絲纖維等。牛奶蛋白纖維細(xì)而柔軟、平滑而富有彈性，并具有較好的吸濕性和光澤，其pH值呈微酸性，與人體的肌膚保持一致，用其制作的內(nèi)衣被稱為“第二層皮膚”，牛奶蛋白纖維在紡織業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。新型纖維迅速出現(xiàn)，也對相應(yīng)的鑒別方法和檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善提出了要求，本文對牛奶蛋白纖維的鑒別方法和其混紡紗線的定性定量分析進(jìn)行了探討。

2 纖維的鑒別試驗(yàn)

2.1 燃燒鑒別法

用鑷子取一束（約50-100mg）纖維試樣緩慢靠近酒精燈點(diǎn)燃，仔細(xì)觀察纖維的燃燒特征和殘?jiān)男螒B(tài)、顏色及軟硬程度，同時(shí)燃燒的氣味等。

2.2 顯微鏡觀察法

將適量纖維整理伸直平行，取幾根置于載玻片上，在顯微鏡下觀察纖維的縱向形態(tài)；將適量的伸直平行纖維裝入哈氏切片器中，用單面刀片均勻切取10~30um厚的纖維橫截面薄片，放在顯微鏡下觀察纖維的橫截面形態(tài)；重復(fù)以上兩步驟[2]。

2.3 藥品著色法

分別取少量的纖維，將配備好的著色劑（碘—碘化鉀溶液）分別倒入幾只燒杯中；將纖維依次浸入溶液中半分鐘到一分鐘，然后取出水洗干凈、晾干，并分別觀察纖維的濕態(tài)和干態(tài)的著色情況，并記錄下來[3]。

2.4 溶解法

試樣與試劑的用量比至少為1：50，將少量已知重量的纖維試樣置于燒杯中；在常溫下（200C - 300C），將稱量好的試劑注入燒杯中，攪動(dòng)5min，觀察纖維的溶解情況；加熱至沸騰的試驗(yàn)，燒杯放入恒溫為1000C的電熱恒溫水浴鍋內(nèi)，保持3min，觀察纖維的溶解情況[4]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 燃燒法實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 幾種纖維燃燒現(xiàn)象

通過與大豆蛋白纖維、羊毛、新型滌綸、竹纖維、棉等纖維燃燒法對比可知牛奶蛋白纖維有與蛋白質(zhì)纖維一樣燒毛發(fā)的味道，又有化纖的繼續(xù)燃燒和呈黑色焦炭狀，但是牛奶蛋白纖維的殘留物易碎。在燃燒法中，新型滌綸的殘留物特征和燃燒狀態(tài)與棉纖維相似。

3.2 顯微鏡觀察法實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1-12。

圖1 牛奶蛋白纖維橫截面

圖2 牛奶蛋白纖維縱向結(jié)構(gòu)

圖3 大豆蛋白纖維橫截面

圖4 大豆蛋白纖維縱向結(jié)構(gòu)

圖5 羊毛橫截面

圖6 羊毛縱向結(jié)構(gòu)

圖7 滌綸纖維橫截面

圖8 滌綸纖維縱向結(jié)構(gòu)

圖9 竹纖維橫截面

圖10 竹纖維橫截面

圖11 棉橫向結(jié)構(gòu)

圖12 棉縱向結(jié)構(gòu)

通過六種纖維的橫截面的對比牛奶蛋白纖維橫截面是圓形，截面上有微孔，像合成纖維，縱向表面光滑。大豆蛋白纖維橫截面是腰圓形，橫截面上有微孔，縱向有癮條，邊緣光滑，表面有凹槽。羊毛纖維的橫截面是圓形的，縱向依次有鱗片且還有一定的卷曲。新型滌綸纖維橫截面呈梅花狀，縱向表面光滑，有溝槽。竹纖維橫截面也是梅花狀，縱向表面光滑，有多條凹槽。棉纖維橫截面是腰圓形還呈中空，縱向是天然卷曲，呈扁平帶狀。

3.3 藥品著色法實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 纖維的著色反應(yīng)

羊毛纖維、棉纖維不易被碘化鉀溶液著色，其中牛奶蛋白纖維著色后濕態(tài)與烘干狀態(tài)的顏色變化不大，而新型滌綸纖維、大豆蛋白纖維、竹纖維濕態(tài)與烘干狀態(tài)下的顏色變化較大。分析原因：溫度對這些纖維著色有較大的影響，在烘箱內(nèi)烘干的過程中，由于溫度的影響使纖維的著色情況發(fā)生了比較大的變化，由于著色劑的揮發(fā)或者在高溫下促使纖維著色程度加深等原因，使不同纖維在烘干后呈現(xiàn)出不同的著色狀態(tài)。

3.4 溶解法實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 纖維溶解

注：I表示不溶解，P表示部分溶解，S表示溶解，S0表示立即溶解。

棉纖維、竹纖維等纖維素纖維在1mol/L的次氯酸鈉、65%的硫氰酸鉀、N,H二甲基甲酰胺、88%的甲酸溶液中溶解不明顯，在濃硫酸、濃鹽酸的中表現(xiàn)出溶解現(xiàn)象。新型滌綸僅在煮沸狀態(tài)下的1mol/L的次氯酸鈉溶液中顯示出比較明顯的溶解現(xiàn)象，所以新型滌綸具有很好的耐腐蝕性。牛奶蛋白纖維與大豆蛋白纖維有很多相似之處，但這兩者與羊毛纖維的溶解性能有一定的差異。從而說明牛奶蛋白纖維、大豆蛋白纖維等新型蛋白質(zhì)纖維與傳統(tǒng)蛋白質(zhì)纖維的差異性。

4 牛奶蛋白纖維混紡紗分析

4.1 混紡紗定性分析

混紡紗的定性采用纖維鑒別中最簡單最實(shí)用的兩種方法，燃燒法和顯微鏡觀察法。燃燒法可以幫助判定纖維的大類，而顯微鏡觀察法可更清楚的看清纖維的橫截面和縱向結(jié)構(gòu)從而大致確定纖維的類型。

4.1.1 燃燒鑒別法

實(shí)驗(yàn)步驟重復(fù)纖維鑒別的燃燒鑒別法

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：靠近火焰時(shí)產(chǎn)生熔縮，接觸火焰時(shí)會(huì)緩慢燃燒，離開火焰后繼續(xù)燃燒，在燃燒時(shí)會(huì)同時(shí)聞到燒毛發(fā)和紙燃燒的味道，殘留物特征是黑色炭快狀,質(zhì)地松脆同時(shí)伴有絮狀細(xì)灰。

實(shí)驗(yàn)分析：由混紡紗的燃燒結(jié)果知道燃燒時(shí)產(chǎn)生熔縮，可知它含有化學(xué)合成纖維；由紙燃燒味和黑色絮狀，可知它含有纖維素纖維；有燒毛發(fā)味可知它含有蛋白質(zhì)纖維。

4.1.2 顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟：將幾個(gè)橫截面的紗線退捻成大致平行纖維，以下步驟重復(fù)纖維鑒別的顯微鏡觀察法。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖13-22。

圖13 混紡紗橫截面圖

圖14 混紡紗橫截面圖

圖15 混紡紗橫截面圖

圖16 混紡紗纖維縱向結(jié)構(gòu)圖

圖17 混紡紗纖維縱向結(jié)構(gòu)圖

圖18 混紡紗纖維縱向結(jié)構(gòu)圖

圖19 混紡紗纖維縱向結(jié)構(gòu)圖

圖20 混紡紗纖維縱向結(jié)構(gòu)圖

圖21 混紡紗纖維縱向結(jié)構(gòu)圖

圖22 混紡紗纖維縱向結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)分析：

通過對幾組切片試驗(yàn)得出混紡紗的橫截面圖，橫截面圖13、圖14和圖15中可以看出纖維的橫截面有腰圓中空形、有圓形、還有橢圓形三種形態(tài)；同時(shí)我們在顯微鏡下對混紡紗纖維的縱向結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)心逐根的查看，由圖16和圖17可以看出纖維的縱向具有天然卷曲，呈扁平帶狀；圖18和圖19可以看出纖維的縱向依次排列有鱗片、有一定卷曲；圖20、圖21、圖22反映出纖維的縱向有隱條紋，邊緣光滑，表面有凹槽。通過與各種紡織纖維橫截面和縱向結(jié)構(gòu)的對比實(shí)驗(yàn)確定圖16和圖17所反映的纖維是棉纖維，由圖18和圖19所反映的纖維是羊毛纖維，由圖20、圖21和圖22所反映的纖維是合成纖維。

結(jié)合燃燒法和顯微鏡觀察法可確定此混紡紗的成分有棉纖維、羊毛和一種合成纖維組成。

4.1.3 藥品著色法

預(yù)處理：將100㎎紗線放入100mL1mol/L的堿性次氯酸鈉溶液燒杯中溶解掉羊毛纖維，并放入溫度20±2℃恒溫水浴鍋中，連續(xù)攪拌40min，3-5次過濾；再用100mL70%硫酸溶解棉纖維，3-5次過濾。

將剩下的紗線浸入有著色劑（碘—碘化鉀溶液）燒杯中半分鐘到一分鐘，然后取出水洗干凈、晾干，觀察纖維的濕態(tài)和干態(tài)的著色情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：紗線在濕態(tài)下呈黑褐色，干態(tài)下呈深褐色。查看著色實(shí)驗(yàn)色卡，此合成纖維為牛奶蛋白纖維。

結(jié)合三種鑒別方法確定混紡紗的成分為棉、羊毛和牛奶蛋白纖維。

4.2 混紡紗定量分析

實(shí)驗(yàn)步驟

（1）試樣的預(yù)處理，去除纖維上的油脂、石蠟及其他水溶性物質(zhì)。每次取試樣5g左右，放在索氏萃取器中，用石蠟、醚萃取1h。將預(yù)處理的試樣放入放入溫度在105±3℃烘箱內(nèi)2個(gè)小時(shí)以上。烘干后稱重，直至恒重。經(jīng)溶解處理后，將不溶纖維放入玻璃砂芯坩堝，放入烘箱內(nèi)烘干后，迅速稱重，直至恒重。精確至0.0002g。

（2）紗線準(zhǔn)備：先將已有的紗線整理整齊，再將紗線剪下若干段，每一小段重量在1.3g左右（考慮到紗線回潮率的影響），將剪好的紗線放入溫度為105±3℃的烘箱中烘2h，烘干后，移入干燥器中冷卻2h以上。再次稱重使每份紗線的重量為1.0000g。精確至0.0001。

（3）將恒溫水浴鍋的溫度調(diào)至100℃，將試樣放入有100ml甲酸溶液燒杯內(nèi)，搖動(dòng)燒杯使試劑濕潤，將燒杯放入溫度為100±2℃的恒溫水浴鍋中，連續(xù)攪拌30min。并將殘留物放入有已知干重濾紙的漏斗內(nèi)，用甲酸溶液清洗殘留物，再用清水過濾3-5次，最后將殘留物和濾紙一并烘干、冷卻、稱重。

（4）將恒溫水浴鍋的溫度調(diào)至20℃。把第二步驟中的殘留物依次放入100mL 1mol/L的堿性次氯酸鈉溶液燒杯中，并放入溫度20±2℃恒溫水浴鍋中，連續(xù)攪拌40min。用已知干重的濾紙過濾，用少量的次氯酸鈉溶液將燒杯中的殘留物清洗到墊有濾紙的漏斗內(nèi)過濾。再用清水連續(xù)清洗3-5次并過濾，最后將殘留物和濾紙一并烘干、冷卻、稱重[5]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析見表4，表5。

表4 試樣在88%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甲酸溶液中的溶解性

表5 殘留物在1mol/L堿性次氯酸鈉溶液中的溶解性

根據(jù)國標(biāo)GB/T 2910.2 -2009甲酸對羊毛和棉纖維不會(huì)形成質(zhì)量損失所以羊毛d=1.00，棉d=1.00。棉在1mol/L次氯酸鈉溶液中溶解修正系數(shù)為d3=1.00[6]。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得：r=0.4955，r=0.3973。

p，代表牛奶蛋白纖維質(zhì)量百分比；

p，代表羊毛的質(zhì)量百分比；

p，代表棉纖維的質(zhì)量百分比。

，試樣預(yù)處理后的干重(g)；

得出牛奶蛋白纖維、棉和羊毛三組分混紡紗的混紡比近似為牛奶蛋白纖維/棉/羊毛：50/40/10。

5 結(jié)論

在燃燒試驗(yàn)中，牛奶蛋白纖維有與蛋白質(zhì)纖維一樣燒毛發(fā)的味道，又與化纖一樣的繼續(xù)燃燒和呈黑色焦炭狀，但牛奶蛋白纖維的殘留物易碎；顯微鏡觀察法，牛奶蛋白纖維橫截面是圓形，截面上有微孔，似合成纖維，縱向表面光滑；著色反應(yīng)試驗(yàn)，牛奶蛋白纖維濕態(tài)時(shí)呈黑褐色，干態(tài)時(shí)呈深褐色；纖維的溶解實(shí)驗(yàn)，各種纖維在幾種化學(xué)試劑的常溫和沸騰狀態(tài)下的溶解情況，結(jié)合溶解法牛奶蛋白纖維混紡紗的定量試驗(yàn)，在溶解去除纖維的過程中，使用的化學(xué)試劑甲酸在纖維溶解過程中為部分溶解牛奶纖維試劑，同時(shí)加大了試劑的用量從而做到去除纖維的目的，實(shí)驗(yàn)中化學(xué)試劑的用量、濃度較大時(shí)溶解纖維效果較好。

[1] 陸夢，劉茜．牛奶纖維及其產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 黑龍江紡織, 2010,2(10):17-19．

[2] 胡留華，薛少林, 等. 纖維定性鑒別方法的研究[J]. 紡織標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量, 2010,2(2):43-45．

[3] 于偉東. 紡織材料學(xué)[M]. 北京：中國紡織出版社，2008. 243-250．

[4] 吳佩云. 大豆蛋白纖維與牛奶蛋白纖維的鑒別方法[J]. 上海紡織科技，2009,4 (12):49-51．

[5] 魏曉英，汪為華. 牛奶蛋白纖維混紡產(chǎn)品的定量化學(xué)分析[J]. 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2009,3(3):334-338．

[6] GBT 2910.2-2009, 紡織品定量化學(xué)分析第2部分：三組分纖維混合物[S]．

Identification of Milk Protein Fiber and Qualitative and Quantitative Analysis of its Blended Yarn

QIAN Jing-jing, WU Zi-wei, SUN Xiao, CHEN Yi-ren

(College of Textile, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

By the experimental method of combustion, microscopic observation, coloring and dissolving and related experiments, I find the property differences among milk protein fiber , soybean protein fiber, the new polyester fiber, bamboo fiber , wool fiber and cotton fiber thus identifies the milk protein fiber. And the paper determined the method of qualitative and quantitative of its blended yarn (milk / wool / cotton), and did analysis to determine the blending ratio of yarn.

Milk Protein Fiber; Fiber Identification; Blended Qualitative Analysis; Quantitative Analysis; Blending Ratio

TS102.512

A

2095－414X(2013)03－0006－06

陳益人（1964-），女，教授，研究方向：紡織品設(shè)計(jì)及檢驗(yàn).