牛奶蛋白纤维的鉴别及其混纺纱定性定量分析

钱晶晶，吴紫维，孙 孝，陈益人



牛奶蛋白纤维的鉴别及其混纺纱定性定量分析

钱晶晶，吴紫维，孙 孝，陈益人*

(武汉纺织大学 纺织科学与工程学院，湖北 武汉430073)

通过燃烧法、显微镜观察法、着色法、溶解法等相关实验，找出牛奶蛋白纤维与大豆蛋白纤维、新型涤纶纤维、竹纤维、羊毛纤维和棉纤维的各种形状与性能的不同，从而确定鉴别牛奶蛋白纤维的方法。用该方法对牛奶纤维/羊毛纤维/棉纤维混纺纱进行定性和定量分析，得出混纺纱的混纺比。

牛奶蛋白纤维；纤维鉴别；混纺纱定性分析；混纺纱定量分析；混纺比

1 前言

21世纪以来，随着纺织行业的迅猛发展，新型纤维层出不穷，如甲壳素纤维、牛奶蛋白纤维、大豆蛋白纤维、莫代尔纤维、天丝纤维等。牛奶蛋白纤维细而柔软、平滑而富有弹性，并具有较好的吸湿性和光泽，其pH值呈微酸性，与人体的肌肤保持一致，用其制作的内衣被称为“第二层皮肤”，牛奶蛋白纤维在纺织业中具有广阔的应用前景[1]。新型纤维迅速出现，也对相应的鉴别方法和检测标准的制定和完善提出了要求，本文对牛奶蛋白纤维的鉴别方法和其混纺纱线的定性定量分析进行了探讨。

2 纤维的鉴别试验

2.1 燃烧鉴别法

用镊子取一束（约50-100mg）纤维试样缓慢靠近酒精灯点燃，仔细观察纤维的燃烧特征和残渣的形态、颜色及软硬程度，同时燃烧的气味等。

2.2 显微镜观察法

将适量纤维整理伸直平行，取几根置于载玻片上，在显微镜下观察纤维的纵向形态；将适量的伸直平行纤维装入哈氏切片器中，用单面刀片均匀切取10~30um厚的纤维横截面薄片，放在显微镜下观察纤维的横截面形态；重复以上两步骤[2]。

2.3 药品着色法

分别取少量的纤维，将配备好的着色剂（碘—碘化钾溶液）分别倒入几只烧杯中；将纤维依次浸入溶液中半分钟到一分钟，然后取出水洗干净、晾干，并分别观察纤维的湿态和干态的着色情况，并记录下来[3]。

2.4 溶解法

试样与试剂的用量比至少为1：50，将少量已知重量的纤维试样置于烧杯中；在常温下（200C - 300C），将称量好的试剂注入烧杯中，搅动5min，观察纤维的溶解情况；加热至沸腾的试验，烧杯放入恒温为1000C的电热恒温水浴锅内，保持3min，观察纤维的溶解情况[4]。

3 实验结果与分析

3.1 燃烧法实验结果及分析

实验结果见表1。

表1 几种纤维燃烧现象

通过与大豆蛋白纤维、羊毛、新型涤纶、竹纤维、棉等纤维燃烧法对比可知牛奶蛋白纤维有与蛋白质纤维一样烧毛发的味道，又有化纤的继续燃烧和呈黑色焦炭状，但是牛奶蛋白纤维的残留物易碎。在燃烧法中，新型涤纶的残留物特征和燃烧状态与棉纤维相似。

3.2 显微镜观察法实验结果及分析

实验结果见图1-12。

图1 牛奶蛋白纤维横截面

图2 牛奶蛋白纤维纵向结构

图3 大豆蛋白纤维横截面

图4 大豆蛋白纤维纵向结构

图5 羊毛横截面

图6 羊毛纵向结构

图7 涤纶纤维横截面

图8 涤纶纤维纵向结构

图9 竹纤维横截面

图10 竹纤维横截面

图11 棉横向结构

图12 棉纵向结构

通过六种纤维的横截面的对比牛奶蛋白纤维横截面是圆形，截面上有微孔，像合成纤维，纵向表面光滑。大豆蛋白纤维横截面是腰圆形，横截面上有微孔，纵向有瘾条，边缘光滑，表面有凹槽。羊毛纤维的横截面是圆形的，纵向依次有鳞片且还有一定的卷曲。新型涤纶纤维横截面呈梅花状，纵向表面光滑，有沟槽。竹纤维横截面也是梅花状，纵向表面光滑，有多条凹槽。棉纤维横截面是腰圆形还呈中空，纵向是天然卷曲，呈扁平带状。

3.3 药品着色法实验结果及分析

实验结果见表2。

表2 纤维的着色反应

羊毛纤维、棉纤维不易被碘化钾溶液着色，其中牛奶蛋白纤维着色后湿态与烘干状态的颜色变化不大，而新型涤纶纤维、大豆蛋白纤维、竹纤维湿态与烘干状态下的颜色变化较大。分析原因：温度对这些纤维着色有较大的影响，在烘箱内烘干的过程中，由于温度的影响使纤维的着色情况发生了比较大的变化，由于着色剂的挥发或者在高温下促使纤维着色程度加深等原因，使不同纤维在烘干后呈现出不同的着色状态。

3.4 溶解法实验结果及分析

实验结果见表3。

表3 纤维溶解

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。

棉纤维、竹纤维等纤维素纤维在1mol/L的次氯酸钠、65%的硫氰酸钾、N,H二甲基甲酰胺、88%的甲酸溶液中溶解不明显，在浓硫酸、浓盐酸的中表现出溶解现象。新型涤纶仅在煮沸状态下的1mol/L的次氯酸钠溶液中显示出比较明显的溶解现象，所以新型涤纶具有很好的耐腐蚀性。牛奶蛋白纤维与大豆蛋白纤维有很多相似之处，但这两者与羊毛纤维的溶解性能有一定的差异。从而说明牛奶蛋白纤维、大豆蛋白纤维等新型蛋白质纤维与传统蛋白质纤维的差异性。

4 牛奶蛋白纤维混纺纱分析

4.1 混纺纱定性分析

混纺纱的定性采用纤维鉴别中最简单最实用的两种方法，燃烧法和显微镜观察法。燃烧法可以帮助判定纤维的大类，而显微镜观察法可更清楚的看清纤维的横截面和纵向结构从而大致确定纤维的类型。

4.1.1 燃烧鉴别法

实验步骤重复纤维鉴别的燃烧鉴别法

实验结果：靠近火焰时产生熔缩，接触火焰时会缓慢燃烧，离开火焰后继续燃烧，在燃烧时会同时闻到烧毛发和纸燃烧的味道，残留物特征是黑色炭快状,质地松脆同时伴有絮状细灰。

实验分析：由混纺纱的燃烧结果知道燃烧时产生熔缩，可知它含有化学合成纤维；由纸燃烧味和黑色絮状，可知它含有纤维素纤维；有烧毛发味可知它含有蛋白质纤维。

4.1.2 显微镜观察实验

实验步骤：将几个横截面的纱线退捻成大致平行纤维，以下步骤重复纤维鉴别的显微镜观察法。

实验结果见图13-22。

图13 混纺纱横截面图

图14 混纺纱横截面图

图15 混纺纱横截面图

图16 混纺纱纤维纵向结构图

图17 混纺纱纤维纵向结构图

图18 混纺纱纤维纵向结构图

图19 混纺纱纤维纵向结构图

图20 混纺纱纤维纵向结构图

图21 混纺纱纤维纵向结构图

图22 混纺纱纤维纵向结构图

实验分析：

通过对几组切片试验得出混纺纱的横截面图，横截面图13、图14和图15中可以看出纤维的横截面有腰圆中空形、有圆形、还有椭圆形三种形态；同时我们在显微镜下对混纺纱纤维的纵向结构进行了细心逐根的查看，由图16和图17可以看出纤维的纵向具有天然卷曲，呈扁平带状；图18和图19可以看出纤维的纵向依次排列有鳞片、有一定卷曲；图20、图21、图22反映出纤维的纵向有隐条纹，边缘光滑，表面有凹槽。通过与各种纺织纤维横截面和纵向结构的对比实验确定图16和图17所反映的纤维是棉纤维，由图18和图19所反映的纤维是羊毛纤维，由图20、图21和图22所反映的纤维是合成纤维。

结合燃烧法和显微镜观察法可确定此混纺纱的成分有棉纤维、羊毛和一种合成纤维组成。

4.1.3 药品着色法

预处理：将100㎎纱线放入100mL1mol/L的碱性次氯酸钠溶液烧杯中溶解掉羊毛纤维，并放入温度20±2℃恒温水浴锅中，连续搅拌40min，3-5次过滤；再用100mL70%硫酸溶解棉纤维，3-5次过滤。

将剩下的纱线浸入有着色剂（碘—碘化钾溶液）烧杯中半分钟到一分钟，然后取出水洗干净、晾干，观察纤维的湿态和干态的着色情况。

实验结果：纱线在湿态下呈黑褐色，干态下呈深褐色。查看着色实验色卡，此合成纤维为牛奶蛋白纤维。

结合三种鉴别方法确定混纺纱的成分为棉、羊毛和牛奶蛋白纤维。

4.2 混纺纱定量分析

实验步骤

（1）试样的预处理，去除纤维上的油脂、石蜡及其他水溶性物质。每次取试样5g左右，放在索氏萃取器中，用石蜡、醚萃取1h。将预处理的试样放入放入温度在105±3℃烘箱内2个小时以上。烘干后称重，直至恒重。经溶解处理后，将不溶纤维放入玻璃砂芯坩埚，放入烘箱内烘干后，迅速称重，直至恒重。精确至0.0002g。

（2）纱线准备：先将已有的纱线整理整齐，再将纱线剪下若干段，每一小段重量在1.3g左右（考虑到纱线回潮率的影响），将剪好的纱线放入温度为105±3℃的烘箱中烘2h，烘干后，移入干燥器中冷却2h以上。再次称重使每份纱线的重量为1.0000g。精确至0.0001。

（3）将恒温水浴锅的温度调至100℃，将试样放入有100ml甲酸溶液烧杯内，摇动烧杯使试剂湿润，将烧杯放入温度为100±2℃的恒温水浴锅中，连续搅拌30min。并将残留物放入有已知干重滤纸的漏斗内，用甲酸溶液清洗残留物，再用清水过滤3-5次，最后将残留物和滤纸一并烘干、冷却、称重。

（4）将恒温水浴锅的温度调至20℃。把第二步骤中的残留物依次放入100mL 1mol/L的碱性次氯酸钠溶液烧杯中，并放入温度20±2℃恒温水浴锅中，连续搅拌40min。用已知干重的滤纸过滤，用少量的次氯酸钠溶液将烧杯中的残留物清洗到垫有滤纸的漏斗内过滤。再用清水连续清洗3-5次并过滤，最后将残留物和滤纸一并烘干、冷却、称重[5]。

实验结果与分析见表4，表5。

表4 试样在88%质量分数的甲酸溶液中的溶解性

表5 残留物在1mol/L碱性次氯酸钠溶液中的溶解性

根据国标GB/T 2910.2 -2009甲酸对羊毛和棉纤维不会形成质量损失所以羊毛d=1.00，棉d=1.00。棉在1mol/L次氯酸钠溶液中溶解修正系数为d3=1.00[6]。

由实验结果得：r=0.4955，r=0.3973。

p，代表牛奶蛋白纤维质量百分比；

p，代表羊毛的质量百分比；

p，代表棉纤维的质量百分比。

，试样预处理后的干重(g)；

得出牛奶蛋白纤维、棉和羊毛三组分混纺纱的混纺比近似为牛奶蛋白纤维/棉/羊毛：50/40/10。

5 结论

在燃烧试验中，牛奶蛋白纤维有与蛋白质纤维一样烧毛发的味道，又与化纤一样的继续燃烧和呈黑色焦炭状，但牛奶蛋白纤维的残留物易碎；显微镜观察法，牛奶蛋白纤维横截面是圆形，截面上有微孔，似合成纤维，纵向表面光滑；着色反应试验，牛奶蛋白纤维湿态时呈黑褐色，干态时呈深褐色；纤维的溶解实验，各种纤维在几种化学试剂的常温和沸腾状态下的溶解情况，结合溶解法牛奶蛋白纤维混纺纱的定量试验，在溶解去除纤维的过程中，使用的化学试剂甲酸在纤维溶解过程中为部分溶解牛奶纤维试剂，同时加大了试剂的用量从而做到去除纤维的目的，实验中化学试剂的用量、浓度较大时溶解纤维效果较好。

[1] 陆梦，刘茜．牛奶纤维及其产品的开发与应用[J]. 黑龙江纺织, 2010,2(10):17-19．

[2] 胡留华，薛少林, 等. 纤维定性鉴别方法的研究[J]. 纺织标准与质量, 2010,2(2):43-45．

[3] 于伟东. 纺织材料学[M]. 北京：中国纺织出版社，2008. 243-250．

[4] 吴佩云. 大豆蛋白纤维与牛奶蛋白纤维的鉴别方法[J]. 上海纺织科技，2009,4 (12):49-51．

[5] 魏晓英，汪为华. 牛奶蛋白纤维混纺产品的定量化学分析[J]. 浙江理工大学学报, 2009,3(3):334-338．

[6] GBT 2910.2-2009, 纺织品定量化学分析第2部分：三组分纤维混合物[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

陈益人（1964-），女，教授，研究方向：纺织品设计及检验.