蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维定性定量分析探讨

2014-12-19王彩云陈安城

质量技术监督研究 2014年4期

黄硕，王彩云，陈安城，易姣

（福建省纤维检验局，福建福州 350026）

随着人们生活水平的不断提高，人们对着装再也不仅仅满足于穿衣蔽体的基本需求了，而是更加追求时尚、舒适、健康。蚕蛹蛋白粘胶纤维正是在这一背景下孕育而生的，它是将蚕蛹蛋白提纯配制成溶液按比例与粘胶溶液共混，采用湿法纺丝形成具有皮芯结构的蛋白复合纤维。蚕蛹蛋白粘胶纤维因蛋白质富集于皮层，纤维素部分积聚于芯层，兼具蛋白质和再生纤维素纤维的优点，使其具有极大的发展和应用空间。蚕蛹蛋白粘胶纤维作为一种新兴纤维，但其理化性能在很大程度上和粘胶纤维相似,而贸易价格又高于粘胶纤维,从遵守国家产品质量法、规范市场、保护消费者权益的角度，有必要探讨其与粘胶纤维的定性定量方法。

1 试验材料及仪器

1.1 试验材料

蚕蛹蛋白粘胶短纤维；粘胶纤维

1.2 主要试剂

按FZ/T 01057.4-2007[1]的相关要求配制本文中所需要的各种溶液，其中甲酸/氯化锌溶液的配制方法如下：

将20g无水氯化锌和68g无水甲酸加水配制成100g甲酸/氯化锌溶液。

5%稀氨水；70%硫酸；60%硫酸；40%硫酸；浓盐酸；65%硝酸；99%冰乙酸；80%甲酸；20%盐酸；苯酚四氯乙烷（1:1）；

注：以上浓度均指质量分数。

0.3 mol/L次氯酸钠溶液；1mol/L次氯酸钠溶液；N,N-二甲基甲酰胺；铜氨溶液；碳酸钙。

1.3 主要仪器与工具

1.3.1 工具

具塞三角烧瓶:容量250mL；10ml试管；酒精灯；镊子；载玻片。

1.3.2 仪器

高低温振荡器(保持温度在25℃)；显微镜投影仪，扫描电子显微镜，红外光谱仪，恒温烘箱。

2 试验部分

2.1 纤维形态

根据FZ/T 01057.3-2007[2]的实验程序，用显微镜对蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维分别进行纵面和横截面观察，其观察结果如图1、图2。

图1 显微镜下蚕蛹蛋白粘胶纤维的纵截面和横截面形态（1000倍）

图2 显微镜下粘胶纤维的纵截面和横截面形态（1000倍）

利用扫描电镜在高真空条件下，放大1500倍，分别观察蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维的纵截面形态，其观察结果如图3、图4。

图3 扫描电镜下蚕蛹蛋白粘胶纤维的纵截面形态

图4 扫描电镜下粘胶纤维的纵截面形态

从图1-4可以看出蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维纵截面和横截面形态几乎完全相似，纵面表面光滑，有清晰条纹和沟槽，横截面呈锯齿状。

2.2 燃烧性试验

根据FZ/T 01057.2-2007[3]的实验步骤，对蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维分别进行热反应实验，试验结果如下：

表1 蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维燃烧状态结果表

从表1中可以看出蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维在靠近火焰、接触火焰、离开火焰时的燃烧状态完全相同；蚕蛹蛋白粘胶纤维因其含有蛋白质，其燃烧时的气味相对粘胶纤维而具有轻微烧毛发味，残留物中也因此有黑而脆的颗粒，与粘胶纤维纸燃味的燃烧气味及白色灰烬残留物的特点有较明显区别。

2.3 含氮试验

分别将少量蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维剪碎至1mm左右，分别放入10ml试管中，在纤维上加入适量碳酸钙粉末。在试管口放置红色石蕊试纸，并将试管置于酒精灯上加热，观察试纸颜色变化。

试验发现当蚕蛹蛋白粘胶纤维逐渐碳化变黑时，加热产生的气体使红色石蕊试纸变蓝，证明蚕蛹蛋白粘胶纤维有氮的存在；而粘胶纤维因其不含氮则试管口的石蕊试纸没有变化。

2.4 红外光谱图分析

仪器测试条件为：检测器DTGS-KBr；采用分辨率4cm-1；扫描次数32次；波数范围为400-4000cm-1。

首先，将蚕蛹蛋白粘胶纤维、粘胶纤维分别经过哈氏切片器切成10μm长，连同充分研细的溴化钾置于红外灯下干燥。分别准确称取2mg待测纤维粉末和160mgKBr粉，充分研磨至无明显颗粒后混合均匀。

其次，将上述混合物全部转移至压片模具中，在约15Mpa压力下制片1min，泄压后即可得到一片透明的待测样片。另单独称取160mg研磨好的KBr粉，不混合待测纤维，在相同条件下压片，得到一片透明的KBr片，以做背景测定。

最后，分别将KBr片和待测样片置于样品架上，利用红外光谱法进行测试。粘胶纤维和蚕蛹蛋白粘胶纤维的红外吸收光谱见图5、图6，其相应吸收值和波数位置分别见表2、表3。

图5 常规粘胶纤维红外光谱图

表2 常规粘胶纤维对应的特征峰

图6 蚕蛹蛋白粘胶纤维红外光谱图

表3 蚕蛹蛋白粘胶纤维对应的特征峰

从表2、表3以及图5、图6的数据可以看出蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维红外光谱图除了在1550cm-1峰形略有差异外，其他基本一致。两者在3450cm-1附近均有因-OH伸缩振动引起的宽而强的吸收峰；在2900cm-1附近均有因-CH伸缩振动引起的中强吸收峰；在1650cm-1附近均有因纤维吸湿引起的H-O-H吸收带；在1380cm-1附近的吸收峰属于-CH的弯曲振动吸收，在1160cm-1、1020cm-1附近的吸收峰属于-OH的弯曲振动和-C-O-C-的伸缩振动，而在895cm-1处是非结晶性谱带的吸收峰。蚕蛹蛋白粘胶纤维因有蛋白质的存在，而在1550cm-1处有因酰胺基团-CO- NH-引起的吸收峰，而粘胶纤维没有。

2.5 化学溶解法

根据FZ/T 01057.4-2007的操作程序结合GB/T 2910.22-2009[4]有关粘胶纤维等再生纤维素纤维成分分析方法，选用相关试剂进行化学溶解性试验，结果见表4：

表4 蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维溶解性能比较

从表4可以看出，蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维化学溶解性能基本接近，常用的化学分析方法难以进行二者的定性鉴别和定量分析，但二者在0.3mol/L 次氯酸钠溶液中，25℃下溶解30min结果有所不同，笔者以此为依据进行了二者混纺产品定量分析的化学溶解法探讨。

2.5.1 蚕蛹蛋白粘胶纤维蛋白质含量分析

原理：由于蚕蛹蛋白粘胶纤维为蛋白质富集于表层，纤维素部分积聚于里层的皮芯结构，其表层蛋白质在次氯酸钠作用下会发生破坏，而里层不受影响，因此可用FZ/T 50018-2013[5]中0.3mol/L次氯酸钠溶液法测定其蛋白质含量。

根据FZ/T 50018-2013采用0.3mol/L 次氯酸钠法于25℃条件下对蚕蛹蛋白粘胶纤维溶解30min，可将其中的蛋白质部分完全溶解，从而计算出纤维蛋白质含量，其试验结果见表5。

表5 蚕蛹蛋白粘胶纤维蛋白质含量分析实验结果

从表5中可以看出蚕蛹蛋白粘胶纤维蛋白质含量分析的数据比较平行，数据相对稳定，精密度能满足标准FZ/T 50018-2013的要求。

2.5.2 蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维的混合试样含量分析

试验原理：利用碱对蚕蛹蛋白粘胶纤维中蛋白质的破坏作用，计算出混纺试样中溶解掉的蛋白质质量，除以已知的蚕蛹蛋白粘胶纤维的蛋白质含量比例，折算出混纺试样中蚕蛹蛋白粘胶纤维质量，从而计算出混合试样中各纤维的含量。

0.3 mol/L次氯酸钠溶液在25℃下溶解30min对粘胶纤维的损伤系数d值确定试验结果和定量分析蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维散纤维混合试样试验结果分别见表6和表7。

表6 0.3mol/L 次氯酸钠溶液对粘胶纤维损伤d值确定结果

表7 混合试样定量分析结果

笔者用0.3mol/L 次氯酸钠溶液法进行了大量的实验发现，0.3mol/L 次氯酸钠溶液法定量分析蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维散纤维组合试样得到的数据正如表7显示的结果一样，测试的试验结果偏差波动较大,经溶解后计算的蚕蛹蛋白粘胶纤维含量比实际配比都偏小。虽然蛋白质含量试验的数据符合精密度要求，但由于蚕蛹蛋白粘胶纤维本身的蛋白质含量较少，通过利用组合试样中溶解掉的蛋白质质量来折算蛋白粘胶纤维含量时，其蛋白质含量试验的数据本身的不平行性被放大接近12倍（1/7.819%），加上其他试验因素的影响，导致试验后的蚕蛹蛋白粘胶纤维含量与实际配比含量的偏差较大，造成试验数据不稳定。因此，用化学溶解法很难准确进行蚕蛹蛋白粘胶纤维与粘胶纤维二者混合试样的定量分析，有较大的偏差，必须探讨其他仪器分析方法的可能性。

3 结论

（1）通过显微镜观察法、化学溶解法发现：蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维形态结构和化学溶解性能接近，只运用这两种方法很难将两者区分开来；运用燃烧法观察二者，其燃烧气味和残留物有所不同，但这需要有丰富的经验才能达到鉴别的目的；含氮呈色反应能比较容易的将二者区分开来，如果有条件的实验室能借助于红外光谱等仪器分析作为辅助手段，会更好更准确的得到二者的定性结果。可用图7的系统鉴别法进行二者的定性鉴别。