羽毛绒粉尘的分类与识别

解项东，王宗乾，李长龙，刘建国，余涛厚

(1.安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000； 2.古麒羽绒股份公司，安徽 芜湖 241000)



羽毛绒粉尘的分类与识别

解项东1，王宗乾1，李长龙1，刘建国2，余涛厚1

(1.安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000； 2.古麒羽绒股份公司，安徽 芜湖 241000)

粉尘是影响羽毛绒品质的重要指标，为探究粉尘的组成与来源，实验采用溶解的方法将羽毛绒粉尘划分为可溶性与漂浮性.统计结果表明，漂浮性粉尘质量占比平均值为70.88%，具有较大的体积占比，其他为可溶性粉尘.采用显微图像分析法对粉尘的宏观形貌进行识别，显示羽毛绒粉尘主要以块状、杆状、丝状与不规则状存在且分属不同组分.块状主要是表皮组织，杆状主要是毛杆粉尘和小血管组织，丝状与不规则状主要是绒丝或羽小枝断裂时产生的.采用SEM对粉尘的断面微观形貌进行检测，依据不同的断面形貌分析了其形成机制，实验结果为羽毛绒水洗工艺的设计提供了实验基础，同时为降低羽毛绒粉尘提供了参考与借鉴.

羽毛绒；粉尘；溶解；SEM；形貌

粉尘问题已成为当前评价羽毛绒品质的一项重要指标，羽毛绒粉尘是灰沙、皮屑、羽丝、绒丝、外来物等的混合物，主要是羽毛、羽绒损伤断裂时产生的，具有体积小、难以收集、形状各异、易吸附、表面多孔、能长时间飘浮在空气中等特点.长期以来，羽毛绒粉尘被认为是羽毛绒制品诱发过敏、刺激呼吸道的主要来源,在呼吸作用下，羽毛绒粉尘极易进入人体呼吸系统，引发过敏原与肥大细胞、嗜碱性粒细胞结合，诱发过敏性鼻炎、鼻膜炎；也能使支气管、喉部黏膜水肿，诱发支气管痉挛、哮喘；当黏附在人体表皮组织上时，会刺激皮肤黏膜，使眼睛、耳朵和上腭部刺痒，造成过敏性皮炎或其他过敏性皮肤病[1-2].

近年来，随着鸭苗培育、养殖和饲料技术的进步，肉鸭的养殖周期进一步缩短，俗称为“速生鸭”，如“樱桃谷”品种肉鸭出栏仅需28天.药物及快速饲养方式使“速生鸭”的羽毛绒发育不良，成熟率较低，含脂率明显高于普通肉鸭，羽轴、羽枝、绒丝更加柔弱,经过拔毛与水洗后，更易产生粉尘[3].

目前，尚没有对羽毛绒粉尘进行检测的方法与仪器，仅靠目测和经验对粉尘的含量及类别粗略进行评价，不能对粉尘的含量、分属组分及来源进行准确判定，进而无法对羽毛绒粉尘的预防与消除、水洗工艺、生产安全与防范措施进行优化.为此，本课题对羽毛绒粉尘的宏观和微观形貌进行了分析研究，对粉尘进行了归类，对推断粉尘的断裂形成机制、调整和改进水洗工艺、降低粉尘含量、减少粉尘对人体的损伤和危害、规范羽毛绒的安全生产等具有重要价值,对羽毛绒粉尘检测设备的研发也有指导意义.

1 实验

1.1 材料和试剂、仪器

材料和试剂：水洗羽毛绒(古麒羽绒股份公司)，蒸馏水，丙三醇，载玻片，盖玻片，定性滤纸等.

仪器：MC-D500U(C)高清数字摄像机(Phenix凤凰)，S-4800扫描电子显微镜(日本日立)，SHB-111循环水式多用真空泵，HH-1型数显恒温水浴锅，JJ-1 型增力电动搅拌器，DZX-6022B型真空干燥箱，电子天平(赛多利斯,精确度为0.001 g)，LBX-212羽绒前处理箱(箱体容积为40 cm×40 cm×40 cm，四面均为0.250 mm的不锈钢网)，吹风机，毛刷等.

1.2 羽毛绒粉尘提取与图像采集

1.2.1 羽毛绒粉尘的提取

精确称取一定质量的水洗羽毛绒放置在恒温箱内，在温度(20±2)℃、空气相对湿度(65±2)%的环境中自然平衡12 h后转移至羽绒前处理箱中.然后,用吹风机在距离四面不锈钢网10 cm处吹3 min，在温度(20±2)℃、空气相对湿度(65±2)%的环境中自然平衡24 h，收集飞出不锈钢网的羽毛绒粉尘，计算羽毛绒的质量损失率.取样10次，分别进行上述实验操作.

1.2.2 粉尘的溶解与漂浮性粉尘的提取

精确称取一定质量的采集粉尘溶于蒸馏水中，在40 ℃下搅拌1 h.然后,将混合溶液冷却至室温后过滤，多次溶解，去除可溶性粉尘，提取漂浮性粉尘并烘干，测试各成分的质量比.

1.2.3 漂浮性粉尘宏观形貌图像的采集

将提取的漂浮性粉尘混合均匀，从中随机夹取粉尘试样置于载玻片上，滴上适量的丙三醇溶液，盖上盖玻片,用高清数字摄像机观察并采集粉尘的宏观形貌图像.

1.2.4 漂浮性粉尘微观形貌图像的采集

把导电胶粘贴于样品台上，随机夹取1.2.3中混合均匀的漂浮性粉尘试样于导电胶上,将样品台进行镀金处理，用扫描电子显微镜(SEM)观察并采集粉尘的微观形貌图像.

2 结果与讨论

2.1 粉尘的溶解与分析

粉尘分类及质量占比见表1.

表1 粉尘分类及质量占比Tab.1 The dust classification and mass proportion

由表1可知，羽绒的质量损失率为5.64%～7.84%，平均值为6.48%.造成羽绒质量损失的原因是产生了可溶性粉尘和漂浮性粉尘，其中漂浮性粉尘的平均质量占比达70.88%.漂浮性粉尘的密度小，具有漂浮分散特性，给使用者带来了极大不便.羽绒中的漂浮性粉尘主要来自羽毛绒本身的蛋白质与油脂，在羽毛绒加工过程中，羽毛绒在机械外力作用下进入水洗机、脱水机、烘干机等设备中，与各个设备之间会产生较强的机械作用，一部分羽毛绒会断裂损伤，产生漂浮性粉尘[4]；水洗时，在精洗剂、脱脂剂、过氧化氢等化学试剂的氧化侵蚀下，蛋白质迅速降解，甚至造成肽键的破坏，一部分羽毛绒的羽轴、羽枝、绒丝等表面变得更加粗糙，断裂强度降低，失去弹性与柔软性，进而断裂损伤，形成漂浮性粉尘[5-6]；在脱水机、储毛箱、烘干机等设备的湿热环境作用下，羽毛绒会老化，部分氨基酸流失，蛋白质大分子遭到破坏，一部分羽毛绒会损伤断裂，形成漂浮性粉尘[7]；由于羽毛绒属于蛋白质材料[8]，经过打包后的羽毛绒在存储环境较差时，极易受到细菌的侵蚀，强度、韧性降低，进而产生断裂损伤，形成漂浮性粉尘[9].粉尘中,可溶性粉尘的质量占比低于33%，密度较大，体积占比很小，因其具有溶解性能，推断可溶性粉尘主要是残留在羽毛绒上的灰沙、杂质等.

2.2 漂浮性粉尘的宏观形貌分析

将实验提取的漂浮性粉尘进行宏观形貌采集测试，测试结果显示漂浮性羽毛绒粉尘呈多种几何形状，如图1和图2所示.

(注：图像的放大倍数为60～100.)图1 漂浮性粉尘不同的宏观形貌图像Fig.1 The macroscopic morphology image of different floating dust

(注：图像的放大倍数为60～100.)图2 不同的半透明状漂浮性粉尘宏观形貌图像Fig.2 The macroscopic morphology image of different translucent floating dust

在漂浮性羽毛绒粉尘试样中，杆状和不规则状的粉尘最多，其次为块状粉尘，丝状粉尘较少.块状粉尘主要是表皮组织，来源于羽毛毛囊或表皮细胞、皮屑、半透明状的类脂肪组织、原脂腺的分泌物质[10].还有一些块状粉尘形成的原因是精洗时添加了精洗剂、脱脂剂、过氧化氢等化学添加剂，使水洗后的羽毛绒油脂含量过低，造成其干枯脆弱，丧失弹性和柔软性，产生了断裂损伤.杆状粉尘主要是脆弱的毛杆粉尘或小血管组织，具有中腔形貌.羽毛最下端的羽根深植于皮肤中，向上是中空粗大的羽轴，拔取时容易拔出一些神经末梢、血管和淋巴管，精洗后仍有一些残留在羽毛绒上.另外，羽毛在精洗时，羽轴的轴根与轴管处的损伤断裂也会形成杆状粉尘.丝状粉尘具有绒小枝的三角形和叉状节点，明显具有翎结形貌.拔绒朵时，捏住的绒朵部位离皮肤较远时，易将绒丝拔断；生产加工中，一部分脱离羽毛绒的羽小枝或绒丝也会黏附其上.不规则状粉尘主要是两侧密生精细羽小枝的羽枝断裂产生的，由小轴管和羽小枝组成，在显微镜下呈现细微的小羽毛形貌.生产加工中对羽毛绒作用的机械外力过大，精洗剂、过氧化氢等化学添加剂的氧化作用都会使羽枝断裂，产生此种形貌的粉尘.

2.3 漂浮性粉尘的微观形貌分析

为了分析粉尘的形成机制，采用扫描电子显微镜(SEM)对粉尘的微观形貌进行采集测试，测试结果表明漂浮性羽毛绒粉尘断口呈多种断面形貌，如图3至图6所示.

图3 平正整齐的断面形貌图像Fig.3 The image of neat fracture surface morphology

图4 层层剥离的断面形貌图像Fig.4 The image of layers of peeling fracture surface morphology

图5 原纤化的断面形貌图像Fig.5 The image of fibrillated fracture surface morphology

图6 粉化的断面形貌图像Fig.6 The image of powdering fracture surface morphology

从图3可知，粉尘的断裂端口比较整齐、平滑，具有一定的方向性,有的切断面垂直于粉尘轴，有的切断面斜向于粉尘轴，切断面都比较平坦.从图4可知，粉尘的断裂端口比较粗糙，断口的横截面呈不规则状，接近断口的表面剥离起皮，层层剥落，内部出现空腔.从图5可知，粉尘的断裂端口不整齐，边缘粗糙，呈蓬松状,断裂面不是一个平面,而是呈纤维状散开，表明该断裂是一个过程，每次羽毛绒的一小部分发生断裂，最终完全断裂.从图6可知，粉尘的断裂端口出现粉化现象,表面变得更加粗糙，出现凹痕、孔洞和裂缝，有很多细小的羽毛绒碎片.除此之外,还有与上述几种均不相同的断面形貌，断面形态极不规则，与断裂端相邻的一段呈现明显的表面剥脱和磨蚀形态.

羽毛绒在各种外在因素的作用下,断裂过程与其断裂端形态密切相关[11]，但其断裂端形态是羽毛绒在各种外在因素综合作用下断裂过程的反映，不能简单地根据纤维的断裂端形态推断其断裂过程与形成机制，所以对粉尘的断裂形成机制还有待于进一步研究.

3 结论

(1)对羽毛绒粉尘进行提取和溶解实验,发现羽毛绒中的粉尘含量较低，粉尘可以分为可溶性与漂浮性，其中大部分是漂浮性粉尘，可溶性粉尘的含量较少.

(2)通过对漂浮性粉尘宏观和微观形貌的观察与分析，发现漂浮性粉尘的宏观形貌主要有块状、杆状、丝状和不规则状，杆状和不规则状的粉尘占很大一部分；漂浮性粉尘的断口呈现平正整齐、层层剥离、原纤化、粉化等多种断面形貌.

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The classification and recognition of feather and down dust

XIE Xiangdong1,WANG Zongqian1,LI Changlong1,LIU Jianguo2,YU Taohou1

(1.CollegeofTextile&Fashion,AnhuiPolytechnicUniversity,Wuhu241000,China; 2.GUQIDown&FeatherCorporation,Wuhu241000,China)

Dust has become an important indicator of the quality of feather and down. To explore the composition and source of dust,we divide the dust into two kinds as soluble and floating by the method of dissolving. Statistics showed that the mass ratio of floating dust accounted for averagely of 70.88% ,and also with a larger proportion of the volume,the other dust was the soluble dust. Microscopic image was used to analyze the macro morphology of dust,The results showed that dust existed in several forms such as massive,rod-shaped,filamentous,and other irregularly forms,the different dust belonged to different components. Massive form mainly consists of skin tissue,rod-shaped mainly of rod dust or small vascular tissue,filamentous and irregularly was mainly caused by the breaking of the feather or down. The micro morphology of dust was observed by SEM,the different morphologies of fracture surface were formed from different fracture mechanisms. The experimental basis was provided from this experiment for the design of feather washing process,and a reference was also provided for reducing the problem of dust.

feather and down; dust; dissolve; SEM; morphology

2016-07-25

安徽省科技攻关项目(1301zc03087)

解项东(1990-)，男，河南项城人，硕士研究生，研究方向为生态纺织品及加工技术.

王宗乾(1982-)，男，山东济宁人,副教授，博士，研究方向为再生蛋白质复合材料与生态加工技术.E-mail:wzqian@ahpu.edu.cn.

TS959.16

A

1674-330X(2016)04-0001-04