再生纤维素纤维的性能及定性分析方法研究

李莹，黄怡婧，贾凯凯

（上海市质量监督检验技术研究院，上海200040）

0 引言

随着科学技术的发展，再生纤维素纤维的生产工艺逐年改进，其服用性能也得到良好改善。再生纤维素纤维具有绿色环保、可循环使用多次的特性，并且某些服用方面的性能优于天然的纤维素纤维。近年来，人们对再生纤维素纤维的使用量日益增多，但其性能的细微差异和种类的多样性给检测行业工作者造成较大的困扰。文中对几种常用再生纤维素纤维的生产工艺、性能、定性标准、定性过程中存在的问题以及最新的定性分析方法进行了介绍。

1 试验

1.1 试验材料

黏胶纤维、莫代尔纤维、莱赛尔纤维［兰精纤维（上海）有限公司/迪特亚·博拉集团］，黏胶纤维、莫代尔纤维、莱赛尔纤维（国内多家生产企业），铜氨纤维（日本旭化成及国内经销商），台化莫代尔纤维（台湾台化集团）。

1.2 仪器设备

VEGA 3 XMU型真空扫描电子显微镜（捷克TESCAN公司）、Rigaku D/max-2550型X射线衍射仪（日本理学公司）、NICOLET 380 FT-IR傅里叶变换红外光谱仪（美国NICOLET公司）、Y172型纤维切片器（温州方圆仪器有限公司）、LEICA DM500徕卡光学显微镜（德国LEICA公司）。

1.3 再生纤维素纤维的制备

再生纤维素纤维是以棉花或木材为原材料，通过纺丝工艺制成的纺织类纤维，其本质是纤维素，与棉纤维的化学组成基本相同，均为多糖物质，由多个葡萄糖剩基通过1,4-甙键连接而成的线性大分子。市场上常用的再生纤维素纤维主要有黏胶纤维、莫代尔纤维、莱赛尔纤维和铜氨纤维4种类型，图1是纤维素纤维的基本组成结构单元纤维素大分子。

图1 纤维素大分子

由图1可知，常用的几种再生纤维素纤维与棉纤维的基本组成结构单元一致，其化学键能也相同，且所测得的红外光谱图基本一致，因此用红外光谱法无法对其进行鉴别。

1.3.1 黏胶纤维

黏胶纤维是采用木材为原料，将其浸渍在浓碱溶液中，经过CS2磺化、老化制成的一类再生纤维素纤维。由于在浓碱溶液中浸渍时间较长，天然纤维素纤维的结晶度和聚合度降低，在再生的过程中由纤维素Ⅰ转变为纤维素Ⅱ。

1.3.2 莫代尔纤维

由于莫代尔纤维是在黏胶纤维生产工艺的基础上通过降低碱的用量和控制生产工艺生产制得的，所以莫代尔纤维的结晶度和聚合度比黏胶纤维高，其耐碱性增强，湿断裂强力也得到了较大的改善。

1.3.3 莱赛尔纤维

莱赛尔纤维是将天然纤维素溶解于有机溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）中，因纤维素纤维在有机溶剂中不会发生降解，故制得的纤维结晶度和聚合度相对较高，且具有优异的性能和真丝般的光泽[1]。

1.3.4 铜氨纤维

铜氨纤维是将纤维溶解在铜氨溶液中，通过加水改变铜氨溶液的配比使纤维析出获得再生，柔软度好，不产生静电[2-3]。

2 结果与分析

2.1 性能分析

黏胶纤维横截面呈锯齿形，纵向有少量横条纹，是纤维在再生过程中经过拉伸、卷绕、干燥、收缩形成的特有形态。莫代尔纤维横截面呈哑铃型，纵向有少量横条纹，也是在成形过程中经过拉伸、卷绕、干燥、收缩等机械张力造成的。莱赛尔纤维、铜氨纤维和台湾台化集团生产的台化莫代尔纤维横截面均为圆形或近似圆形，纵向光滑无明显条纹。图2～6是采用电子扫描显微镜获得的放大3 000倍视野下各种纤维的横截面形态。

图2 黏胶纤维

图3 莫代尔纤维

图4 莱赛尔纤维

图5 铜氨纤维

图6 台化莫代尔纤维

再生纤维素纤维的微观结构受到纺丝工艺的影响，在结晶度、聚合度、取向度等方面均有所不同。由于不同的生产厂家所采用的再生纤维素纤维生产工艺也不尽相同，故纤维的聚合度、结晶度和取向度的大小并不能完全确定，且部分国内厂商生产的纤维的结晶度相对偏低。表1中列出了此类纤维上述所描述性能指标的范围数值。

表1 棉与再生纤维素纤维的性能指标

研究表明，常用的几种再生纤维素纤维的结晶度存在一定的差异，故纤维在宏观方面会表现出不同的性能，但采用X射线衍射仪测试只能测试单一纯度纤维的结晶度，且检测费用较高。鉴于国内生产的再生纤维素纤维的结晶度并非固定，所以采用结晶度测试法获得的纤维结晶度存在一定的误差干扰。

2.2 存在问题

近几年，研究人员对于再生纤维素纤维的定性分析方面的研究较多，且大多数集中于对圆形莱赛尔纤维和铜氨纤维的鉴别。目前，对于此类再生纤维素纤维定性标准的原理都是一致的。首先通过燃烧、溶解、熔点等方法确定为纤维素纤维，然后根据纤维的横向和纵向截面形态进行具体种类的定性分析（如黏胶纤维的横截面为锯齿形，纵向有少量横条纹）。由于不同的生产厂家所采取的生产工艺并不完全相同，因而生产出的再生纤维素纤维与标准上标注的纤维形态会有所差异（见图7和图8），部分纤维介于标准规定的黏纤与莫代尔纤维之间，根据标准规定的形态无法给出准确的定性结果。另外，对于以上几种近圆形的莱赛尔纤维、铜氨纤维以及台化莫代尔纤维，根据目前的方法标准人们是无法进行定性的。

图7 部分形态不标准的纤维1

图8 部分形态不标准的纤维2

2.3 研究现状

隋树香等[4]提出根据原纤化性能鉴别莱赛尔纤维和铜氨纤维，是根据大部分莱赛尔纤维具有原纤化性能，通过机械外力的作用加大莱赛尔纤维的原纤化，从而达到鉴别的目的。但此方法并不适用于所有的莱赛尔纤维，部分莱赛尔纤维不具有原纤化性能，也无法通过机械外力使其具有原纤化性能。赵玲、李菊竹等[5]提出通过测试铜离子浓度来鉴别莱赛尔纤维和铜氨纤维，其测试原理是铜氨纤维在纺丝过程中会黏附部分铜氨溶液中的铜离子，从而使纤维上的铜离子浓度比莱赛尔纤维高，但此方法的干扰因素较多，其中两个较为重要的原因是：①铜氨纤维在生产过程中会采用去铜离子处理，使得纤维的铜离子浓度较低，难以检测；②在印染加工过程中，所用的染料及助剂中会带入部分铜离子，对测试结果造成干扰。

此外，李菊竹[6]提出了通过测试纤维在碱液中的膨胀性能（根据膨胀率的大小）来鉴别莱赛尔纤维和铜氨纤维，要求在短时间（30 s）内测试100根纤维直径，但未考虑30 s内纤维直径是否发生剧烈变化以及后续的染整加工对纤维直径膨胀的影响。还有一些研究人员提出采用着色剂将纤维染色，根据纤维不同的上色效果进行定性分析，但目前还没有一种较为有效的着色剂，可以使不同的纤维呈现不同的着色效果，且织物上的染料和助剂也会影响纤维的着色效果[7-8]。

3 结论

随着再生纤维素纤维的使用量日益增大，纤维的优异性能也获得广大消费者的青睐，纯再生纤维素纤维制品及与其它纤维混纺制品的占比逐年增加，但人们仍无法对其细分种类进行准确定性，尤其是对莱赛尔纤维和铜氨纤维的鉴别。因此，这些问题亟待纤维研究人员和纤检工作者作进一步研究并加以解决，从而为日益增长的市场提供强有力的鉴定依据。