绵羊毛/麦饭石改性粘纤的定量方法研究

文/何粟华 宋星光 刘龙辉 刘敏燕

1 引言

人们的着装理念，随着技术进步和国际交流的扩大，逐渐从结实耐穿向舒适、时尚个性转变，同时对于养生、环保可持续的重视程度也日益提升。在服装面料开发探索的过程中，麦饭石作为一种自古以来研究许久的养生材料为人们青睐。麦饭石是一种含有几十种矿物质元素的药物矿石，在环保保健的功能性纤维开发过程中，经过特殊工艺处理，可使得麦饭石中的微量元素都带有正电荷中心，容易吸附和结合在纤维素大分子上，最终得到功能持久牢固的麦饭石改性纤维素纤维[1-2]。

除了提供人体所需的微量元素，麦饭石改性纤维还具有吸附、发射远红外线、防静电以及保健等实用功能。由于改性添加量较少，麦饭石改性纤维并不会醋纤化严重，发生影响纤维本身特性的情况[3]。本研究选取的麦饭石改性粘纤（以下称为麦饭石粘纤），仍然保留了粘纤能与各种棉麻及其他合成纤维任意比例混纺的性质。事实上，现在市面上已经有了一定规模的麦饭石粘纤与其他纤维混纺的面料。

21世纪越来越多的人把目光集中在麦饭石粘纤的初始模量、耐磨性、织法上，开发的面料也越来越多，但对于麦饭石粘纤的定量却少有提及，这不利于定量试验中标准的选择，也不能为市场规范的建立提供参考。本文选择绵羊毛/麦饭石粘纤（30/70）作为研究对象，根据粘纤和羊毛本身的溶解特性，参考试验操作通则，选择了1mol/L次氯酸钠、75%硫酸、59.5%硫酸以及浓盐酸4种方法进行试验，比较分析标准值和试验结果，结合考虑试验中的其他因素，最终确定浓盐酸法在绵羊毛/麦饭石粘纤定量过程中的优越性。

2 试验部分

2.1 试剂

1mol/L次氯酸钠、稀乙酸、75%硫酸、稀氨水、59.5%硫酸、35%浓盐酸。

2.2 试验仪器

高低温水浴振荡器，快速烘箱，砂芯坩埚，干燥器（带变色硅胶），通风橱，分析天平（精度：0.0001g），具塞三角烧瓶（250 mL），CU-纤维细度仪，抽滤装置，生物显微镜。

2.3 样品准备

本次试验样品为白色纱线，绵羊毛/麦饭石粘纤比例为30/70，其中麦饭石粘纤由天津市维斯克科技发展有限公司生产，若有试验需要，按标准记录的前处理方法进行前处理。

2.4 试验操作及标准

表1为试验方法及涉及的标准、原理，试验过程严格按照标准和表1的操作进行。

表1 几种试验方法及对应的标准、原理

3 结果与讨论

各种方法试验得到的剩余的绵羊毛含量结果如表2所示。

表2 几种方法试验结果

从表1首先可以很明确地看出，59.5%硫酸法对于本次试验是不适用的。这是因为纤维素纤维是由葡萄糖组成的大分子进一步构成的纤维素组成。硫酸法使纤维素纤维在酸性环境下完全水解生成葡萄糖，最终溶解纤维素纤维，但59.5%硫酸法的酸性比较低，虽然能溶解纤维素纤维表面的纤维素，但是水解后的物质容易包裹在纤维表面，反应试剂无法进入纤维内部将剩余的纤维素纤维溶解，在抽滤洗涤的过程中还可能堵塞坩埚，因而出现了试验结果偏离标准值，并且几组数据间也不平行的现象，这种方法没有适用性，需要从提高硫酸浓度或者反应温度着手改进。

其他方法中，浓盐酸法结果最为稳定，一系列试验结果数据最大与最小相差没有超过1%，最终计算得到绵羊毛的修正系数为0.96。而同样是强酸性环境，75%硫酸法的数据则有出现结果相差接近2%的情形。说明两种方法均能很好地溶解麦饭石粘纤，然而75%硫酸比较黏稠，酸度较大，且在75%硫酸中所需的反应时间较长，绵羊毛的鳞片-角朊蛋白[7]与酸发生反应，导致绵羊毛鳞片受损，如图1所示绵羊毛表面的鳞片已经被磨平。另一方面，绵羊毛在强酸性环境中还容易吸酸，如果中和得不彻底，在烘干过程中还有可能发生纤维被烧焦情况，导致质量发生偏差。

图1 酸性环境下受损的绵羊毛

1mol/L次氯酸钠法是最常用的动物蛋白定量方法，这种方法能很好地溶解各类动物蛋白纤维，但在本研究中存在的问题是，长时间在碱性条件下，麦饭石粘纤等纤维素也容易受损。事实上，烘干的麦饭石粘纤尽管在质量和显微镜形态上没有特别明显的异常，其抗拉强度已经大大降低。试验数据表明，这种损伤程度不会使结果偏离太严重（＜2%），这种方法也是可行的。其次，次氯酸钠是一种强氧化剂，对于颜色较深的样品，还需要综合考虑是否需要前处理。经过数据计算转换，这种方法所得的绵羊毛的修正系数为0.976。

4 结论

从以上试验可以看出，除了59.5%硫酸法，对于绵羊毛/麦饭石粘纤混纺样品，使用1mol/L次氯酸钠、75%硫酸以及浓盐酸均能实现定量分析，3种方法所得的绵羊毛修正系数相差不大，数据基本能达到试验通则要求的误差，可用于基本检验工作。

在定量过程中需要注意：

（1）1mol/L次氯酸钠法运用广泛，运用于动物蛋白纤维与其他纤维素纤维混纺织物中。这种方法在一些深色样品中需要前处理。另外，如果样品中含有醋纤或者三醋，由于这两种纤维在次氯酸钠中也会明显损伤，需要先以手工拆分法或者其他试剂将其去除。

（2）75%硫酸法也是比较通用的方法，尤其适用在同时含桑蚕丝、绵羊毛及其他可被75%硫酸溶解的纤维织物。这种方法的弊病是需要将样品拆分成纱线，反应时间长，绵羊毛易吸酸，在试验以后最好将试后样用稀氨水泡长一点时间，尽可能地中和残留的酸，烘干以后用显微镜观察绵羊毛的形态。另外，当样品含有桑蚕丝时，样品需要褪色处理。

（3）浓盐酸法结果稳定，反应时间短避免了吸酸现象，样品也不需要前处理。其不足之处是仅能用于结晶度和羟基比较低的再生纤维素纤维，对于棉用这种方法会出现反应不完全的现象。

综合考虑以上因素，对于绵羊毛/麦饭石粘纤混纺样品浓盐酸法是最优越的选择。