維綸基大豆蛋白纖維與維綸纖維的定性鑒別

谷小輝++++曹月嬋++++湛權

摘要：介紹了維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維的制備過程和產品性能，提出目前市場和檢測機構存在的問題。對這兩種纖維采用燃燒鑒別法、顯微鏡觀察法、化學溶解法、紅外吸收光譜法和氨基酸含量測定法進行詳細的比較分析。結果表明：維綸基大豆蛋白纖維的燃燒氣味為燒毛發臭味，橫截面呈啞鈴形有明顯的細微孔隙，縱向有溝槽和扁平海島狀的凹凸結構；維綸纖維的燃燒氣味為苦香氣味，橫截面呈腰圓形，有皮芯結構，縱向有溝槽。在常溫下可用37%鹽酸、40%硫酸、88%甲酸和甲酸/氯化鋅溶液將維綸基大豆蛋白纖維與維綸纖維進行區分。通過紅外光譜分析得知，維綸基大豆蛋白纖維是聚乙烯醇和大豆蛋白質的雙組分纖維，它的吸收譜帶除酰胺吸收譜帶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ外，其余的吸收譜帶與維綸纖維相同。在氨基酸含量檢測中可明顯得到維綸基大豆蛋白纖維的氨基酸含量比維綸纖維高。

關鍵詞：維綸基大豆蛋白纖維；維綸纖維；鑒別；分析

1 引言

隨著科學技術的不斷進步，新型纖維的不斷出現，纖維之間的混紡變得異常廣泛，因此在纖維加工和織物制作以及選用衣料過程中常常需要鑒別纖維[1-4]。為了標注產品信息和維護市場的有序競爭、生產者和消費者的利益，對紡織材料的鑒別就變得非常重要。在近幾年出現的新型纖維中，大豆蛋白纖維屬于再生植物蛋白纖維類，它是以榨過油的大豆豆粕為原料，利用工程技術，提取出豆粕中的球蛋白，制成一定濃度的蛋白質紡絲液，再通過添加功能性助劑，改變蛋白質空間結構，經濕法紡絲而成[5-12]。在維綸基大豆蛋白纖維中，大豆蛋白質占22%～55%，聚乙烯醇和其他化學成分占45%～77%。維綸纖維以性能穩定的乙烯醇醋酸酯（即醋酸乙烯）為單體聚合，然后將生成的聚醋酸乙烯醇水解得到聚乙烯醇，紡絲后再用甲醛處理，在高分子鏈中引入六元環結構生成聚乙烯醇縮甲醛。維綸基大豆蛋白纖維細度細，制品手感特別柔軟、光滑，穿著非常舒適，同時其原料豐富且具有可再生性，不會對資源造成掠奪性開發[13-17]；維綸纖維原料易得，制造成本低廉，纖維強度良好，維綸纖維面料一般純紡極少，多與其他纖維進行混紡或交織，維綸的性質酷似棉花，因此有“合成棉花”之稱，因此這兩種纖維已在市場上得到廣泛的應用[18-19]。維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維的顏色泛黃，主要的化學成分為聚乙烯醇，它們各自的混紡材料具有部分相同的物理化學性質，它們的產品性能具有柔軟、保暖性好、耐堿等優良性能。目前對維綸基大豆蛋白改性纖維混紡產品和維綸混紡產品的定性定量主要方法還是燃燒法、溶解稱重法、顯微鏡觀察截面法，而這些方法具有結果不準確、速度慢等缺點，但是客戶送來樣品后希望很快就能知道檢測結果，因此快速準確地檢測產品纖維種類及含量一直是紡織品檢測部門不斷探索的方向。與此同時，與其相對應的纖維成分的標準也還沒有嚴格地制定，因此生產、市場以及檢測部門急需這方一面的探索和研究[3，13，15]。

本文采用燃燒鑒別法、顯微鏡觀察法、化學溶解法、紅外吸收光譜法和氨基酸含量測定法等對維綸基大豆蛋白纖維與維綸纖維的鑒別定性進行了研究，并重點對化學溶解法、紅外吸收光譜法和氨基酸含量測定法這幾種定性鑒別方法進行分析比較，選出適合維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維的快速的鑒別方法，從而進一步為維綸基大豆蛋白纖維或維綸纖維混紡材料快速準確地檢測纖維種類及定量奠定基礎。

2 儀器規格和試劑部分

纖維細度成分顯微分析儀；梅特勒-托利多AE200電子天平；AS型水浴恒溫振蕩器；Nicolet 6700傅立葉變換紅外光譜儀；ULE400型恒溫烘箱；硅油油浴鍋；氨基酸測定儀器。

甲酸（88%），硫酸（75%），濃硝酸，氫氧化鈉溶液（2.5%），甲酸/氯化鋅。

3 結果與分析

3.1 燃燒特征分析

燃燒鑒別法是依據纖維接近火焰時、在火焰中和離開火焰后的不同燃燒狀態和熔融情況，燃燒時散發的氣味以及燃燒剩余物的顏色、形狀、硬度等來鑒別纖維的方法。用鑷子夾持50mg～100mg待鑒別纖維的一端，緩慢地移近火焰，觀察纖維在整個燃燒過程中所發生的現象。維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維的燃燒特征見表1。

由表1我們可得到維綸基大豆蛋白纖維與維綸纖維燃燒狀態、火焰顏色、氣味等這些特點有著明顯差異，但是，在實際混紡纖維材料中，燃燒法只能夠區分纖維的大類，并不能準確地鑒別出是哪一種具體的纖維，因此對混紡產品還需做進一步的檢測定性。

3.2 纖維顯微分析

考慮到鑒別方法的實用性，本文利用纖維細度成分顯微分析儀采集大豆蛋白纖維和維綸纖維的縱橫向形態特征圖。縱向制片：將纖維手扯伸直平行，抽取少量置于載玻片上，滴上石蠟油，覆上蓋玻片，在顯微鏡下觀察纖維縱向形態；截面制片采用哈氏切片器，將整理好的纖維嵌于切片器凹槽中，切出10μm～30μm的薄片，用火棉膠凝固，在顯微鏡下觀察纖維橫截面形態。

維綸基大豆蛋白纖維、維綸纖維的縱橫截面特征描述如表2所示，縱橫截面照片如圖1和圖2所示。

（a）維綸基大豆蛋白纖維 （b）維綸纖維

圖1 顯微鏡下兩種纖維的縱向形態圖

（a）維綸基大豆蛋白纖維 （b）維綸纖維

圖2 顯微鏡下兩種纖維的橫截面圖

由上圖觀察來看，維綸基大豆蛋白改性維綸的縱橫截面形態與維綸纖維的較為相似，因此在檢測過程中我們不能只用顯微鏡觀察法定性，另外對維綸纖維這一類化學纖維也無法只根據表面形態鑒別，還需結合其他檢測方法作進一步檢驗。

3.3 溶解試驗

化學溶解法是利用不同纖維在不同化學溶劑、不同溫度下的溶解性來鑒別纖維的方法。在試驗時，為獲得較準確的試驗結果，必須嚴格控制化學試劑的濃度、處理溫度和溶解時間。本測試中選用10種化學試劑對維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維進行溶解試驗，結果見表3。

從表3可以看出，在常溫下維綸基大豆蛋白纖維部分溶解于37%鹽酸、40%硫酸、88%甲酸溶液，而維綸纖維在上述溶液中常溫下即可全部溶解；維綸基大豆蛋白纖維溶于常溫下的甲酸/氯化鋅溶液，而維綸纖維不溶于甲酸/氯化鋅溶液。在常溫和煮沸的N-N二甲基甲酰胺、丙酮和苯酚幾種溶液中，維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維都不溶解，發生的現象不明顯。這表明用37%鹽酸、40%硫酸、88%甲酸和甲酸/氯化鋅溶液均可將維綸基大豆蛋白纖維與維綸纖維進行區分。

3.4 紅外光譜分析

不同種類纖維的紅外光譜圖都有各自不同的特征，根據這些特征就可以鑒別出纖維的組分，從而判斷纖維的種類及名稱。本文利用Nicolet 6700傅立葉紅外光譜儀對維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維進行紅外光譜測試。測試時，直接將待測纖維置于ATR試驗臺上方，并旋緊ATR附件固定鈕，將探頭對準檢測窗，順時針旋下，對其施加適當的壓力，緊貼樣品，直到聽見一聲響聲，開始測試，使紅外光束在晶體內發生衰減全反射后，通過樣品的反射信號獲得其有機成分的結構信息，從而得到樣品的紅外吸收光譜圖。兩類纖維紅外光譜的主要吸收譜帶和紅外吸收光譜圖如圖3所示。

圖3 維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維的紅外光譜圖

由圖3可看出大豆蛋白改性維綸與維綸纖維的紅外光譜圖基本相同，維綸基大豆蛋白纖維的紅外吸收光譜中有氨基酸結構的酰胺（—CH2—CO—NH—）特征吸收，如1646.81cm-1酰胺吸收譜帶I、1540.92cm-1酰胺吸收譜帶II、1236.89cm-1酰胺吸收譜帶III。2907.78cm-1是—CH3伸縮振動所引起的較強吸收，而3277.23cm- 1、1011.43cm-1、840.21cm-1是聚乙烯醇縮甲醛纖維（維綸）的3個典型特征譜帶，其中3277.23cm-1是由—OH基的伸縮振動吸收所引起的寬而強纖維素纖維特征吸收峰， 1011.43cm-1處的強吸收和840.21cm-1較弱吸收是C—O—C的伸縮振動。通過分析可知，維綸基大豆蛋白纖維的吸收譜帶除酰胺吸收譜帶I、II和III外，其余的吸收譜帶與維綸相同。

3.5 氨基酸含量分析

紡織品中的蛋白質經鹽酸水解成為游離氨基酸，經氨基酸分析儀的離子交換分離柱分離后，與茚三酮溶液產生衍生顏色反應，再通過分光光度計比色測定氨基酸含量，外標法定量。通過測定氨基酸的種類和含量，我們可進一步鑒別維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維。大豆蛋白一般由17種氨基酸組成[11]，維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維中的氨基酸組成和含量測試結果如表4所示。

由表4測試可得維綸基大豆蛋白纖維的氨基酸組成，其大豆蛋白仍是十余種氨基酸等縮聚大分子物質，但其氨基酸的含量與常見的動物蛋白質有很大區別，其特點是丙氨酸和組氨酸等含量極少，而纈氨酸和亮氨酸基本沒有，而維綸纖維僅含有微量的天冬氨酸、絲氨酸和酪氨酸。

4 結論

通過測試研究得出了如下準確有效的鑒別方法和程序。

（1） 燃燒法能快速簡單鑒別纖維的大類，不能明確混紡纖維中具體是哪種纖維。

（2）顯微鏡觀察法簡單易行，但是由于維綸基大豆蛋白改性維綸的縱橫截面形態與維綸纖維等相似，不能用顯微鏡觀察法定性。另外，對維綸纖維也無法只根據表面形態鑒別，可以配合其他方法在效率高的基礎上提高定性準確性。

（3）通過溶解法能準確地定性鑒別，在常溫條件下，可用37%鹽酸、40%硫酸、88%甲酸和甲酸/氯化鋅溶液對維綸基大豆蛋白纖維與維綸纖維進行區分。

（4）維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維的主要吸收譜帶及其特征頻率主要區別在于1646.08cm-1、1540.92cm-1、1236.89 cm-1。

（5）對維綸基大豆蛋白纖維和維綸纖維進行氨基酸測定，可分別得到它們各種的氨基酸含量，維綸纖維的氨基酸總含量極少，可進一步區分和鑒別纖維。

參考文獻：

[1]李青山，余曉蔚. 紡織纖維鑒別研究新進展[J]. 國際紡織導報，2001， （4） ： 36.

[2]李青山. 紡織纖維鑒別手冊[M]. 北京：中國紡織出版社，2003.

[3]章友鶴. 新型化學纖維性能與用途（一）[J]. 現代紡織技術，2011， （2）：58-60.

[4]王華杰，楊旭紅. 大豆蛋白纖維性能及產品開發新動向[J].江蘇絲綢，2002， （3）：1-4.

[5]王傳成. 新型大豆蛋白纖維的性能和應用前景[J]. 雞西大學學報，2003， 3（1）：58-59.

[6]王其，馮勛偉.大豆纖維性能研究[J]. 北京紡織，2002， 23（l）：50-53.

[7]趙偉玲，郝鳳鳴，郭曉玲. 大豆蛋白改性纖維性能測試分析[J]. 棉紡織技術，2002， 30（8）：481-485.

[8]莫尊理，孫亞玲. 第八大人造纖維——大豆蛋白改性纖維[J].化學教育，2007， （8）：8-9.

[9]姚穆，來侃，孫潤軍，等. 大豆纖維的組成與結構研究[J]. 棉紡織技術，2002， 30（9）：33-35.

[10]翁蕾蕾. 大豆蛋白纖維的性能及產品開發[J]. 毛紡科技，2003， 25（5）：25-27.

[11]姜巖，歐力，李潔，等. 大豆蛋白質纖維的結構研究（I）：大分子組成和化學結構[ J ]. 紡織學報，2004， 25 （6）：43 -44.

[12]季國標. 大豆蛋白纖維[J]. 中國紡織經濟，2001， （4）：12-14.

[13]姚穆. 關于大豆蛋白改性纖維開發應用的思考和建議[J]. 棉紡織技術，2001， 29（9）：517-518.

[14]楊偉忠，石紅，朱燁. 大豆纖維/腈綸混紡產品的定量分析[J]. 印染，2007，（14）：38-40.

[15]張毅. 大豆蛋白改性纖維性能探討[J]. 紡織學報，2003， 24（2）：15-17.

[16]趙博，石陶然. 大豆蛋白改性纖維/滌綸混紡紗生產工藝[J]. 現代紡織技術，2003， 11（3）：20-22.

[17]姚穆，來侃，孫潤均，等. 大豆和大豆蛋白質組成與結構的研究[J]. 棉紡織技術，2002， 30（9）：545-547.

[18]韓光亭，王彩霞，孫永軍等. 大豆蛋白纖維性能分析研究[J]. 紡織學報，2002， 23（5）：45-46.

[19]郁巖，盧彥嶺，翟燕. 維綸混紡產品纖維定量分析方法[J].標準與測試， 2012， （6）：165-188.

[作者單位：國家紡織品服裝服飾產品質量監督檢驗中心（廣州）]