再生纖維素纖維中萊賽爾族纖維定性鑒別研究

高友軍+張向麗+劉錦瑞+趙素敏

摘要：本文探索了萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維的化學溶解性能的細微差別，通過研究時間、溫度和試劑配比等因素對溶解性能的影響，成功找出用經典方法 —— 溶解法對再生纖維素纖維中的萊賽爾族纖維定性鑒別的方法，并對鑒別條件進行優化，最終確定在80∶10的甲酸/氯化鋅溶液中，溫度70 ℃、時間40 min，作為萊賽爾族纖維的定性鑒別條件。

關鍵詞：萊賽爾；再生纖維素纖維；定性鑒別；溶解法

中圖分類號：TS107.2 文獻標志碼：A

Qualitative Identification of Lyocell Fibers from Other Regenerated Cellulose Fibers

Abstract： This paper probed into the subtle differences of chemical dissolving properties of Lyocell fibers and other regenerated cellulose fibers. By investigating the influence of time， temperature and reagent formula on dissolving properties， the classical method — the dissolution method was found out to be suitable for distinguishing Lyocell fibers from other regenerated cellulose fibers and the conditions were optimized. Finally， it determined that the best conditions for the qualitative identification is in a solution of formic acid/zinc chloride （80∶10） at a temperature of 70 ℃ for a time period of 40 minutes.

Key words： Lyocell； regenerated cellulose fiber； qualitative identification； solubility

萊賽爾纖維是以木漿為原料經溶劑紡絲方法生產的一種新型綠色環保纖維。Lenzing（蘭精）集團根據拉伸斷裂強力、斷裂伸長率、吸濕性等性質的不同，將其分為 3 種，即萊賽爾（交聯型）纖維、萊賽爾LF纖維和萊賽爾（普通型）纖維。3 種萊賽爾纖維（以下統稱“萊賽爾族纖維”）物理性質稍有不同，筆者所在實驗室通過多年研究發現它們的化學性質也有著細微的差別。

目前已發布的檢測標準中，用于鑒別萊賽爾族纖維與粘膠纖維、竹漿纖維、木代爾纖維的方法為顯微鏡法，但是隨著科技的進步，纖維的形態也在不斷變化，僅依靠顯微鏡法來鑒別纖維種類，說服力較為單薄，容易引起爭議。根據最新報道，研究人員正在探索使用其他方法對再生纖維素纖維進行定性鑒別，如紅外光譜法、正交實驗法、離子測定法等。

由于各再生纖維素纖維的結晶度不盡相同，因此在特定溶液中的溶解性能也有所差異。本文使用經典方法 ——溶解法進行萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維的定性鑒別，通過研究萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維溶解性能的細微差異，尋找出一種能夠將其他再生纖維素纖維溶解而萊賽爾族纖維仍有剩余的試劑及實驗條件，將萊賽爾族纖維與粘膠纖維、竹漿纖維、木代爾纖維區別開來，解決了這一困擾業內多年的難題。

1 實驗部分

1.1 樣品準備

萊賽爾（交聯型）纖維（又稱萊賽爾A100纖維）、萊賽爾LF纖維、萊賽爾（普通型）纖維（又稱萊賽爾G100纖維），均產自蘭精集團；粘膠纖維，產自上海市紡織工業技術監督所，標準物質，使用前拆成紗狀；竹漿纖維，產自河北吉藁化纖有限責任公司；木代爾纖維，產自蘭精集團。

1.2 儀器和試劑

恒溫水浴振蕩器：溫控精度±1 ℃；不銹鋼篩網：60 ～65目；鹽酸：37%；硝酸：65%；甲酸/氯化鋅溶液：將不同質量的粉末狀氯化鋅加入到80 g的88%甲酸（ρ=1.18 g/mL）中，混勻；氫氧化鈉/硫脲/尿素：將氫氧化鈉、硫脲、尿素和水按照重量比7.5∶6∶8∶78.5，配制成溶液，現配現用；鋅酸鈉：將相當于180 g氫氧化鈉的顆粒溶解在180 ～ 200 mL水中，不斷攪拌并逐漸加入80 g氧化鋅，同時加熱至溶液變澄清或略有渾濁，冷卻至室溫后定容至500 mL，并用孔徑40 ～ 90μm的玻璃過濾器過濾，使用前將上述溶液稀釋至原體積的3 倍，混勻，備用；硫酸：60%，將343 mL的濃硫酸（ρ=1.84 g/mL）緩慢加入到368 mL水中，使其密度ρ=1.498 8 g/mL（20 ℃）或ρ=1.494 8 g/mL（25 ℃）。

1.3 實驗步驟

1.3.1 不同試劑中萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維的溶解性

將萊賽爾族纖維和其他再生纖維素纖維放入不同的試劑中，在一定的實驗條件下，記錄各纖維的溶解性能。

1.3.2 萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維在甲酸/氯化鋅溶液中的溶解性

將萊賽爾（交聯型）纖維、萊賽爾LF纖維、萊賽爾（普通型）纖維和粘膠纖維、竹漿纖維、木代爾纖維分別放入45℃的80∶20甲酸/氯化鋅溶液中，記錄各纖維的溶解時間。

1.3.3 溫度對萊賽爾（普通型）纖維與粘膠纖維溶解性能的影響

將萊賽爾（普通型）纖維、粘膠纖維分別放入80∶20和80∶10的甲酸/氯化鋅溶液中，記錄不同溫度下各纖維的溶解時間。

1.3.4 甲酸/氯化鋅試劑配比對萊賽爾（普通型）和粘膠纖維溶解性能的影響

將萊賽爾（普通型）纖維和粘膠纖維分別放入盛有不同配比甲酸/氯化鋅溶液的錐形瓶中，放入70 ℃的恒溫水浴振蕩器中，記錄各纖維的溶解時間。

1.3.5 萊賽爾族纖維定性鑒別方法驗證

將含有萊賽爾（交聯型）纖維、萊賽爾LF纖維、萊賽爾（普通型）纖維、粘膠纖維、竹漿纖維、木代爾纖維的不同樣品分別置于70 ℃的80∶10甲酸/氯化鋅溶液中，40 min后，倒入不銹鋼篩網中，觀察篩網中有無剩余。

2 結果與討論

2.1 在不同試劑中萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維的溶解性能

從表 1 各纖維的溶解性能可以看出，甲酸/氯化鋅溶液和氫氧化鈉/硫脲/尿素溶液可以用于萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維的定性鑒別，但是氫氧化鈉/硫脲/尿素溶液在常溫下反應較為劇烈，外界環境稍加變化，實驗結果就會有很大差異。而選擇甲酸/氯化鋅溶液作為溶劑時，需使用恒溫水浴振蕩器進行加熱，實驗環境較為穩定，實驗結果一致，因此本研究選用甲酸/氯化鋅溶液作為萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維的定性鑒別溶劑。

2.2 萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維在甲酸/氯化鋅溶液中的溶解性能

由于萊賽爾族纖維與其他再生纖維素纖維的化學結構相似，理論上其溶解性能差別不大。為了研究它們的細微差別，根據多年的研究經驗，本文選擇80∶20的甲酸/氯化鋅試劑、溫度45 ℃作為實驗條件。從圖 1 各纖維的溶解時間可以看出，由于溫度較低，各纖維溶解較慢，但各纖維的溶解性能隨時間變化呈現一定的差異。其中，萊賽爾（交聯型）纖維最難溶解，而木代爾纖維最易溶解；萊賽爾（普通型）纖維與粘膠纖維溶解時間雖然不同，但是其差異并不顯著。可見要將萊賽爾族纖維與其他纖維進行鑒別，研究萊賽爾（普通型）纖維與粘膠纖維溶解條件的分界點尤為關鍵。

2.3 溫度對萊賽爾（普通型）纖維和粘膠纖維溶解性能的影響

分別對80∶20和80∶10的甲酸/氯化鋅溶液中萊賽爾（普通型）纖維、粘膠纖維溫度和時間關系作圖（圖 2、圖3）。從圖 2、圖 3 可以看出，2 種溶劑中，隨著溫度的升高，萊賽爾（普通型）纖維和粘膠纖維的溶解時間均逐漸縮短，但高溫時，溶解時間較低溫時縮短更多。考慮纖維定性鑒別快速、準確的特點，選擇70 ℃作為定性鑒別的溫度。

2.4 甲酸/氯化鋅試劑配比對萊賽爾（普通型）纖維與粘膠纖維溶解性能的影響

70 ℃時，萊賽爾（普通型）纖維與粘膠纖維溶解時間-甲酸/氯化鋅配比關系如圖 4 所示。從圖 4 可以看出，每80 g甲酸中氯化鋅的含量在一定范圍內對萊賽爾（普通型）纖維和粘膠纖維的溶解具有促進作用，當氯化鋅含量增大到15 g/80 g甲酸時，萊賽爾（普通型）纖維和粘膠纖維的溶解時間變化很小，雖然此時 2 種纖維溶解時間較短，但是溶解時間差卻很小，采用此配比進行定性分析，誤差較大；當氯化鋅含量小于15 g/80 g甲酸時，2 種纖維的溶解時間延長，溶解的時間差也相應增大。綜合考慮溶解時間和時間差 2 個因素，選擇甲酸/氯化鋅配比為80∶10。

2.5 萊賽爾族纖維定性鑒別方法驗證

通過實驗結果分析，得出定性鑒別優化條件：溫度70℃，時間40 min，試劑甲酸/氯化鋅，其配比80∶10。以多纖維組分的混合物進行驗證，結果如表 2 所示。從表 2 可以看出，在70 ℃的80∶10甲酸/氯化鋅溶液中，溶解40 min可以作為萊賽爾族纖維與粘膠纖維、竹漿纖維、木代爾纖維的定性鑒別條件。

3 結論

萊賽爾纖維有 3 種類型，在甲酸/氯化鋅溶液中萊賽爾（交聯型）纖維最難溶解，萊賽爾（普通型）纖維最容易溶解，萊賽爾LF纖維介于兩者之間。根據 3 種萊賽爾纖維與粘膠纖維、竹漿纖維、木代爾纖維在甲酸/氯化鋅中的溶解性能不同，完全可以通過溶解法將萊賽爾纖維鑒別出來。溶液中甲酸/氯化鋅試劑配比、溫度、時間等條件均對萊賽爾（交聯型）纖維、萊賽爾LF纖維、萊賽爾（普通型）纖維、粘膠纖維、竹漿纖維和木代爾纖維的溶解性能有影響。

定性鑒別是定量分析的基礎，需要快速、準確。在實際應用中，綜合考慮試劑配比、溫度、時間等測試因素，選擇80∶10的甲酸/氯化鋅溶液、溫度70 ℃、時間40 min，實現萊賽爾族纖維與粘膠纖維、竹漿纖維、木代爾纖維的定性鑒別完全是可行的。

參考文獻（略）