仔鴨鴨絨的結構與性能

劉新華， 儲兆洋， 李 永， 鄭宏亮

(1. 安徽工程大學 紡織服裝學院， 安徽 蕪湖 241000； 2. 安徽省紡織行業科技公共服務平臺， 安徽 蕪湖 241000)

隨著鴨苗品種、飼料與飼養技術的進步，肉用仔鴨的生長周期縮短至28天。由于肉用仔鴨的肉質優于傳統生長周期為1年以上的老鴨品種，因而受到消費者的歡迎，在國內外市場所占份額越來越大[1]。近年來，肉用仔鴨品種已呈現逐漸淘汰其他傳統品種的趨勢，占據國內80%以上的市場份額。

由于生長周期短，肉用仔鴨羽毛絨的品質與傳統生長的老鴨羽毛絨相比，有較大差異。采用傳統羽毛絨加工技術生產的仔鴨羽絨產品，其粉塵含量高，蓬松度與保暖性、清潔度等指標有明顯下降，產品品質顯著降低，附加值降低，“三農”效益受到較大損失，已不能滿足羽毛絨加工業生存和發展的需要。肉用仔鴨羽毛絨加工技術的創新成為制約羽毛絨產業發展的瓶頸問題。肉用仔鴨與老鴨鴨絨結構性能的對比研究，是實現肉用仔鴨羽毛絨加工技術創新的關鍵環節之一。

高晶等[2]利用掃描電子顯微鏡對鵝絨與鴨絨纖維的形態結構進行觀察，研究其獨特的分叉結構和表面結構，比較鵝絨與鴨絨在形態上存在的差別，以及由此產生的性能上的差異。金陽等[3]研究了羽絨的潤濕、穩定性等理化性能，結果表明，常溫下羽絨難以被水潤濕，其可燃性低于纖維素纖維，耐酸性能大于耐堿性，日光和微生物對羽絨穩定性有較大影響。本文通過采用元素分析儀、紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、熱重分析儀、平板式保暖儀等，對老鴨和仔鴨鴨絨的元素含量、化學結構、微觀形貌、熱穩定性、保暖性等進行系統分析，闡明老鴨與仔鴨鴨絨之間的不同點，以期為后續仔鴨鴨絨的高值化利用提供依據。

1 實驗部分

1.1 原 料

老鴨鴨絨和仔鴨鴨絨，來源于安徽東隆羽絨股份有限公司。

1.2 元素含量及表面形貌測試

將干燥至質量恒定的老鴨和仔鴨鴨絨噴金處理后，采用日本日立公司S-4800型掃描電子顯微鏡-能譜聯用儀對樣品元素含量及表面形貌進行測定。并將老鴨和仔鴨鴨絨置于實驗臺上，采用日本尼康公司D7500型數碼相機采集其宏觀形態照片。

1.3 化學結構測試

采用日本島津公司IR Prestige-21型傅里葉變換紅外光譜儀對老鴨和仔鴨鴨絨的結構進行表征。測試條件：將樣品剪碎在研缽中研磨均勻，并與KBr混合，經壓片機壓成透明薄片，測試范圍為 4 000～500 cm-1。

1.4 結晶度測試

將干燥至質量恒定的老鴨和仔鴨鴨絨剪碎研磨均勻，采用德國布魯克公司D8系列X射線衍射儀進行測試。采用CuKα輻射，管電壓為 40 kV，管電流為300 mA，2θ值范圍為5°～60°。結晶度的計算公式為

式中：XC為結晶度，%；SC為結晶峰面積；SA為非結晶峰面積。

1.5 熱穩定性測試

將老鴨和仔鴨鴨絨剪碎研磨均勻，各取2 mg樣品在N2保護下，利用日本島津公司DTG-60H型微機差熱天平進行熱重測試。測試條件為：升溫速率10 ℃/min，氣體流量20 mL/min。

1.6 保暖性測試

將老鴨和仔鴨鴨絨各10 g裝入30 cm×30 cm的輕薄非織造試樣袋中，裝樣后輕輕拍打袋子使鴨絨分布均勻，避免鴨絨在袋中聚集[4]。采用溫州方圓儀器有限公司YG606D型平板式保暖儀對鴨絨的保溫率、保暖系數、克羅值進行測試。測試條件為：儀器預熱至(36±0.5)℃，加熱周期設為7次。非織造試樣袋較輕薄，其導熱可忽略不計。

2 結果與討論

2.1 元素含量分析

老鴨和仔鴨鴨絨的元素組成與含量如表1所示。可知：老鴨和仔鴨鴨絨主要由C、N、O、S 4種元素組成；仔鴨鴨絨中S元素含量低，說明其二硫鍵少，可導致仔鴨鴨絨纖維強度低，粉塵含量高，影響其加工、服用性能。為實現仔鴨鴨絨高值化利用，必須對其表面結構進行調控。

表1 老鴨和仔鴨鴨絨中主要元素含量Tab.1 Main element content in duck and duckings down %

2.2 化學結構分析

圖1示出老鴨和仔鴨鴨絨的紅外光譜圖。

圖1 老鴨和仔鴨鴨絨的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectra of duck and duckings down

2.3 結晶度分析

利用X射線衍射分析比較老鴨和仔鴨鴨絨的結晶情況，如圖2所示。可以看出，老鴨和仔鴨鴨絨在9.8°(晶面間距為0.98 nm)和19.8°(晶面間距為0.47 nm)處各有1個衍射峰，此雙衍射峰是由鴨絨角蛋白中的α-螺旋結構和β-折疊結構產生的[5-6]。結晶結構含量可通過衍射峰的強度來表征，從圖中可知，老鴨鴨絨在9.8°附近處的衍射峰強度明顯高于仔鴨鴨絨，說明老鴨鴨絨中α-螺旋結構含量較高。根據結晶度計算公式得到老鴨鴨絨結晶度為60.8%，仔鴨鴨絨結晶度為54.6%。由此可得出，老鴨鴨絨的結晶度大于仔鴨鴨絨。結晶度越大，纖維分子排列越規整，吸濕性低，使得老鴨鴨絨蓬松性好，具有較好的服用性能。

圖2 老鴨和仔鴨鴨絨的XRD圖譜Fig.2 XRD spectra of duck and duckings down

2.4 表面形貌分析

圖3示出老鴨和仔鴨鴨絨的表面宏觀形態照片。可知，老鴨和仔鴨鴨絨纖維都以朵絨的形式存在且不含羽軸，朵絨形態大體一致，均呈半球形。朵絨的主要組成部分是絨枝，從圖中觀察可知，老鴨鴨絨的絨枝數量和長度均大于仔鴨鴨絨。一般情況下，單個老鴨朵絨中絨枝的數量為65～100根，單個仔鴨朵絨中絨枝的數量為15～40根；老鴨鴨絨絨枝長度為10.2～30.3 mm，直徑為8.71～38.40 μm；仔鴨鴨絨絨枝的長度為8.2～22.1 mm，直徑為 7.53～25.10 μm。

圖3 老鴨和仔鴨鴨絨的宏觀形態照片(×1 000)Fig.3 Macro-morphology of duck(a)and duckings(b)down(×1 000)

圖4示出老鴨和仔鴨鴨絨絨枝的微觀形貌照片。老鴨和仔鴨鴨絨絨枝表面凹凸不平，存在深淺不一的突起和內陷結構，老鴨鴨絨絨枝表面徑向溝槽與仔鴨相比十分明顯，并且溝槽深度大于仔鴨鴨絨，二者溝紋均呈無規律分布。

圖4 老鴨和仔鴨鴨絨絨枝的掃描電鏡照片(×6 000)Fig.4 SEM images of down branch of duck(a) and ducking(b) down(×6 000)

老鴨和仔鴨鴨絨中每根絨枝上都生長著大量絨小枝，絨小枝在絨枝上呈有規律的平行交叉排列，如圖5所示。絨小枝從絨枝表面長出后，其截面形狀和直徑隨著絨小枝上位置的不同而不同，從絨小枝根處到其末梢，截面形狀由扁平狀過渡到圓柱狀[7]，直徑從大變小。老鴨和仔鴨鴨絨絨小枝的形態大體相似，一般老鴨絨小枝的長度為328～ 1 830 μm，直徑為2.67～13.8 μm；仔鴨絨小枝的長度為208～1 343 μm，直徑為2.44～9.15 μm。

圖5 老鴨和仔鴨鴨絨絨小枝的掃描電鏡照片(×400)Fig.5 SEM images of down fihrils of duck(a) and duckings(b) down(×400)

圖6示出老鴨和仔鴨鴨絨絨小枝的表面微觀形貌照片。老鴨絨小枝的表面較為光滑，溝槽徑向較為明顯，溝紋呈有規律的平行排列。仔鴨絨小枝表面較為粗糙，凹凸不平，沒有明顯的徑向溝槽，也無明顯溝紋。

圖6 老鴨和仔鴨鴨絨絨小枝的掃描電鏡照片(×4 000)Fig.6 SEM images of down fihrils of duck(a) and duckings down(b) (×4 000)

在鴨絨絨小枝的表面存在間隔一定距離的骨節，骨節的形狀隨鴨絨的生長狀況以及在絨小枝上位置的不同而有較大變化[8]，一般靠近絨小枝根部的節點大都為三角形節點，靠近絨小枝梢部的節點大都為叉狀節點，其掃描電鏡照片如圖7、8所示。

圖7 老鴨和仔鴨鴨絨三角形節點的掃描電鏡照片(×1 200)Fig.7 SEM images of triangle node of duck(a) and duckings(b) down(×1 200)

圖8 老鴨和仔鴨鴨絨叉狀節點的掃描電鏡照片(×800)Fig.8 SEM images of crotch node of duck(a) and duckings(b) down(×800)

隨著鴨絨成熟狀況不同，老鴨和仔鴨絨小枝中三角形節點和叉狀節點的大小、數量、節點之間的間距也不同。一般老鴨叉狀節點的直徑為3.23～ 7.37 μm，數量為0～9個，間距為28.8～50.4 μm；仔鴨叉狀節點的直徑為2.39～4.24 μm，數量為0～ 6個，間距為14.3～46.0 μm；老鴨三角形節點的直徑為17.6～29.4 μm，數量為0～6個，間距為 26.8～67.4 μm；仔鴨三角形節點的直徑為8.37～21.1 μm，數量為0～4個，間距為11.1～50.3 μm。

鴨絨纖維的形態結構影響其服用性能。鴨絨表面的絨枝和絨小枝分布密集，不僅起到支撐朵絨的作用，還大大增加了其比表面積，從而使鴨絨纖維中夾持的空氣更多，保暖性增加；鴨絨表面的節點可對鴨絨纖維的回彈壓縮起到支撐作用，使纖維更加柔軟，服用性能更好。

2.5 熱穩定性分析

利用熱重分析得到的初始熱分解溫度、質量損失速率及對應的質量損失率分析比較老鴨鴨絨與仔鴨鴨絨的熱穩定性，結果如圖9所示。可知：老鴨鴨絨的初始熱分解溫度為221 ℃，620 ℃時分解完全；221 ℃之前質量損失9%，是由鴨絨中的水分揮發引起的，221 ℃以后的質量損失是由于一些不穩定的官能團及化學鍵斷裂[9-10]，相對分子質量低的物質的降解，以及鴨絨角蛋白受熱分解成揮發性化合物H2O、CO2、H2S等小分子物質引起的[11]。仔鴨鴨絨初始熱分解溫度為220 ℃，590 ℃時分解完畢。比較二者曲線發現：其初始熱分解溫度相當；在220～510 ℃范圍內，老鴨鴨絨質量損失67%，仔鴨鴨絨質量損失67.3%，且仔鴨鴨絨的質量損失速率高于老鴨鴨絨。綜上所述，老鴨鴨絨的熱穩定性高于仔鴨鴨絨。

圖9 老鴨和仔鴨鴨絨的TG分析Fig.9 TG curves of duck and duckings down

2.6 保暖性分析

鴨絨纖維的保暖性可通過保溫率、克羅值和傳熱系數的測量得出，其中，克羅值越大，傳熱系數越小，保暖性越好[12]，實驗測得的相關數據見表2。可知，老鴨鴨絨的保暖性優于仔鴨鴨絨，因此，仔鴨鴨絨一般可用于中低檔羽絨制品中。

表2 老鴨和仔鴨鴨絨的保暖性Tab.2 Warmth of duck and duckings down

3 結 論

1)仔鴨鴨絨中S元素含量低，說明其二硫鍵含量少，使得仔鴨鴨絨纖維強度低，粉塵含量高，影響其加工、服用性能。

2)老鴨鴨絨的結晶度大于仔鴨鴨絨，因此，老鴨鴨絨吸濕性低，蓬松性好。

3)老鴨鴨絨分叉結構與仔鴨鴨絨有明顯的區別。老鴨鴨絨絨枝的數量、直徑和長度均大于仔鴨鴨絨，其絨小枝的直徑和長度均大于仔鴨鴨絨，老鴨鴨絨絨小枝中三角形節點和叉狀節點的大小、數量、節點之間的間距均大于仔鴨鴨絨。這導致仔鴨鴨絨纖維中夾持的空氣少于老鴨鴨絨，仔鴨鴨絨的保暖性差于老鴨鴨絨，因此，仔鴨鴨絨一般可用于中低檔羽絨產品中。