著色法定性鑒別幾種再生纖維素纖維

石余卿，李 瑩，劉 鵬

（上海市質量監督檢驗技術研究院，上海200040）

0 引言

再生纖維素纖維大都是以棉花、木材等天然植物纖維為原材料，通過適合的紡絲工藝制成的紡織纖維，其本質仍是纖維素纖維[1]。它與棉纖維的化學組成基本相同，都是一種多糖物質，由多個葡萄糖剩基通過1,4-甙鍵聯結起來的線性大分子[2]。圖1是纖維素纖維的基本組成單元，即纖維素大分子結構。

常用的幾種再生纖維素纖維雖然在化學結構和其本質上一致，但其微觀結構因受紡絲工藝的影響，在結晶度、聚合度、取向度等方面存在明顯的差異，表1列出了常用再生纖維素纖維及棉纖維的性能指標[3-4]。

表1 棉與再生纖維素纖維的性能指標

由表1可知，常用的幾種再生纖維素纖維因采用不同的紡絲生產工藝導致它們的微觀結構存在明顯的差異，主要表現在結晶度、聚合度、取向度以及皮芯結構上。這類再生纖維素纖維常與棉、聚酯纖維等以混紡的形式出現，加之這類纖維的性能非常接近，所以采用X射線或其他常規檢測方法都無法達到定性鑒別的目的。為了尋找更為有效的鑒別方法，本試驗將這些纖維的微觀差異進行放大，并通過著色法對此進行鑒別。通常，染料對纖維進行染色是上染纖維的無定形區，且上染量受無定形區所占的比例影響。此外，纖維的皮芯結構對染料的上染也會產生一定的影響。因此，不同再生纖維素纖維的微觀結構，即結晶度和皮芯結構的差異導致著色劑上染的效果不同。嘗試建立不同著色效果與纖維種類的對應關系，最終達到對再生纖維素纖維進行定性鑒別的目的，希望研究結果可為相關研究人員提供幫助。

1 試驗

1.1 試驗材料

黏膠纖維，蘭精纖維（上海）有限公司；莫代爾纖維，迪特亞·博拉集團；萊賽爾纖維，國內多家生產企業；銅氨纖維，日本旭化成及國內經銷商處收集；臺化莫代爾纖維，臺灣臺化集團。

1.2 試劑

活性染料，上海雅運精細化工有限公司；TIS-3或TIS-4，美國Testfabrics；直接染料，臺灣永光化學工業股份有限公司；革蘭氏染色液，青島海博生物有限公司；孔雀石綠、元明粉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、乙醇，國藥集團化學試劑有限公司。

1.3 儀器與設備

E 型烘箱，德國美爾特（memmert）公司；Satori?us BSA2245-CW 分析天平，德國賽多利斯集團；Rigaku D∕max-2550 X射線衍射儀，日本理學公司。

1.4 試驗方法

通過對臺化莫代爾纖維、萊賽爾纖維、銅氨纖維3種再生纖維素纖維進行染色，依據不同的上染效果作為定性鑒別的依據。對于原已染色的織物，可以采用剝色劑將染料剝除，消除染料的影響。對染色織物的剝色工藝為：剝色劑25 g∕L，升溫至95 ℃并保溫30 min。對于深色織物，若采用剝色劑無法剝除，則通過該著色法無法鑒別纖維種類，也就說明本方法并不適用于深色織物的定性鑒別。

2 結果與討論

圖1 為部分國內生產的再生纖維素纖維的結晶度測試結果，其中，Cu-銅氨纖維，ly-萊賽爾纖維，m-臺化莫代爾纖維。由圖1 可以看出，常用的幾種再生纖維素纖維的結晶度存在一定的差異，故其纖維在宏觀方面會表現出不同的性能，而采用XRD衍射儀只能測試單一純度纖維的結晶度，且費用較高，加上國內生產的再生纖維素纖維的結晶度并不固定，因而通過采用結晶度測試法獲得的結果存在誤差干擾[5]。

2.1 活性染料著色鑒別

活性染料具有顏色鮮艷、勻染性好、染色方法簡便、染色牢度高、色譜齊全和成本較低的特點，是纖維素纖維染色常用的染料，主要應用于棉、麻、黏膠、絲綢、羊毛等纖維及其混紡織物的染色和印花，其分子中含有能與纖維素中的羥基和蛋白質纖維中的氨基發生反應的活性基團，染色時與纖維生成共價鍵，生成“染料-纖維”化合物。本試驗采用的相關染色工藝及配方如下：

（1）染液配方：2 g∕L雅格素紅BF-3B 150%，1 g∕L元明粉（硫酸鈉），1 g∕L碳酸鈉。

（2）皂洗配方：皂片2 g∕L，氫氧化鈉1 g∕L。

（3）染色工藝：浴比1∶30，緩慢升溫至染色溫度，保溫60 min，清洗烘干。

（4）皂洗工藝：95 ℃保溫30 min。

試驗采用3 種不同染色溫度（室溫、60 ℃、95 ℃）進行染色，試樣經過皂洗后，對比染色皂洗前、后不同種類纖維的顏色差異，表1 中所列圖片為3 種纖維在上述3 種溫度下染色后皂洗前、后的圖樣。

表1 活性染料著色后3種纖維皂洗前、后的圖樣

由表1 可知，不論采用低溫染色還是高溫染色，皂洗前后，3種再生纖維素纖維的著色效果基本相似，僅憑肉眼觀察很難區分出他們的種類。這是由于活性染料與纖維素纖維是以共價鍵的形式結合，且其染色后顏色鮮艷，色牢度高，不易掉色，透染、暈染效果好，無法通過此種方法使再生纖維素纖維呈現不同的著色效果。因此，采用活性染料著色法無法達到定性鑒別幾種再生纖維素纖維的目的。

2.2 TIS-3/TIS-4著色鑒別

TIS-3 和TIS-4 是美國Testfabrics 生產的纖維鑒別劑，主要用于不同種類纖維的鑒別，其鑒別原理是根據不同纖維著色后呈現出不同的顏色效果，通過將未知樣品著色后與標準纖維的著色效果進行對比，以此確定纖維的種類。本試驗所用染色配方及工藝為：TIS-3 或TIS-4 4 g∕L，浴比1∶30，常溫下將纖維浸漬在染色液中5～8 min，然后水洗烘干。表2 中所列圖樣是3 種再生纖維素纖維的著色效果圖。

由表2可知：經TIS-3著色后，銅氨纖維色光偏綠，著色效果稍有不同，但3 種纖維的上色效果屬于同一色系，顏色相差不大，加之纖維經過不同的前處理、后處理工藝后，其纖維性能會受到影響，上色效果并非一成不變，可能會有色差的變化；TIS-4著色后，3種纖維顏色都較淺，且效果和用TIS-3著色類似，因此此種方法也不能作為鑒別再生纖維素纖維的有效依據。

2.3 直接染料著色鑒別

直接染料可以在中性和弱堿性介質中加熱煮沸，無需媒染劑的幫助即能染色。直接染料的上染是憑借其與纖維素纖維之間的氫鍵和范德華力結合而成，主要應用于纖維、絲綢、棉紡、皮革等的染色，同時在造紙等行業也有一定的應用。染料在溶液中被纖維吸附到表面，然后不斷向纖維的無定形區擴散，與纖維大分子形成氫鍵和范德華力相結合。直接染料也是纖維素纖維織物的常用染色染料，試驗操作簡單，但滲透性差，容易掉色，不環保[6]，一般在常溫或低溫下進行染色。試驗時采用的染色配方及工藝為：4 g∕L的Everdirect Red K-2BL，1 g∕L元明粉，浴比1∶30，40 ℃保溫5 min，然后水洗烘干。表3中所列圖樣為3種纖維素纖維經直接染料著色的效果圖。

由表3 可知，用直接染料對3 種再生纖維素纖維進行染色時，銅氨纖維的著色效果明顯比臺化莫代爾纖維和萊賽爾纖維深，但由于3種纖維染色后都是紅色，為同一色系，且前處理和后整理工藝過程也會對纖維的吸附性能造成影響，使得經不同方式處理的纖維染色效果會有所不同，故采用此方法也難以對其進行準確定性。

表2 TIS-3或TIS-4著色后3種纖維圖樣

表3 直接染料著色3種纖維的效果圖

2.4 革蘭染色液

由丹麥醫生革蘭于1884 年所發明的革蘭染色法，是細菌學中被廣泛使用的一種重要的鑒別染色方法（屬于復染法），最初被用于鑒別肺炎球菌與克雷伯肺炎菌。革蘭染色法一般包括初染、媒染、脫色、復染等4 個步驟，其染色原理是通過結晶紫初染和碘液媒染后，在細菌細胞壁內形成不溶于水的結晶紫與碘的復合物，再用95%乙醇進行脫色[7]。由于未經染色的細菌與周圍環境折光率差別甚小，在顯微鏡下極難區別，但經染色后的陽性菌呈現紫色，陰性菌呈現紅色，在顯微鏡下可以清楚地觀察到他們的形態、排列及某些結構特征，從而可以分類鑒定。也就是說，革蘭染色液是為了更好地區分革蘭陰、陽性菌而發明的一種生物著色劑，其初染步驟中的結晶紫是一種陽離子染料，也可上染纖維素纖維，故參照革蘭染色法引入了再生纖維素纖維的鑒定。表4中列出了3種纖維的著色效果圖。本試驗所用的染色配方為：結晶紫著色劑2 g∕L。媒染配方為：碘3 g∕L，碘化鉀6.67 g∕L。脫色配方為：95 mL分析純乙醇，加5 mL 水配成95%乙醇。整個染色工藝如下：

（1）浴比1∶30，將纖維樣品放入50 mL燒杯中，使用玻璃棒輕輕攪拌使樣品完全浸入溶液，浸漬1～3 min 后取出樣品，用水洗滌至無顏色析出，用吸水紙吸去纖維樣品的水分。

（2）浴比1∶30，將以上步驟的纖維樣品放入50 mL 燒杯中，使用玻璃棒輕輕攪拌使樣品完全浸入溶液，浸漬1～3 min 后取出樣品，用水洗滌至無顏色析出，用吸水紙吸去纖維樣品的水分。

（3）再將以上步驟的纖維樣品放入50 mL 燒杯中，浴比1∶30，用玻璃棒輕輕攪拌使樣品完全浸入溶液，浸漬0.5～2 min 后取出樣品，用水洗滌至無顏色析出，然后用吸水紙吸去纖維樣品的水分，在105 ℃條件下烘干約1 h。

（4）采用沙黃，按上述（1）的著色步驟進行上色。

表4 革蘭染色液著色3種纖維的效果圖

革蘭染色液作為用于鑒別革蘭陽性菌的生物著色劑，在第一步中所用的結晶紫染色劑為陽離子染料，因而也可用于纖維素纖維的著色。選擇革蘭染色液也是因為存在3 個步驟的染色，可以在染色、媒染、剝色的動態過程中觀察纖維的著色效果的變化，以此進行比較，尋找差異。由表4知，銅氨纖維在染色過程中，有較明顯的顏色變化，與臺化莫代爾纖維和萊賽爾纖維的著色效果存在明顯的差異，這就可以有效地區分銅氨纖維和其他兩種再生纖維素纖維，達到鑒別銅氨纖維的目的，但是對于臺化莫代爾和萊賽爾纖維來說，這兩種纖維著色效果接近，無法進行鑒別。

2.5 孔雀石綠著色劑

孔雀石綠是一種人工合成的有機化合物，屬于三苯甲烷型的陽離子染料，可用于絲綢、皮革和紙張的染色，用于治理魚類或魚卵的寄生蟲、真菌或細菌感染，對付真菌（Saprolegnia）特別有效，漁場的魚卵會感染這種真菌[8]。因此，同革蘭染色液類似的孔雀石綠也可用作生物染色劑，把細胞或細胞組織染成藍綠色，方便在顯微鏡下進行觀察研究，也可用于植物病毒感染的宿主細胞染色，細菌和芽胞的染色，及紅細胞、蛔蟲卵的染色。本試驗的染色工藝及配方同革蘭染色液，只需把結晶紫著色劑更換為孔雀石綠著色劑即可。

孔雀石綠可作為著色劑，主要是因為孔雀石綠與結晶紫都是一種陽離子染料，但兩者的分子結構及相對分子質量卻存在較大的差異，因而上染纖維的性能有所不同。表5中列出了3種再生纖維素纖維的著色效果圖。

表5 采用孔雀石綠著色3種纖維的效果圖

由表5 可知：采用孔雀石綠對3 種再生纖維素進行著色時，銅氨纖維的上色效果較差，基本呈現本白色；臺化莫代爾纖維和萊賽爾纖維在第一步和第三步步驟中著色效果接近，但在第二步碘液媒染過程中，莫代爾纖維中呈現褐色，萊賽爾纖維呈現綠色，著色效果存在明顯的差異。因此，通過孔雀石綠染色劑對3種再生纖維素纖維進行著色，可以實現臺化莫代爾纖維、萊賽爾纖維和銅氨纖維的有效鑒別，且此種試驗方法簡單、快速，結果的差異性顯而易見，可以實現性能相近、較難區分的再生纖維素纖維的快速鑒別。

3 結論

（1）采用常規的定性鑒別方法無法對橫截面呈圓形或近似圓形的再生纖維素纖維準確定性。

（2）用活性染料、TIS-3∕TIS-4、直接染料分別對臺化莫代爾纖維、萊賽爾纖維和銅氨纖維進行染色后對比著色效果，發現著色后的差異較小，無法有效區分3種再生纖維素纖維。

（3）用革蘭染色液和孔雀石綠對3種再生纖維素纖維染色后，顯示著色效果存在明顯的差異，可以實現3種再生纖維素纖維的快速鑒別，為再生纖維素纖維定性鑒別提供了可靠的依據。