着色法定性鉴别几种再生纤维素纤维

2020-12-29石余卿

纺织检测与标准 2020年6期

石余卿，李莹，刘鹏

（上海市质量监督检验技术研究院，上海200040）

0 引言

再生纤维素纤维大都是以棉花、木材等天然植物纤维为原材料，通过适合的纺丝工艺制成的纺织纤维，其本质仍是纤维素纤维[1]。它与棉纤维的化学组成基本相同，都是一种多糖物质，由多个葡萄糖剩基通过1,4-甙键联结起来的线性大分子[2]。图1是纤维素纤维的基本组成单元，即纤维素大分子结构。

常用的几种再生纤维素纤维虽然在化学结构和其本质上一致，但其微观结构因受纺丝工艺的影响，在结晶度、聚合度、取向度等方面存在明显的差异，表1列出了常用再生纤维素纤维及棉纤维的性能指标[3-4]。

表1 棉与再生纤维素纤维的性能指标

由表1可知，常用的几种再生纤维素纤维因采用不同的纺丝生产工艺导致它们的微观结构存在明显的差异，主要表现在结晶度、聚合度、取向度以及皮芯结构上。这类再生纤维素纤维常与棉、聚酯纤维等以混纺的形式出现，加之这类纤维的性能非常接近，所以采用X射线或其他常规检测方法都无法达到定性鉴别的目的。为了寻找更为有效的鉴别方法，本试验将这些纤维的微观差异进行放大，并通过着色法对此进行鉴别。通常，染料对纤维进行染色是上染纤维的无定形区，且上染量受无定形区所占的比例影响。此外，纤维的皮芯结构对染料的上染也会产生一定的影响。因此，不同再生纤维素纤维的微观结构，即结晶度和皮芯结构的差异导致着色剂上染的效果不同。尝试建立不同着色效果与纤维种类的对应关系，最终达到对再生纤维素纤维进行定性鉴别的目的，希望研究结果可为相关研究人员提供帮助。

1 试验

1.1 试验材料

黏胶纤维，兰精纤维（上海）有限公司；莫代尔纤维，迪特亚·博拉集团；莱赛尔纤维，国内多家生产企业；铜氨纤维，日本旭化成及国内经销商处收集；台化莫代尔纤维，台湾台化集团。

1.2 试剂

活性染料，上海雅运精细化工有限公司；TIS-3或TIS-4，美国Testfabrics；直接染料，台湾永光化学工业股份有限公司；革兰氏染色液，青岛海博生物有限公司；孔雀石绿、元明粉、碳酸氢钠、氢氧化钠、乙醇，国药集团化学试剂有限公司。

1.3 仪器与设备

E 型烘箱，德国美尔特（memmert）公司；Satori⁃us BSA2245-CW 分析天平，德国赛多利斯集团；Rigaku D∕max-2550 X射线衍射仪，日本理学公司。

1.4 试验方法

通过对台化莫代尔纤维、莱赛尔纤维、铜氨纤维3种再生纤维素纤维进行染色，依据不同的上染效果作为定性鉴别的依据。对于原已染色的织物，可以采用剥色剂将染料剥除，消除染料的影响。对染色织物的剥色工艺为：剥色剂25 g∕L，升温至95 ℃并保温30 min。对于深色织物，若采用剥色剂无法剥除，则通过该着色法无法鉴别纤维种类，也就说明本方法并不适用于深色织物的定性鉴别。

2 结果与讨论

图1 为部分国内生产的再生纤维素纤维的结晶度测试结果，其中，Cu-铜氨纤维，ly-莱赛尔纤维，m-台化莫代尔纤维。由图1 可以看出，常用的几种再生纤维素纤维的结晶度存在一定的差异，故其纤维在宏观方面会表现出不同的性能，而采用XRD衍射仪只能测试单一纯度纤维的结晶度，且费用较高，加上国内生产的再生纤维素纤维的结晶度并不固定，因而通过采用结晶度测试法获得的结果存在误差干扰[5]。

2.1 活性染料着色鉴别

活性染料具有颜色鲜艳、匀染性好、染色方法简便、染色牢度高、色谱齐全和成本较低的特点，是纤维素纤维染色常用的染料，主要应用于棉、麻、黏胶、丝绸、羊毛等纤维及其混纺织物的染色和印花，其分子中含有能与纤维素中的羟基和蛋白质纤维中的氨基发生反应的活性基团，染色时与纤维生成共价键，生成“染料-纤维”化合物。本试验采用的相关染色工艺及配方如下：

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

（2）皂洗配方：皂片2 g∕L，氢氧化钠1 g∕L。

（3）染色工艺：浴比1∶30，缓慢升温至染色温度，保温60 min，清洗烘干。

（4）皂洗工艺：95 ℃保温30 min。

试验采用3 种不同染色温度（室温、60 ℃、95 ℃）进行染色，试样经过皂洗后，对比染色皂洗前、后不同种类纤维的颜色差异，表1 中所列图片为3 种纤维在上述3 种温度下染色后皂洗前、后的图样。

表1 活性染料着色后3种纤维皂洗前、后的图样

由表1 可知，不论采用低温染色还是高温染色，皂洗前后，3种再生纤维素纤维的着色效果基本相似，仅凭肉眼观察很难区分出他们的种类。这是由于活性染料与纤维素纤维是以共价键的形式结合，且其染色后颜色鲜艳，色牢度高，不易掉色，透染、晕染效果好，无法通过此种方法使再生纤维素纤维呈现不同的着色效果。因此，采用活性染料着色法无法达到定性鉴别几种再生纤维素纤维的目的。

2.2 TIS-3/TIS-4着色鉴别

TIS-3 和TIS-4 是美国Testfabrics 生产的纤维鉴别剂，主要用于不同种类纤维的鉴别，其鉴别原理是根据不同纤维着色后呈现出不同的颜色效果，通过将未知样品着色后与标准纤维的着色效果进行对比，以此确定纤维的种类。本试验所用染色配方及工艺为：TIS-3 或TIS-4 4 g∕L，浴比1∶30，常温下将纤维浸渍在染色液中5～8 min，然后水洗烘干。表2 中所列图样是3 种再生纤维素纤维的着色效果图。

由表2可知：经TIS-3着色后，铜氨纤维色光偏绿，着色效果稍有不同，但3 种纤维的上色效果属于同一色系，颜色相差不大，加之纤维经过不同的前处理、后处理工艺后，其纤维性能会受到影响，上色效果并非一成不变，可能会有色差的变化；TIS-4着色后，3种纤维颜色都较浅，且效果和用TIS-3着色类似，因此此种方法也不能作为鉴别再生纤维素纤维的有效依据。

2.3 直接染料着色鉴别

直接染料可以在中性和弱碱性介质中加热煮沸，无需媒染剂的帮助即能染色。直接染料的上染是凭借其与纤维素纤维之间的氢键和范德华力结合而成，主要应用于纤维、丝绸、棉纺、皮革等的染色，同时在造纸等行业也有一定的应用。染料在溶液中被纤维吸附到表面，然后不断向纤维的无定形区扩散，与纤维大分子形成氢键和范德华力相结合。直接染料也是纤维素纤维织物的常用染色染料，试验操作简单，但渗透性差，容易掉色，不环保[6]，一般在常温或低温下进行染色。试验时采用的染色配方及工艺为：4 g∕L的Everdirect Red K-2BL，1 g∕L元明粉，浴比1∶30，40 ℃保温5 min，然后水洗烘干。表3中所列图样为3种纤维素纤维经直接染料着色的效果图。

由表3 可知，用直接染料对3 种再生纤维素纤维进行染色时，铜氨纤维的着色效果明显比台化莫代尔纤维和莱赛尔纤维深，但由于3种纤维染色后都是红色，为同一色系，且前处理和后整理工艺过程也会对纤维的吸附性能造成影响，使得经不同方式处理的纤维染色效果会有所不同，故采用此方法也难以对其进行准确定性。

表2 TIS-3或TIS-4着色后3种纤维图样

表3 直接染料着色3种纤维的效果图

2.4 革兰染色液

由丹麦医生革兰于1884 年所发明的革兰染色法，是细菌学中被广泛使用的一种重要的鉴别染色方法（属于复染法），最初被用于鉴别肺炎球菌与克雷伯肺炎菌。革兰染色法一般包括初染、媒染、脱色、复染等4 个步骤，其染色原理是通过结晶紫初染和碘液媒染后，在细菌细胞壁内形成不溶于水的结晶紫与碘的复合物，再用95%乙醇进行脱色[7]。由于未经染色的细菌与周围环境折光率差别甚小，在显微镜下极难区别，但经染色后的阳性菌呈现紫色，阴性菌呈现红色，在显微镜下可以清楚地观察到他们的形态、排列及某些结构特征，从而可以分类鉴定。也就是说，革兰染色液是为了更好地区分革兰阴、阳性菌而发明的一种生物着色剂，其初染步骤中的结晶紫是一种阳离子染料，也可上染纤维素纤维，故参照革兰染色法引入了再生纤维素纤维的鉴定。表4中列出了3种纤维的着色效果图。本试验所用的染色配方为：结晶紫着色剂2 g∕L。媒染配方为：碘3 g∕L，碘化钾6.67 g∕L。脱色配方为：95 mL分析纯乙醇，加5 mL 水配成95%乙醇。整个染色工艺如下：

（1）浴比1∶30，将纤维样品放入50 mL烧杯中，使用玻璃棒轻轻搅拌使样品完全浸入溶液，浸渍1～3 min 后取出样品，用水洗涤至无颜色析出，用吸水纸吸去纤维样品的水分。

（2）浴比1∶30，将以上步骤的纤维样品放入50 mL 烧杯中，使用玻璃棒轻轻搅拌使样品完全浸入溶液，浸渍1～3 min 后取出样品，用水洗涤至无颜色析出，用吸水纸吸去纤维样品的水分。

（3）再将以上步骤的纤维样品放入50 mL 烧杯中，浴比1∶30，用玻璃棒轻轻搅拌使样品完全浸入溶液，浸渍0.5～2 min 后取出样品，用水洗涤至无颜色析出，然后用吸水纸吸去纤维样品的水分，在105 ℃条件下烘干约1 h。

（4）采用沙黄，按上述（1）的着色步骤进行上色。

表4 革兰染色液着色3种纤维的效果图

革兰染色液作为用于鉴别革兰阳性菌的生物着色剂，在第一步中所用的结晶紫染色剂为阳离子染料，因而也可用于纤维素纤维的着色。选择革兰染色液也是因为存在3 个步骤的染色，可以在染色、媒染、剥色的动态过程中观察纤维的着色效果的变化，以此进行比较，寻找差异。由表4知，铜氨纤维在染色过程中，有较明显的颜色变化，与台化莫代尔纤维和莱赛尔纤维的着色效果存在明显的差异，这就可以有效地区分铜氨纤维和其他两种再生纤维素纤维，达到鉴别铜氨纤维的目的，但是对于台化莫代尔和莱赛尔纤维来说，这两种纤维着色效果接近，无法进行鉴别。

2.5 孔雀石绿着色剂

孔雀石绿是一种人工合成的有机化合物，属于三苯甲烷型的阳离子染料，可用于丝绸、皮革和纸张的染色，用于治理鱼类或鱼卵的寄生虫、真菌或细菌感染，对付真菌（Saprolegnia）特别有效，渔场的鱼卵会感染这种真菌[8]。因此，同革兰染色液类似的孔雀石绿也可用作生物染色剂，把细胞或细胞组织染成蓝绿色，方便在显微镜下进行观察研究，也可用于植物病毒感染的宿主细胞染色，细菌和芽胞的染色，及红细胞、蛔虫卵的染色。本试验的染色工艺及配方同革兰染色液，只需把结晶紫着色剂更换为孔雀石绿着色剂即可。

孔雀石绿可作为着色剂，主要是因为孔雀石绿与结晶紫都是一种阳离子染料，但两者的分子结构及相对分子质量却存在较大的差异，因而上染纤维的性能有所不同。表5中列出了3种再生纤维素纤维的着色效果图。

表5 采用孔雀石绿着色3种纤维的效果图

由表5 可知：采用孔雀石绿对3 种再生纤维素进行着色时，铜氨纤维的上色效果较差，基本呈现本白色；台化莫代尔纤维和莱赛尔纤维在第一步和第三步步骤中着色效果接近，但在第二步碘液媒染过程中，莫代尔纤维中呈现褐色，莱赛尔纤维呈现绿色，着色效果存在明显的差异。因此，通过孔雀石绿染色剂对3种再生纤维素纤维进行着色，可以实现台化莫代尔纤维、莱赛尔纤维和铜氨纤维的有效鉴别，且此种试验方法简单、快速，结果的差异性显而易见，可以实现性能相近、较难区分的再生纤维素纤维的快速鉴别。