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纤维含量测试 | 甲酸/ 氯化锌法的局限性

 

近年来,棉与粘纤、莱赛尔或莫代尔等再生纤维素纤维混纺产品在国内市场日趋流行,这类产品既改善了纯棉产品的手感、光泽和悬垂性能又保留了棉纤维特有的吸湿、透气等舒适性。但由于再生纤维素纤维与棉的化学性能相似,两者混纺产品的定量方法备受关注。实际检测中,由于样品的多样性和复性,经常会遇到甲酸/ 氯化锌法溶解再生纤维素纤维测试结果偏差较大的情况。


 目前,国内对于该类产品混纺定量分析,主要依据国家标准GB/T 2910.6-2009《纺织品 定量化学分析第6 部分:粘胶纤维、某些铜氨纤维或莫代尔纤维或莱赛尔纤维与棉的混合物(甲酸/ 氯化锌法)》。下面,本文就实际检测中甲酸/ 氯化锌溶解过程中常遇到的问题,从染料、粘纤含量、棉纤维损伤的不确定性三方面予以分析。


 

       棉与再生纤维素纤维混纺产品定量国内外方法标准比较
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       目前,欧洲、美国、日本、中国都有溶解棉与再生纤维素纤维混纺产品的方法,国标GB/T 2910.6-2009《纺织品定量化学分析第6 部分:粘胶纤维、某些铜氨纤维或莫代尔纤维或莱赛尔纤维与棉的混合物(甲酸/ 氯化锌法)》采用甲酸/ 氯化锌法,美标AATCC 20A-2011《纤维分析:定量法》采用59.5 % 硫酸法,而JIS L 1030-2:2005《纺织品的混纺定量分析测试方法第二部分:混纺纤维的定量分析测试方法》则采用甲酸/ 氯化锌法或60 % 硫酸法。

 

国标与日标中的甲酸/ 氯化锌法(70 ℃)适用范围稍有不同,但操作手法完全一致,而美标中的59.5 % 硫酸法和日标中60 % 硫酸法操作手法不同。作者曾做过甲酸/ 氯化锌法和59.5 % 硫酸法、60 % 硫酸法的比对试验,发现对于再生纤维素纤维含量较少的样品,59.5 % 硫酸法、60 % 硫酸法的溶解结果明显低于甲酸/ 氯化锌法。甲酸/ 氯化锌法虽然存在缺陷性,但优于59.5 % 硫酸法和60 % 硫酸法,这是因为两种方法的溶解机理不同。59.5% 硫酸法和60 % 硫酸法溶解机理是使纤维素纤维在酸性环境下完全水解生成葡萄糖。纤维素在较浓的硫酸作用下,游离羟基按一般醇的方式起酯化作用,生成硫酸氢酯,葡萄糖残基之间以氧原子连接的地方逐渐水解为较小的分子,从而使纤维素溶解。

 

另外,纤维素分子呈网状,这些分子以氢键的形式连接成纤维素胶束,胶束中氢键的数目很多,所以结合得很牢固,物理和化学性质比较稳定,因此纤维素的水解较难。室温下,59.5 %或60 %的硫酸在较短时间内只能溶解纤维表面一层,并且有些水解产物往往较牢固地粘附在纤维的表面,抽滤时较难抽洗干净。只有对该硫酸略作加热处理,才能使纤维素完全溶解。这时水解的程度会增大,在水解时生成六糖、四糖和三糖等产物,最后生成能溶于水的纤维二糖和葡萄糖。


甲酸/ 氯化锌法测试结果分析
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2.1 染料对溶解的影响


棉与粘纤、莫代尔、莱赛尔等再生纤维素纤维混纺的深色产品在定量分析中,通常出现甲酸/ 氯化锌溶液无法彻底溶解再生纤维素纤维的情况,溶液出现粘稠、剩余物呈果冻状、抽滤困难等现象,导致最终溶解结果数据不稳定,差异较大。实际检测工作中,尤其莱赛尔与棉混纺深色产品容易出现难于溶解的现象。

 

准备两块莱赛尔/ 棉不同混纺比的深色样品,根据GB/T2910.6-2009 中规定的70 ℃甲酸/ 氯化锌法进行试验。表1为棉/ 莱赛尔混纺产品剥色和未剥色试验比对。


未经剥色处理的样品测试结果与样品实际组分相差高达8-12 %,而样品经剥色处理后其结果与实际组分差异在允差范围内。在日常检测中,并不是所有莱赛尔与棉混纺产品都会出现溶解偏差大的情况,但是绝大多数深色产品容易出现溶解结果不理想的状况。可见,部分纺织品的染料对测试结果的影响还是较大的。

 

这是因为纤维素是由n 个葡萄糖剩基彼此以1,4- 甙键连接而成的线性大子,一般粘纤的聚合度n 为250-500,莫代尔、莱赛尔大约在400-900,而棉纤维在2000。若要这些再生纤维素纤维溶解,则需要使1,4- 甙键断裂,聚合度降级。但经活性染料染色后,活性染料的基团与纤维素分子形成了稳定的共价键,其耐酸、耐碱、耐水解稳定性增强。

 

不少学者对棉与再生纤维素纤维混纺产品定量分析的剥色工艺的研究表明,采用保险粉5 g/L,氢氧化钠用量5 g/L,煮沸30 min 的方法对棉、莱赛尔、莫代尔、粘纤等再生纤维素剥色时,对纤维素的损伤基本可以忽略,质量修正系数1.00。对于深色棉与再生纤维素纤维混纺产品,通常采用剥色处理,测试结果更为准确。

 

GB/T 2910.6-2009 明确规定了该标准不适用于粘胶纤维、铜氨纤维、莫代尔纤维或莱赛尔纤维中存在不能完全去除的耐久性整理剂或活性染料,致使其不能完全溶解。如果实际检测中遇到剥色后仍无法获得理想测试结果的,建议采用FZ/T 01101-2008《纺织品 纤维含量的测定 物理法》进行试验。



2.2 不同粘纤含量对溶解的影响


用标准贴衬布配比不同粘纤/ 棉的百分含量,然后根据GB/T 2910.6-2009 中规定的70 ℃甲酸/ 氯化锌法进行多组试验

 

粘纤/ 棉混纺产品,粘纤含量小于5 % 或者粘纤含量大于95 %时,甲酸/ 氯化锌法溶解结果偏差较大,而粘纤含量在10-90 % 之间时,其测试结果偏差在允差范围内,粘纤含量在15-85 % 时测试结果尤其稳定。这种现象影响因素较多,诸如纤维原料、甲酸/ 氯化锌试剂自身的不稳定性、棉的损伤程度以及棉粘纤化学性质的相似性等。

 


2.3 棉纤维损伤的不确定性


从纤维到成品的加工经过很多工艺,各道工序均会对纤维有不同程度的损伤,纤维的强力、伸长等性能会受到影响。纤维原料自身的差异,使得甲酸/ 氯化锌试剂对纤维的损伤程度亦有所不同。尤其对于一些牛仔面料,当粘纤含量较少时,经常出现溶解过度的现象,棉损伤较大,导致粘纤测试结果偏高。

 

现准备四块不同面料,其成分均为棉/ 粘纤,且粘纤含量均较少。根据GB/T 2910.6-2009 中70 ℃甲酸/ 氯化锌法和FZ/T 01101-2008 物理法分别进行测试


三块牛仔面料用70 甲酸氯化锌法测试结果粘纤含量偏高,而根据经验估算粘纤含量得知物理法测试结果更接近真值。这说明这三块牛仔面料的纤维原料较差,由于棉纤维在加工中经受到严重的化学降解,在70 甲酸氯化锌溶液中棉损伤程度变大,棉的损伤系数明显高于标准中规定的1.03。第四块白色轻薄棉粘纤机织面料,不考虑棉损伤1.03 时其测试值与物理法测试值接近,可见该块样品棉的损伤系数明显小于1.03,可忽略不计。虽然,标准GB/T 2910.6-2009 中也规定了:本部分不适用于棉纤维已经受到严重的化学降解的情形,但是标准研究的滞后性和样品的多样性是矛盾的,这就要求实验员在平时的检测中要评估样品的纤维含量范围、纤维是否受到严重化学降解,防止结果偏离较大。因此,甲酸氯化锌溶液对棉的损伤系数还须继续研究,以确保检测结果的准确性。


结 论
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(1)棉和再生纤维素纤维混纺的深色产品,尤其是莱赛尔混纺产品,在溶解过程中通常会出现溶液粘稠、呈果胶状、抽滤不畅的现象,测试结果偏差较大、重现性差,在测试前对样品进行剥色是通用方法。剥色后的样品有利于化学溶解过程的顺利进行,同时剥色对样品的损伤可以忽略不计。


(2)粘纤含量值小于5 % 或者大于95 % 的产品,其测试结果偏差较大;当粘纤含量在15-85 % 时其测试结果较稳定,偏差较小。


(3)对于已发生严重化学降解的棉纤维的混纺产品、经特别处理后的再生纤维素纤维、不能完全溶解或者过分溶解在甲酸/ 氯化锌溶液的棉/ 再生纤维素纤维混纺产品可按FZ/T 01101-2008 标准规定的显微镜物理测定法进行试验。该物理法不受试剂、温度、染料、原料的影响,减少有毒试剂的使用,降低对环境的污染和人体的危害。

(来源:优标检测)

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