维纶基大豆蛋白纤维与维纶纤维的定性鉴别

谷小辉++++曹月婵++++湛权

摘要：介绍了维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维的制备过程和产品性能，提出目前市场和检测机构存在的问题。对这两种纤维采用燃烧鉴别法、显微镜观察法、化学溶解法、红外吸收光谱法和氨基酸含量测定法进行详细的比较分析。结果表明：维纶基大豆蛋白纤维的燃烧气味为烧毛发臭味，横截面呈哑铃形有明显的细微孔隙，纵向有沟槽和扁平海岛状的凹凸结构；维纶纤维的燃烧气味为苦香气味，横截面呈腰圆形，有皮芯结构，纵向有沟槽。在常温下可用37%盐酸、40%硫酸、88%甲酸和甲酸/氯化锌溶液将维纶基大豆蛋白纤维与维纶纤维进行区分。通过红外光谱分析得知，维纶基大豆蛋白纤维是聚乙烯醇和大豆蛋白质的双组分纤维，它的吸收谱带除酰胺吸收谱带Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ外，其余的吸收谱带与维纶纤维相同。在氨基酸含量检测中可明显得到维纶基大豆蛋白纤维的氨基酸含量比维纶纤维高。

关键词：维纶基大豆蛋白纤维；维纶纤维；鉴别；分析

1 引言

随着科学技术的不断进步，新型纤维的不断出现，纤维之间的混纺变得异常广泛，因此在纤维加工和织物制作以及选用衣料过程中常常需要鉴别纤维[1-4]。为了标注产品信息和维护市场的有序竞争、生产者和消费者的利益，对纺织材料的鉴别就变得非常重要。在近几年出现的新型纤维中，大豆蛋白纤维属于再生植物蛋白纤维类，它是以榨过油的大豆豆粕为原料，利用工程技术，提取出豆粕中的球蛋白，制成一定浓度的蛋白质纺丝液，再通过添加功能性助剂，改变蛋白质空间结构，经湿法纺丝而成[5-12]。在维纶基大豆蛋白纤维中，大豆蛋白质占22%～55%，聚乙烯醇和其他化学成分占45%～77%。维纶纤维以性能稳定的乙烯醇醋酸酯（即醋酸乙烯）为单体聚合，然后将生成的聚醋酸乙烯醇水解得到聚乙烯醇，纺丝后再用甲醛处理，在高分子链中引入六元环结构生成聚乙烯醇缩甲醛。维纶基大豆蛋白纤维细度细，制品手感特别柔软、光滑，穿着非常舒适，同时其原料丰富且具有可再生性，不会对资源造成掠夺性开发[13-17]；维纶纤维原料易得，制造成本低廉，纤维强度良好，维纶纤维面料一般纯纺极少，多与其他纤维进行混纺或交织，维纶的性质酷似棉花，因此有“合成棉花”之称，因此这两种纤维已在市场上得到广泛的应用[18-19]。维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维的颜色泛黄，主要的化学成分为聚乙烯醇，它们各自的混纺材料具有部分相同的物理化学性质，它们的产品性能具有柔软、保暖性好、耐碱等优良性能。目前对维纶基大豆蛋白改性纤维混纺产品和维纶混纺产品的定性定量主要方法还是燃烧法、溶解称重法、显微镜观察截面法，而这些方法具有结果不准确、速度慢等缺点，但是客户送来样品后希望很快就能知道检测结果，因此快速准确地检测产品纤维种类及含量一直是纺织品检测部门不断探索的方向。与此同时，与其相对应的纤维成分的标准也还没有严格地制定，因此生产、市场以及检测部门急需这方一面的探索和研究[3，13，15]。

本文采用燃烧鉴别法、显微镜观察法、化学溶解法、红外吸收光谱法和氨基酸含量测定法等对维纶基大豆蛋白纤维与维纶纤维的鉴别定性进行了研究，并重点对化学溶解法、红外吸收光谱法和氨基酸含量测定法这几种定性鉴别方法进行分析比较，选出适合维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维的快速的鉴别方法，从而进一步为维纶基大豆蛋白纤维或维纶纤维混纺材料快速准确地检测纤维种类及定量奠定基础。

2 仪器规格和试剂部分

纤维细度成分显微分析仪；梅特勒-托利多AE200电子天平；AS型水浴恒温振荡器；Nicolet 6700傅立叶变换红外光谱仪；ULE400型恒温烘箱；硅油油浴锅；氨基酸测定仪器。

甲酸（88%），硫酸（75%），浓硝酸，氢氧化钠溶液（2.5%），甲酸/氯化锌。

3 结果与分析

3.1 燃烧特征分析

燃烧鉴别法是依据纤维接近火焰时、在火焰中和离开火焰后的不同燃烧状态和熔融情况，燃烧时散发的气味以及燃烧剩余物的颜色、形状、硬度等来鉴别纤维的方法。用镊子夹持50mg～100mg待鉴别纤维的一端，缓慢地移近火焰，观察纤维在整个燃烧过程中所发生的现象。维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维的燃烧特征见表1。

由表1我们可得到维纶基大豆蛋白纤维与维纶纤维燃烧状态、火焰颜色、气味等这些特点有着明显差异，但是，在实际混纺纤维材料中，燃烧法只能够区分纤维的大类，并不能准确地鉴别出是哪一种具体的纤维，因此对混纺产品还需做进一步的检测定性。

3.2 纤维显微分析

考虑到鉴别方法的实用性，本文利用纤维细度成分显微分析仪采集大豆蛋白纤维和维纶纤维的纵横向形态特征图。纵向制片：将纤维手扯伸直平行，抽取少量置于载玻片上，滴上石蜡油，覆上盖玻片，在显微镜下观察纤维纵向形态；截面制片采用哈氏切片器，将整理好的纤维嵌于切片器凹槽中，切出10μm～30μm的薄片，用火棉胶凝固，在显微镜下观察纤维横截面形态。

维纶基大豆蛋白纤维、维纶纤维的纵横截面特征描述如表2所示，纵横截面照片如图1和图2所示。

（a）维纶基大豆蛋白纤维 （b）维纶纤维

图1 显微镜下两种纤维的纵向形态图

（a）维纶基大豆蛋白纤维 （b）维纶纤维

图2 显微镜下两种纤维的横截面图

由上图观察来看，维纶基大豆蛋白改性维纶的纵横截面形态与维纶纤维的较为相似，因此在检测过程中我们不能只用显微镜观察法定性，另外对维纶纤维这一类化学纤维也无法只根据表面形态鉴别，还需结合其他检测方法作进一步检验。

3.3 溶解试验

化学溶解法是利用不同纤维在不同化学溶剂、不同温度下的溶解性来鉴别纤维的方法。在试验时，为获得较准确的试验结果，必须严格控制化学试剂的浓度、处理温度和溶解时间。本测试中选用10种化学试剂对维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维进行溶解试验，结果见表3。

从表3可以看出，在常温下维纶基大豆蛋白纤维部分溶解于37%盐酸、40%硫酸、88%甲酸溶液，而维纶纤维在上述溶液中常温下即可全部溶解；维纶基大豆蛋白纤维溶于常温下的甲酸/氯化锌溶液，而维纶纤维不溶于甲酸/氯化锌溶液。在常温和煮沸的N-N二甲基甲酰胺、丙酮和苯酚几种溶液中，维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维都不溶解，发生的现象不明显。这表明用37%盐酸、40%硫酸、88%甲酸和甲酸/氯化锌溶液均可将维纶基大豆蛋白纤维与维纶纤维进行区分。

3.4 红外光谱分析

不同种类纤维的红外光谱图都有各自不同的特征，根据这些特征就可以鉴别出纤维的组分，从而判断纤维的种类及名称。本文利用Nicolet 6700傅立叶红外光谱仪对维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维进行红外光谱测试。测试时，直接将待测纤维置于ATR试验台上方，并旋紧ATR附件固定钮，将探头对准检测窗，顺时针旋下，对其施加适当的压力，紧贴样品，直到听见一声响声，开始测试，使红外光束在晶体内发生衰减全反射后，通过样品的反射信号获得其有机成分的结构信息，从而得到样品的红外吸收光谱图。两类纤维红外光谱的主要吸收谱带和红外吸收光谱图如图3所示。

图3 维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维的红外光谱图

由图3可看出大豆蛋白改性维纶与维纶纤维的红外光谱图基本相同，维纶基大豆蛋白纤维的红外吸收光谱中有氨基酸结构的酰胺（—CH2—CO—NH—）特征吸收，如1646.81cm-1酰胺吸收谱带I、1540.92cm-1酰胺吸收谱带II、1236.89cm-1酰胺吸收谱带III。2907.78cm-1是—CH3伸缩振动所引起的较强吸收，而3277.23cm- 1、1011.43cm-1、840.21cm-1是聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶）的3个典型特征谱带，其中3277.23cm-1是由—OH基的伸缩振动吸收所引起的宽而强纤维素纤维特征吸收峰， 1011.43cm-1处的强吸收和840.21cm-1较弱吸收是C—O—C的伸缩振动。通过分析可知，维纶基大豆蛋白纤维的吸收谱带除酰胺吸收谱带I、II和III外，其余的吸收谱带与维纶相同。

3.5 氨基酸含量分析

纺织品中的蛋白质经盐酸水解成为游离氨基酸，经氨基酸分析仪的离子交换分离柱分离后，与茚三酮溶液产生衍生颜色反应，再通过分光光度计比色测定氨基酸含量，外标法定量。通过测定氨基酸的种类和含量，我们可进一步鉴别维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维。大豆蛋白一般由17种氨基酸组成[11]，维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维中的氨基酸组成和含量测试结果如表4所示。

由表4测试可得维纶基大豆蛋白纤维的氨基酸组成，其大豆蛋白仍是十余种氨基酸等缩聚大分子物质，但其氨基酸的含量与常见的动物蛋白质有很大区别，其特点是丙氨酸和组氨酸等含量极少，而缬氨酸和亮氨酸基本没有，而维纶纤维仅含有微量的天冬氨酸、丝氨酸和酪氨酸。

4 结论

通过测试研究得出了如下准确有效的鉴别方法和程序。

（1） 燃烧法能快速简单鉴别纤维的大类，不能明确混纺纤维中具体是哪种纤维。

（2）显微镜观察法简单易行，但是由于维纶基大豆蛋白改性维纶的纵横截面形态与维纶纤维等相似，不能用显微镜观察法定性。另外，对维纶纤维也无法只根据表面形态鉴别，可以配合其他方法在效率高的基础上提高定性准确性。

（3）通过溶解法能准确地定性鉴别，在常温条件下，可用37%盐酸、40%硫酸、88%甲酸和甲酸/氯化锌溶液对维纶基大豆蛋白纤维与维纶纤维进行区分。

（4）维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维的主要吸收谱带及其特征频率主要区别在于1646.08cm-1、1540.92cm-1、1236.89 cm-1。

（5）对维纶基大豆蛋白纤维和维纶纤维进行氨基酸测定，可分别得到它们各种的氨基酸含量，维纶纤维的氨基酸总含量极少，可进一步区分和鉴别纤维。

参考文献：

[1]李青山，余晓蔚. 纺织纤维鉴别研究新进展[J]. 国际纺织导报，2001， （4） ： 36.

[2]李青山. 纺织纤维鉴别手册[M]. 北京：中国纺织出版社，2003.

[3]章友鹤. 新型化学纤维性能与用途（一）[J]. 现代纺织技术，2011， （2）：58-60.

[4]王华杰，杨旭红. 大豆蛋白纤维性能及产品开发新动向[J].江苏丝绸，2002， （3）：1-4.

[5]王传成. 新型大豆蛋白纤维的性能和应用前景[J]. 鸡西大学学报，2003， 3（1）：58-59.

[6]王其，冯勋伟.大豆纤维性能研究[J]. 北京纺织，2002， 23（l）：50-53.

[7]赵伟玲，郝凤鸣，郭晓玲. 大豆蛋白改性纤维性能测试分析[J]. 棉纺织技术，2002， 30（8）：481-485.

[8]莫尊理，孙亚玲. 第八大人造纤维——大豆蛋白改性纤维[J].化学教育，2007， （8）：8-9.

[9]姚穆，来侃，孙润军，等. 大豆纤维的组成与结构研究[J]. 棉纺织技术，2002， 30（9）：33-35.

[10]翁蕾蕾. 大豆蛋白纤维的性能及产品开发[J]. 毛纺科技，2003， 25（5）：25-27.

[11]姜岩，欧力，李洁，等. 大豆蛋白质纤维的结构研究（I）：大分子组成和化学结构[ J ]. 纺织学报，2004， 25 （6）：43 -44.

[12]季国标. 大豆蛋白纤维[J]. 中国纺织经济，2001， （4）：12-14.

[13]姚穆. 关于大豆蛋白改性纤维开发应用的思考和建议[J]. 棉纺织技术，2001， 29（9）：517-518.

[14]杨伟忠，石红，朱烨. 大豆纤维/腈纶混纺产品的定量分析[J]. 印染，2007，（14）：38-40.

[15]张毅. 大豆蛋白改性纤维性能探讨[J]. 纺织学报，2003， 24（2）：15-17.

[16]赵博，石陶然. 大豆蛋白改性纤维/涤纶混纺纱生产工艺[J]. 现代纺织技术，2003， 11（3）：20-22.

[17]姚穆，来侃，孙润均，等. 大豆和大豆蛋白质组成与结构的研究[J]. 棉纺织技术，2002， 30（9）：545-547.

[18]韩光亭，王彩霞，孙永军等. 大豆蛋白纤维性能分析研究[J]. 纺织学报，2002， 23（5）：45-46.

[19]郁岩，卢彦岭，翟燕. 维纶混纺产品纤维定量分析方法[J].标准与测试， 2012， （6）：165-188.

[作者单位：国家纺织品服装服饰产品质量监督检验中心（广州）]