回毛坯布组成成分的定性、定量分析技术

李一东 张腾飞 蔡再生

1. 上海丝绸集团股份有限公司，上海 200030；2. 东华大学化学化工与生物工程学院，上海 201620；3. 东华大学生态纺织教育部重点实验室 国家染整工程中心，上海 201620

自然资源的减少促使研究人员着手对废旧物品加以利用，开发生产新的产品。废旧纺织品的循环利用不仅有利于环境保护，还可以通过开发再利用变废为宝[1]。纺织品在从纤维转变为面料的生产过程中不可避免地会产生一些纺织废料[2]，再加上废弃的旧衣服，每年废旧纺织品的数量庞大。过去，机械设备和技术方面的限制使得大部分的废旧纺织品被采取焚烧处理，且焚烧过程会产生有毒害气体，这不仅浪费了纺织资源，还造成了严重的环境问题[3]。如果能对废旧纺织品进行有效的二次回收利用，则不仅可节约大量的纺织原材料，提高经济价值，创造利润[4-5]，还能减少环境污染，对碳达峰、碳中和具有深远意义。

羊毛纤维毛质柔软、弹性好、隔热性强，历来属高档纺织原材料，其被誉为“纤维之王”。羊毛制品深受国内外消费者的喜爱，因此对羊毛纤维的需求还在增长，但受制于人口的增长、土地资源的减少及牧民的转型，全球羊毛纤维的产量在减少。鉴于羊毛纤维供需的矛盾现状，废旧羊毛织物、羊毛边角料等回收再利用行业正处于回暖的态势。回毛织物是由生产过程中产生的含毛纺织废弃物、边角料，以及回收的羊毛制品等，经混合后加工制成的一种织物。

目前，国内在回收棉、毛、涤纶等产品方面已初步形成完整的产业链。其中，随着工艺的进步，采用环境友好的方法对废旧羊毛织物进行回收利用，已引起广泛的关注，且人们还在探索其新的应用前景[6]。毛纺废料经散纤维处理、混合、梳理、并条、纺纱、织造、染色、整理等工艺加工后得到重新利用[7]，产品成本显著降低。国内较多毛纺企业已开展再生纺织品的研发、生产与利用工作，如江苏省江阴、张家港等地已形成废旧毛纺织品循环再利用产业制造集群。各毛纺厂在生产回毛织物时主要根据经验进行配料，所生产的回毛坯布本身就带有一定的颜色，故对其染浅色、中色比较困难。且回毛坯布成分也比较复杂，其除了含有羊毛纤维外，可能还会含有涤纶、黏胶纤维、醋酯纤维等成分，且含量不确定，这将给打样人员在回毛坯布的染色工艺确认上造成较大的困难，使得制定回毛坯布染色工艺及流程等极为繁琐，耗时、耗力还不能快速响应[8-9]。因此，开发并生产适用市场、满足消费者需求的回毛产品，亟需回毛坯布成分分析的技术支持。

本文拟将探讨回毛坯布成分的定性、定量分析方法，以期为众多的回毛利用再开发生产企业提供一条可借鉴的、可重复的技术路径。

1 试验材料及方法

1.1 材料

回毛坯布，幅宽150 cm，面密度750 g/m2，由江阴笛科隆毛纺有限公司提供。

1.2 测试方法

基于纤维在外观形态和理化性质等方面的差异进行纤维的鉴别。常见的鉴别方法有手感目测法、燃烧法、化学溶解法和红外光谱法等。在实际测试和分析时，一般先用物理或化学方法检测未知纤维的外观形态与理化性质，再与相同条件和方法下测得的已知纤维的外观形态和理化性质相比较，以确定纤维的种类，这是一个定性分析的过程。对于混纺产品，则还需进一步做定量分析，以了解纤维的混纺比。

1.2.1 手感目测法

参照文献[10]，使用VHX-6000超景深三维显微镜观察回毛坯布的表面和侧面的形态，再对照纤维的标准照片和形态描述，初步鉴别回毛坯布中的纤维类别。

1.2.2 燃烧法

参照FZ/T 01057.2—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第2部分：燃烧法》，裁剪4 cm×4 cm的回毛坯布试样，对回毛坯布试样进行拆分，用镊子夹持纤维进行燃烧，观察并辨析纤维燃烧时的状态、气味,以及燃烧后的残留物，鉴别回毛坯布中的纤维类别。

1.2.3 化学溶解法

参照GB/T 2910—2009《纺织品 定量化学分析》系列标准，选择相应的试剂溶解回毛坯布并加以分析、鉴别。

1.2.4 红外光谱法

参照FZ/T 01057.8—2012《纺织纤维鉴别试验方法 第8部分：红外光谱法》标准，鉴别回毛坯布中的纤维类别。

1.2.5 定量分析法

在对回毛坯布中的组分进行初步定性分析后，参考1.2.3节的溶解方案展开定量分析。

2 结果与讨论

2.1 定性分析

先利用手感目测法、燃烧法、化学溶解法初步判定回毛坯布中的纤维类别，然后对残留的未知纤维通过红外光谱法进行鉴定。

2.1.1 手感目测法

观察的回毛坯布的外观形态具体如图1所示。回毛坯布因回收利用的毛纺废料来源广泛，故坯布本身具有一定的颜色且色光复杂。

图1 回毛坯布外观形态照片

经拆解发现：有些纤维卷曲并富有弹性，且手感柔软，初步判断其为羊毛；有些纤维色泽亮丽、富有弹性，且强力较好，初步判断其为涤纶；还有些纤维呈白色卷曲状，能够明显拉长至自身长度的6倍左右，且弹性回复率高，外加拉力撤销后能迅速回弹[11]，初步判断其为氨纶。

2.1.2 燃烧法

燃烧测试发现：未知纤维1#靠近火焰发生卷曲，接触火焰徐徐燃烧，并伴有毛发烧焦的臭味，离开火焰后继续燃烧，部分自行熄灭，燃烧后灰烬较多且呈黑色松脆块状，手捻即成粉末，判断其为羊毛纤维；未知纤维2#靠近火焰快速熔缩，接触火焰缓慢燃烧并发生熔融，同时伴有黑烟产生，部分有熔滴滴落，火焰呈黄色，离开火焰后可继续燃烧，部分自行熄灭，燃烧后的残留物呈黑硬状，手捻可碎，判断其为涤纶[10]；未知纤维3#靠近火焰不发生熔缩，接触火焰迅速燃烧，并伴有烧纸的气味，离开火焰可继续燃烧，残留灰烬呈灰白屑状，判断其为纤维素纤维(如棉纤维、麻纤维、黏胶纤维等)；未知纤维4#靠近火焰发生熔缩，接触火焰发生熔融，离开火焰后自行熄灭，燃烧后的残留物呈灰白色的透明圆珠状，判断其为氨纶。

2.1.3 化学溶解法+红外光谱分析法

基于手感目测法和燃烧法的测试结果可知，回毛织物中含羊毛纤维、氨纶、涤纶及纤维素纤维。为进一步判断所含纤维素纤维具体为何种，将回毛坯布试样放入三角烧瓶中。先按照表1的方案和顺序加入所需用量的溶解试剂，在规定的水浴温度条件下先后溶去回毛坯布中的羊毛纤维、涤纶和氨纶，清洗、中和、烘干后，得到残留纤维。

表1 纤维溶解方案1

再利用FT-IR对残留纤维进行红外光谱分析。用切片器将残留纤维切成颗粒状，与溴化钾混合后一起研磨；将研磨均匀的混合物压成薄片，利用傅里叶变换红外光谱仪对制备好的测试样进行红外光谱分析，结果如图2所示。

图2 回毛坯布溶解后剩余残留纤维的红外光谱

分析图2可知：3 334.3 cm-1处的宽强峰是由O—H伸缩振动引起的；2 888.3 cm-1处的中强峰为C—H的伸缩振动峰；1 713.0 cm-1和1 240.9 cm-1处为C—O的伸缩振动峰；1 048.1 cm-1附近的吸收峰属于—C—O—C—的伸缩振动峰，880.1 cm-1处的峰可能是C—O的面外弯曲振动引起的，722.7 cm-1处的峰是由C—H面内摇摆振动产生的。这些特征峰和吸收谱带与FZ/T 01057.8—2012附录B中所述黏胶纤维的红外光谱图相符合。加之其燃烧时有纸燃味，残留灰烬呈灰白屑状，这进一步佐证了其为黏胶纤维。

综上分析可判断，本文使用的回毛坯布为羊毛纤维、涤纶、黏胶纤维、氨纶的混纺产品。

2.2 定量分析

为更好地帮助企业对回毛坯布进行染色，本文将对回毛坯布中纤维组成成分做进一步的定量分析。第一步，对回毛坯布进行溶解。设定羊毛纤维为第一组分、涤纶为第二组分、黏胶纤维为第三组分、氨纶为第四组分，纤维溶解试验方案如表2所示。

根据表2的溶解方案及顺序，将准备好的回毛坯布放入三角烧瓶中，首先加入100 mL NaClO溶液，充分润湿后于室温水浴中处理40 min，随后过滤、排液，再依次用水清洗、稀乙酸中和；其次，将残留物放入加有100 mL苯酚/四氯乙烷溶液的三角烧瓶中，充分润湿后于(40±5)℃水浴中处理10 min，随后过滤、排液，再依次用乙醇和水充分清洗；最后，将所得残留物放入加有200 mL H2SO4溶液的三角烧瓶中，充分润湿后于(50±5)℃水浴中处理60 min，随后过滤、排液，再用稀氨水处理。每次清洗后先利用重力排液，再利用真空抽吸排液，最后烘干、冷却、称取质量。

表2 纤维溶解试验方案2

溶解的各组分纤维的净干质量百分率(即各组分纤维占回毛坯布的质量分数)计算方法：

P1=100%-(P2+P3+P4)

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：P1——第一组分的净干质量百分率，%；

P2——第二组分的净干质量百分率，%；

P3——第三组分的净干质量百分率，%；

P4——第四组分的净干质量百分率，%；

m0——未处理回毛坯布试样干燥后的质量，g；

m1——经第一种试剂溶解去除第一组分后，残留物的干态质量，g；

m2——经第一、第二种试剂溶解去除第一、第二组分后，残留物的干态质量，g；

m3——经第一、第二、第三种试剂溶解去除第一、第二、第三组分后，残留物的干态质量，g；

d11——第二组分在第一种试剂中的质量损失修正系数，取1.00；

d12——第三组分在第一种试剂中的质量损失修正系数，取1.01；

d13——第四组分在第一种试剂中的质量损失修正系数，取1.00；

d21——第三组分在第一、第二种试剂中的质量损失修正系数，取1.00；

d22——第四组分在第一、第二种试剂中的质量损失修正系数，取1.00；

d31——第四组分在第一、第二、第三种试剂中的质量损失修正系数，取1.00。

由表3可知，本文所用回毛坯布中羊毛纤维质量分数占80.3%，涤纶质量分数占14.9%，氨纶质量分数占3.3%，黏胶纤维质量分数占1.5%。

表3 回毛织物中各组分纤维质量分数

3 结论

(1)在纺织纤维的鉴别过程中，如果只采用单一的鉴别方法，检验结果可能会存在一定的误差，因此可在节约时间与鉴别成本的基础上，综合各种纤维鉴别方法，如手感目测法、燃烧法、红外光谱法、热重分析法、化学溶解法等，快速地对回毛坯布的组分进行定性、定量的分析和鉴别。

(2)采用化学溶解法鉴别纤维需遵循以下原则：①尽量减少试剂鉴定的次数。②不常见的纤维，如玻璃纤维等特种纤维在服用面料中使用很少，故出现的可能性极小，可先加以排除。③尽可能优先考虑尼龙、聚丙烯酸纤维、聚酯纤维等常见纤维。④初步确认所含纤维品种后，选择纤维溶解试剂时，应选用纤维在其中溶解度存在较大差别的试剂。要使用“纤维溶解”的试剂，尽量不使用“纤维部分溶解”或“纤维微溶”的试剂，以提高纤维鉴别的效率和准确性。⑤所用试剂的浓度应反复校对，并进行重复测试，以减小试验误差。

(3)通过对回毛坯布中纤维的定性、定量分析和测试发现，所用回毛坯布中羊毛纤维质量分数占80.3%、涤纶质量分数占14.9%、氨纶质量分数占3.3%、黏胶纤维质量分数占1.5%。

(致谢：特别感谢东华大学化学化生与生物工程学院朱锦对本论文的数据与构思做出的贡献。)