竹纤维鉴别方法的研究

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竹纤维作为一种可再生、可降解、廉价、资源丰富的纤维素纤维,因具有良好的理化性能,近年来受到了越来越多人的青睐。然而,由于竹原纤维与竹浆纤维、竹原纤维与麻类纤维、竹浆纤维与粘胶纤维具有极其相似的形态结构或理化性质,竹纤维的有效鉴别成为当前研究的难题,至今尚未得到竹纤维鉴别方法的统一标准。因此,市场中以麻类纤维、粘胶纤维假冒竹纤维的现象频频发生,竹纤维的鉴别成为困扰其新产品推广的壁垒。目前,针对竹纤维的鉴别,人们采用一些常规检测方法进行了探索研究,但在适用性和有效性上仍有欠缺。本文广泛收集国内主要竹纤维生产厂家生产的竹原纤维和竹浆纤维,应用常规检测方法对其进行了全面综合的研究,并在此基础上提出近红外测试方法,实现了对竹原纤维、竹浆纤维、苎麻纤维、亚麻纤维和粘胶纤维的鉴别。具体内容如下:首先,使用手感目测法,初步掌握了竹原纤维、竹浆纤维、苎麻纤维和粘胶纤维的宏观形态特征。结果表明:竹原纤维长度短且不均匀,手感粗硬,不卷曲,光泽较暗淡;苎麻纤维长度较长,手感粗硬,纤维平直;竹浆纤维和粘胶纤维相似,长度约为38mm,比前两者细,手感柔软细腻,纤维呈自然卷曲状,富有光泽。第二,对比分析竹原纤维、竹浆纤维、苎麻纤维和粘胶纤维的光学显微镜和扫描电镜观察结果,研究了各纤维的微观形态特征。结果表明:竹原纤维和竹浆纤维的横、纵向形态特征差异很大,竹原纤维横截面为椭圆或腰圆形,而竹浆纤维为不规则的锯齿形,竹原纤维的纵向不光滑、有横节,而竹浆纤维纵向有多条轴向条纹,二者很易区分;但苎麻纤维和粘胶纤维则分别与竹原纤维和竹浆纤维形态特征相差无几,通过以上两种方法无法鉴别。第三,应用燃烧法、溶解法、红外光谱分析法、X射线衍射法、热重-红外联用分析法对竹原纤维、竹浆纤维、苎麻纤维和粘胶纤维进行了全面综合的测试分析,研究了各纤维的理化性能特征。结果表明:竹原纤维和竹浆纤维仅燃烧残留物颜色稍有差异,难以进行准确鉴别;但他们在不同温度下的40%硫酸、37%盐酸和甲酸-氯化锌试剂中溶解特征差异明显,红外光谱图在1105cm-’附近峰形不同,X衍射图的衍射峰形和峰位置也有明显差异,竹原纤维的热稳定性比竹浆纤维好,因此,可以通过以上四种方法对这两种纤维进行鉴别。竹原纤维和苎麻纤维由于燃烧特征完全相同,红外光谱图的峰形、峰强和峰位置基本一致,无法通过燃烧法和红外光谱分析法鉴别;但他们在不同温度下的40%硫酸、37%盐酸和甲酸-氯化锌试剂中溶解特征有所差异,X衍射图的衍射峰形和峰位置也不相同,竹原纤维的热稳定性远大于苎麻纤维,因此,可以使用这三种方对二者进行鉴别。竹浆纤维和粘胶纤维都是再生纤维素纤维,由于结构性能相似,其燃烧特征、溶解特征完全相同,红外光谱图和X衍射图基本一致,热稳定性也基本相同,因此,无法通过上述五种常规检测方法进行鉴别。第四,研究了近红外光谱建模法对鉴别竹原纤维、竹浆纤维、苎麻纤维、亚麻纤维和粘胶纤维的适用性和有效性。收集种类齐全、代表性强的各纤维样品分别建立建模样品集和验证样品集,在相同条件下扫描纤维的近红外光谱,经一阶导数+矢量归一化预处理后,使用Ward’s algorithm、系统聚类分析法建立各纤维的分组判别模型和综合判别模型,并进行准确度验证。结果表明:各纤维的近红外光谱分组及综合判别模型的准确度较高,不仅纤维的分组判别模型能够对类内纤维进行有效鉴别,而且纤维的综合判别模型能够通过一组模型鉴别出五种纤维,比分组模型更加高效,因此,两种模型都能较好地实现对待测纤维的简单、快速、准确和无损鉴别。
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