掃描電鏡和紅外光譜技術(shù)鑒別麻纖維的方法

王 雪，劉 歡，李志通

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000）

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，“輕量化、綠色化、可回收”問(wèn)題日益受到人們的關(guān)注，近年來(lái)，天然纖維尤其是麻纖維在汽車裝飾上得到更加廣泛的應(yīng)用［1］。苧麻、亞麻、大麻、洋麻、黃麻、羅布麻屬于韌皮類纖維，具有強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小、耐磨、吸濕、透氣、透濕性較好的共性［2］。麻纖維具有較強(qiáng)的吸濕能力，在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的回潮率可達(dá)10%～14%；在飽和蒸汽中，其回潮率可達(dá)20%以上，大麻和黃麻可達(dá)30%以上。麻纖維不僅吸濕性好，其散濕速度也快，在相同條件下，散濕速率比棉纖維快30%～50%。且麻纖維是天然纖維中拉伸強(qiáng)度最高的纖維，斷裂伸長(zhǎng)率是天然纖維中最小的，一般只有0.5%～3.5%［3-4］。

本文主要對(duì)亞麻、大麻、洋麻、黃麻4種麻纖維，通過(guò)掃描電鏡（SEM）和紅外光譜（FTIR）技術(shù)進(jìn)行分析鑒別。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

掃描電鏡QUANTA 450（捷克FEI公司）；傅里葉紅外光譜儀Tensor 27（布魯克香港有限公司）。

1.2 測(cè)試

1.2.1 表面微觀形貌

利用掃描電鏡（SEM）對(duì)纖維樣品表面進(jìn)行觀察。

1.2.2 紅外光譜分析（FTIR）

將纖維樣品直接放置于ATR（ZnSe晶體）樣品臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)壓頭將樣品壓實(shí)，進(jìn)行紅外測(cè)定，數(shù)據(jù)采集設(shè)置為：分辨率4cm-1；掃面時(shí)間16Scan；掃面范圍4 000cm-1～500cm-1；檢測(cè)器DTGS；分束器KBr。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維微觀形貌

亞麻、大麻、洋麻、黃麻的微觀形貌分析如圖1～圖4所示，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 亞麻、大麻、洋麻、黃麻的微觀形貌

圖1 亞麻纖維放大2 000倍SEM照片

2.2 紅外光譜分析

麻纖維主要是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、脂肪和蠟質(zhì)以及一些水溶性物質(zhì)等化學(xué)成分組成［5］，主要成分纖維素是β-D葡萄糖1，4連結(jié)的聚合體，即1，4-β-D吡喃葡萄糖，其化學(xué)式為（C6H10O5）n，結(jié)構(gòu)式如圖5［6］。本文所述4種麻纖維的成分如表2。紅外光譜圖反應(yīng)出的是麻纖維中所有組分的特征峰，所以4

圖2 大麻纖維放大2 000倍SEM照片

圖3 洋麻纖維放大2 000倍SEM照片

圖4 黃麻纖維放大2 000倍SEM照片

種麻纖維的紅外光譜圖基本一致。

圖5 纖維素分子鏈結(jié)構(gòu)式

表2 麻纖維的成分［7］ 單位：%

圖6中3 500～3 300cm-1區(qū)域較寬的吸收峰為纖維素分子內(nèi)-OH伸縮振動(dòng)；2 850～2 920cm-1區(qū)域?yàn)镃-H伸縮振動(dòng)，1 730cm-1左右為半纖維素和木質(zhì)素中的非共軛羰基的伸縮振動(dòng)；1 640～1 610cm-1之間的寬峰為木質(zhì)素中共軛羰基和C=C伸縮振動(dòng)的重疊吸收峰，1 425cm-1為纖維素與木質(zhì)素中的CH2彎曲振動(dòng)，1 315cm-1為木質(zhì)素中的O-H彎曲振動(dòng)，1 235cm-1為C-C，C-O，C=O伸縮振動(dòng)的重疊峰，1 156 cm-1、1 101cm-1、1 056cm-1處為纖維素中葡萄糖環(huán)中的C-O醚鍵的伸縮振動(dòng)，898cm-1處為纖維素中β-D-葡萄糖苷鍵的特征吸收振動(dòng)譜帶。

圖6 麻纖維的紅外光譜圖

圖7 麻纖維的紅外光譜圖局部放大

雖然4種麻纖維的紅外光譜圖很相似，但也有細(xì)微的差別。圖7中洋麻和黃麻在1 505cm-1、1 595cm-1處有明顯的芳環(huán)骨架振動(dòng)的吸收峰，且在1 455cm-1處有明顯的甲基或亞甲基的C-H彎曲振動(dòng)，這可能是由于洋麻和黃麻中的木質(zhì)素含量比亞麻和大麻多而出現(xiàn)的。亞麻和大麻在2 850cm-1處的C-H伸縮振動(dòng)比洋麻和黃麻明顯，且亞麻在1 200cm-1～1 400cm-1之間出現(xiàn)6個(gè)吸收峰。4種麻纖維紅外吸收峰歸屬見(jiàn)表3。

表3 麻纖維紅外吸收峰歸屬

3 結(jié)論

（1）掃描電鏡（SEM）結(jié)果：亞麻纖維表面光滑，有規(guī)律的橫節(jié)，無(wú)縱向條紋；大麻纖維表面較粗糙，有縫隙和孔洞，無(wú)橫節(jié)；洋麻纖維表面有較多雜質(zhì)使其凹凸不平，裂隙、扭曲較大；黃麻纖維有許多互不相交的溝槽，少量的縫隙和孔洞。

（2）紅外分析（FTIR）結(jié)果：洋麻和黃麻纖維光譜圖尤其相近，不易區(qū)分，兩者均以在1 450cm-1～1 600cm-1范圍內(nèi)的芳環(huán)吸收峰區(qū)別于亞麻和大麻；大麻纖維1 730cm-1處吸收峰很弱，而亞麻在1 200 cm-1～1 400cm-1之間出現(xiàn)6個(gè)吸收峰。

［1］ 張 卓，任忠海，葉湖水.麻纖維在汽車工業(yè)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用與展望［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，（10）：250-251.

［2］ 曲麗君.麻纖維在汽車用裝飾材料中的應(yīng)用［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2002，（8）：36-38.

［3］ 于偉東.紡織材料學(xué)［M］.北京：中國(guó)紡織出版社，2006.

［4］ 彭文芳.黃麻纖維的性能及服用織物開(kāi)發(fā)前景［J］.山東紡織科技，2007，（2）：44-46.

［5］ 王曉霞，侯 斌，王正德，等.天然纖維的特性與應(yīng)用［J］.輕紡工業(yè)與技術(shù)，2013，（10）：5.

［6］ 鄧云紅.麻纖維化學(xué)脫膠前后結(jié)構(gòu)和性能的研究［D］.上海：東華大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014.

［7］ 姚 穆，周錦芳，黃淑珍.紡織材料學(xué)［M］.北京：中國(guó)紡織出版社，2000.