羽毛絨粉塵的分類與識(shí)別

解項(xiàng)東，王宗乾，李長龍，劉建國，余濤厚

(1.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000； 2.古麒羽絨股份公司，安徽 蕪湖 241000)

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羽毛絨粉塵的分類與識(shí)別

解項(xiàng)東1，王宗乾1，李長龍1，劉建國2，余濤厚1

(1.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000； 2.古麒羽絨股份公司，安徽 蕪湖 241000)

粉塵是影響羽毛絨品質(zhì)的重要指標(biāo)，為探究粉塵的組成與來源，實(shí)驗(yàn)采用溶解的方法將羽毛絨粉塵劃分為可溶性與漂浮性.統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，漂浮性粉塵質(zhì)量占比平均值為70.88%，具有較大的體積占比，其他為可溶性粉塵.采用顯微圖像分析法對粉塵的宏觀形貌進(jìn)行識(shí)別，顯示羽毛絨粉塵主要以塊狀、桿狀、絲狀與不規(guī)則狀存在且分屬不同組分.塊狀主要是表皮組織，桿狀主要是毛桿粉塵和小血管組織，絲狀與不規(guī)則狀主要是絨絲或羽小枝斷裂時(shí)產(chǎn)生的.采用SEM對粉塵的斷面微觀形貌進(jìn)行檢測，依據(jù)不同的斷面形貌分析了其形成機(jī)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為羽毛絨水洗工藝的設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，同時(shí)為降低羽毛絨粉塵提供了參考與借鑒.

羽毛絨；粉塵；溶解；SEM；形貌

粉塵問題已成為當(dāng)前評價(jià)羽毛絨品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，羽毛絨粉塵是灰沙、皮屑、羽絲、絨絲、外來物等的混合物，主要是羽毛、羽絨損傷斷裂時(shí)產(chǎn)生的，具有體積小、難以收集、形狀各異、易吸附、表面多孔、能長時(shí)間飄浮在空氣中等特點(diǎn).長期以來，羽毛絨粉塵被認(rèn)為是羽毛絨制品誘發(fā)過敏、刺激呼吸道的主要來源,在呼吸作用下，羽毛絨粉塵極易進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，引發(fā)過敏原與肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞結(jié)合，誘發(fā)過敏性鼻炎、鼻膜炎；也能使支氣管、喉部黏膜水腫，誘發(fā)支氣管痙攣、哮喘；當(dāng)黏附在人體表皮組織上時(shí)，會(huì)刺激皮膚黏膜，使眼睛、耳朵和上腭部刺癢，造成過敏性皮炎或其他過敏性皮膚病[1-2].

近年來，隨著鴨苗培育、養(yǎng)殖和飼料技術(shù)的進(jìn)步，肉鴨的養(yǎng)殖周期進(jìn)一步縮短，俗稱為“速生鴨”，如“櫻桃谷”品種肉鴨出欄僅需28天.藥物及快速飼養(yǎng)方式使“速生鴨”的羽毛絨發(fā)育不良，成熟率較低，含脂率明顯高于普通肉鴨，羽軸、羽枝、絨絲更加柔弱,經(jīng)過拔毛與水洗后，更易產(chǎn)生粉塵[3].

目前，尚沒有對羽毛絨粉塵進(jìn)行檢測的方法與儀器，僅靠目測和經(jīng)驗(yàn)對粉塵的含量及類別粗略進(jìn)行評價(jià)，不能對粉塵的含量、分屬組分及來源進(jìn)行準(zhǔn)確判定，進(jìn)而無法對羽毛絨粉塵的預(yù)防與消除、水洗工藝、生產(chǎn)安全與防范措施進(jìn)行優(yōu)化.為此，本課題對羽毛絨粉塵的宏觀和微觀形貌進(jìn)行了分析研究，對粉塵進(jìn)行了歸類，對推斷粉塵的斷裂形成機(jī)制、調(diào)整和改進(jìn)水洗工藝、降低粉塵含量、減少粉塵對人體的損傷和危害、規(guī)范羽毛絨的安全生產(chǎn)等具有重要價(jià)值,對羽毛絨粉塵檢測設(shè)備的研發(fā)也有指導(dǎo)意義.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和試劑、儀器

材料和試劑：水洗羽毛絨(古麒羽絨股份公司)，蒸餾水，丙三醇，載玻片，蓋玻片，定性濾紙等.

儀器：MC-D500U(C)高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(Phenix鳳凰)，S-4800掃描電子顯微鏡(日本日立)，SHB-111循環(huán)水式多用真空泵，HH-1型數(shù)顯恒溫水浴鍋，JJ-1 型增力電動(dòng)攪拌器，DZX-6022B型真空干燥箱，電子天平(賽多利斯,精確度為0.001 g)，LBX-212羽絨前處理箱(箱體容積為40 cm×40 cm×40 cm，四面均為0.250 mm的不銹鋼網(wǎng))，吹風(fēng)機(jī)，毛刷等.

1.2 羽毛絨粉塵提取與圖像采集

1.2.1 羽毛絨粉塵的提取

精確稱取一定質(zhì)量的水洗羽毛絨放置在恒溫箱內(nèi)，在溫度(20±2)℃、空氣相對濕度(65±2)%的環(huán)境中自然平衡12 h后轉(zhuǎn)移至羽絨前處理箱中.然后,用吹風(fēng)機(jī)在距離四面不銹鋼網(wǎng)10 cm處吹3 min，在溫度(20±2)℃、空氣相對濕度(65±2)%的環(huán)境中自然平衡24 h，收集飛出不銹鋼網(wǎng)的羽毛絨粉塵，計(jì)算羽毛絨的質(zhì)量損失率.取樣10次，分別進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)操作.

1.2.2 粉塵的溶解與漂浮性粉塵的提取

精確稱取一定質(zhì)量的采集粉塵溶于蒸餾水中，在40 ℃下攪拌1 h.然后,將混合溶液冷卻至室溫后過濾，多次溶解，去除可溶性粉塵，提取漂浮性粉塵并烘干，測試各成分的質(zhì)量比.

1.2.3 漂浮性粉塵宏觀形貌圖像的采集

將提取的漂浮性粉塵混合均勻，從中隨機(jī)夾取粉塵試樣置于載玻片上，滴上適量的丙三醇溶液，蓋上蓋玻片,用高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)觀察并采集粉塵的宏觀形貌圖像.

1.2.4 漂浮性粉塵微觀形貌圖像的采集

把導(dǎo)電膠粘貼于樣品臺(tái)上，隨機(jī)夾取1.2.3中混合均勻的漂浮性粉塵試樣于導(dǎo)電膠上,將樣品臺(tái)進(jìn)行鍍金處理，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察并采集粉塵的微觀形貌圖像.

2 結(jié)果與討論

2.1 粉塵的溶解與分析

粉塵分類及質(zhì)量占比見表1.

表1 粉塵分類及質(zhì)量占比Tab.1 The dust classification and mass proportion

由表1可知，羽絨的質(zhì)量損失率為5.64%～7.84%，平均值為6.48%.造成羽絨質(zhì)量損失的原因是產(chǎn)生了可溶性粉塵和漂浮性粉塵，其中漂浮性粉塵的平均質(zhì)量占比達(dá)70.88%.漂浮性粉塵的密度小，具有漂浮分散特性，給使用者帶來了極大不便.羽絨中的漂浮性粉塵主要來自羽毛絨本身的蛋白質(zhì)與油脂，在羽毛絨加工過程中，羽毛絨在機(jī)械外力作用下進(jìn)入水洗機(jī)、脫水機(jī)、烘干機(jī)等設(shè)備中，與各個(gè)設(shè)備之間會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的機(jī)械作用，一部分羽毛絨會(huì)斷裂損傷，產(chǎn)生漂浮性粉塵[4]；水洗時(shí)，在精洗劑、脫脂劑、過氧化氫等化學(xué)試劑的氧化侵蝕下，蛋白質(zhì)迅速降解，甚至造成肽鍵的破壞，一部分羽毛絨的羽軸、羽枝、絨絲等表面變得更加粗糙，斷裂強(qiáng)度降低，失去彈性與柔軟性，進(jìn)而斷裂損傷，形成漂浮性粉塵[5-6]；在脫水機(jī)、儲(chǔ)毛箱、烘干機(jī)等設(shè)備的濕熱環(huán)境作用下，羽毛絨會(huì)老化，部分氨基酸流失，蛋白質(zhì)大分子遭到破壞，一部分羽毛絨會(huì)損傷斷裂，形成漂浮性粉塵[7]；由于羽毛絨屬于蛋白質(zhì)材料[8]，經(jīng)過打包后的羽毛絨在存儲(chǔ)環(huán)境較差時(shí)，極易受到細(xì)菌的侵蝕，強(qiáng)度、韌性降低，進(jìn)而產(chǎn)生斷裂損傷，形成漂浮性粉塵[9].粉塵中,可溶性粉塵的質(zhì)量占比低于33%，密度較大，體積占比很小，因其具有溶解性能，推斷可溶性粉塵主要是殘留在羽毛絨上的灰沙、雜質(zhì)等.

2.2 漂浮性粉塵的宏觀形貌分析

將實(shí)驗(yàn)提取的漂浮性粉塵進(jìn)行宏觀形貌采集測試，測試結(jié)果顯示漂浮性羽毛絨粉塵呈多種幾何形狀，如圖1和圖2所示.

(注：圖像的放大倍數(shù)為60～100.)圖1 漂浮性粉塵不同的宏觀形貌圖像Fig.1 The macroscopic morphology image of different floating dust

(注：圖像的放大倍數(shù)為60～100.)圖2 不同的半透明狀漂浮性粉塵宏觀形貌圖像Fig.2 The macroscopic morphology image of different translucent floating dust

在漂浮性羽毛絨粉塵試樣中，桿狀和不規(guī)則狀的粉塵最多，其次為塊狀粉塵，絲狀粉塵較少.塊狀粉塵主要是表皮組織，來源于羽毛毛囊或表皮細(xì)胞、皮屑、半透明狀的類脂肪組織、原脂腺的分泌物質(zhì)[10].還有一些塊狀粉塵形成的原因是精洗時(shí)添加了精洗劑、脫脂劑、過氧化氫等化學(xué)添加劑，使水洗后的羽毛絨油脂含量過低，造成其干枯脆弱，喪失彈性和柔軟性，產(chǎn)生了斷裂損傷.桿狀粉塵主要是脆弱的毛桿粉塵或小血管組織，具有中腔形貌.羽毛最下端的羽根深植于皮膚中，向上是中空粗大的羽軸，拔取時(shí)容易拔出一些神經(jīng)末梢、血管和淋巴管，精洗后仍有一些殘留在羽毛絨上.另外，羽毛在精洗時(shí)，羽軸的軸根與軸管處的損傷斷裂也會(huì)形成桿狀粉塵.絲狀粉塵具有絨小枝的三角形和叉狀節(jié)點(diǎn)，明顯具有翎結(jié)形貌.拔絨朵時(shí)，捏住的絨朵部位離皮膚較遠(yuǎn)時(shí)，易將絨絲拔斷；生產(chǎn)加工中，一部分脫離羽毛絨的羽小枝或絨絲也會(huì)黏附其上.不規(guī)則狀粉塵主要是兩側(cè)密生精細(xì)羽小枝的羽枝斷裂產(chǎn)生的，由小軸管和羽小枝組成，在顯微鏡下呈現(xiàn)細(xì)微的小羽毛形貌.生產(chǎn)加工中對羽毛絨作用的機(jī)械外力過大，精洗劑、過氧化氫等化學(xué)添加劑的氧化作用都會(huì)使羽枝斷裂，產(chǎn)生此種形貌的粉塵.

2.3 漂浮性粉塵的微觀形貌分析

為了分析粉塵的形成機(jī)制，采用掃描電子顯微鏡(SEM)對粉塵的微觀形貌進(jìn)行采集測試，測試結(jié)果表明漂浮性羽毛絨粉塵斷口呈多種斷面形貌，如圖3至圖6所示.

圖3 平正整齊的斷面形貌圖像Fig.3 The image of neat fracture surface morphology

圖4 層層剝離的斷面形貌圖像Fig.4 The image of layers of peeling fracture surface morphology

圖5 原纖化的斷面形貌圖像Fig.5 The image of fibrillated fracture surface morphology

圖6 粉化的斷面形貌圖像Fig.6 The image of powdering fracture surface morphology

從圖3可知，粉塵的斷裂端口比較整齊、平滑，具有一定的方向性,有的切斷面垂直于粉塵軸，有的切斷面斜向于粉塵軸，切斷面都比較平坦.從圖4可知，粉塵的斷裂端口比較粗糙，斷口的橫截面呈不規(guī)則狀，接近斷口的表面剝離起皮，層層剝落，內(nèi)部出現(xiàn)空腔.從圖5可知，粉塵的斷裂端口不整齊，邊緣粗糙，呈蓬松狀,斷裂面不是一個(gè)平面,而是呈纖維狀散開，表明該斷裂是一個(gè)過程，每次羽毛絨的一小部分發(fā)生斷裂，最終完全斷裂.從圖6可知，粉塵的斷裂端口出現(xiàn)粉化現(xiàn)象,表面變得更加粗糙，出現(xiàn)凹痕、孔洞和裂縫，有很多細(xì)小的羽毛絨碎片.除此之外,還有與上述幾種均不相同的斷面形貌，斷面形態(tài)極不規(guī)則，與斷裂端相鄰的一段呈現(xiàn)明顯的表面剝脫和磨蝕形態(tài).

羽毛絨在各種外在因素的作用下,斷裂過程與其斷裂端形態(tài)密切相關(guān)[11]，但其斷裂端形態(tài)是羽毛絨在各種外在因素綜合作用下斷裂過程的反映，不能簡單地根據(jù)纖維的斷裂端形態(tài)推斷其斷裂過程與形成機(jī)制，所以對粉塵的斷裂形成機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究.

3 結(jié)論

(1)對羽毛絨粉塵進(jìn)行提取和溶解實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)羽毛絨中的粉塵含量較低，粉塵可以分為可溶性與漂浮性，其中大部分是漂浮性粉塵，可溶性粉塵的含量較少.

(2)通過對漂浮性粉塵宏觀和微觀形貌的觀察與分析，發(fā)現(xiàn)漂浮性粉塵的宏觀形貌主要有塊狀、桿狀、絲狀和不規(guī)則狀，桿狀和不規(guī)則狀的粉塵占很大一部分；漂浮性粉塵的斷口呈現(xiàn)平正整齊、層層剝離、原纖化、粉化等多種斷面形貌.

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The classification and recognition of feather and down dust

XIE Xiangdong1,WANG Zongqian1,LI Changlong1,LIU Jianguo2,YU Taohou1

(1.CollegeofTextile&Fashion,AnhuiPolytechnicUniversity,Wuhu241000,China; 2.GUQIDown&FeatherCorporation,Wuhu241000,China)

Dust has become an important indicator of the quality of feather and down. To explore the composition and source of dust,we divide the dust into two kinds as soluble and floating by the method of dissolving. Statistics showed that the mass ratio of floating dust accounted for averagely of 70.88% ,and also with a larger proportion of the volume,the other dust was the soluble dust. Microscopic image was used to analyze the macro morphology of dust,The results showed that dust existed in several forms such as massive,rod-shaped,filamentous,and other irregularly forms,the different dust belonged to different components. Massive form mainly consists of skin tissue,rod-shaped mainly of rod dust or small vascular tissue,filamentous and irregularly was mainly caused by the breaking of the feather or down. The micro morphology of dust was observed by SEM,the different morphologies of fracture surface were formed from different fracture mechanisms. The experimental basis was provided from this experiment for the design of feather washing process,and a reference was also provided for reducing the problem of dust.

feather and down; dust; dissolve; SEM; morphology

2016-07-25

安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目(1301zc03087)

解項(xiàng)東(1990-)，男，河南項(xiàng)城人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)紡織品及加工技術(shù).

王宗乾(1982-)，男，山東濟(jì)寧人,副教授，博士，研究方向?yàn)樵偕鞍踪|(zhì)復(fù)合材料與生態(tài)加工技術(shù).E-mail:wzqian@ahpu.edu.cn.

TS959.16

A

1674-330X(2016)04-0001-04