聚對苯撐苯并二惡唑纖維的定性鑒別方法比較

張惠玲等

摘要

本文通過采用燃燒法、顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法、熱重分析法和熱裂解氣相色譜-質譜聯用法等常用的方法，對聚對苯撐苯并二惡唑纖維進行鑒別。

關鍵詞：聚對苯撐苯并二惡唑；定性分析；外觀形態；溶解性能；熱學性能

1 引言

高強高模纖維一般是指拉伸斷裂強度和初始模量大大高于常規纖維的一類特種纖維。聚對苯撐苯并二惡唑纖維是高強高模纖維中的一種，其英文名Poly-p-phenylene benzobisoxazazole，是一種液晶芳香族雜環聚合物。聚對苯撐苯并二惡唑纖維的拉伸斷裂強度高達30cN/dtex，初始模量大于1000cN/dtex，是常規滌綸短纖維的10倍左右，此外，聚對苯撐苯并二惡唑纖維具有良好的耐熱性，聚對苯撐苯并二惡唑纖維不僅僅在工業領域具有良好的應用，在紡織服裝領域也有較為廣泛的應用，如消防服裝等。

目前，國內檢驗機構尚沒有一套系統的方法用于定性聚對苯撐苯并二惡唑纖維纖維，特別是該纖維的熱學特征和性能，相關報道較少，而聚對苯撐苯并二惡唑纖維的實際應用越來越廣泛，急需一種準確的鑒別方法?；诖?，本文采用常用的幾種纖維鑒別方法，鑒別高強高模聚對苯撐苯并二惡唑，根據纖維的各項特征研究定性鑒別方法。

2 試驗準備

2.1 試驗試劑

硫酸、鹽酸、次氯酸鈉、氫氧化鈉、硝酸、甲酸、氫氟酸、冰乙酸、氫氧化銅、硫氰酸鉀、氫氧化銨、N，N-二甲基甲酰胺、二甲苯、丙酮、四氫呋喃、苯酚、四氯化碳、砒碇、1，4-丁內酯、二甲亞砜、環己酮、二氯甲烷、二氧六環、乙酸乙酯。以上試劑均為分析純。

2.2 試驗儀器

日立S3400掃描電鏡、Nicolet iS50、PY-2020iS單點裂解器；7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀等。

2.3 試樣

聚對苯撐苯并二惡唑纖維長絲，規格：4.54tex。

3 纖維鑒別

3.1 燃燒特征

取少量聚對苯撐苯并二惡唑纖維試樣，觀察纖維靠近火焰、接觸火焰和離開火焰時的狀態、燃燒時產生的氣味和燃燒后的殘留物特征。聚對苯撐苯并二惡唑纖維在接觸常規火焰的狀態下，不發生熔融收縮、冒煙等現象，在火焰中呈現赤紅色，離開火焰后纖維不燃燒、不冒煙、不變形，并且無氣味，燃燒后的殘留物與原狀相比，顏色變深，呈灰黑色。這些特征是聚對苯撐苯并二惡唑纖維特有特征，與其纖維本身的特性相關。

3.2 外觀形態

在掃描電鏡下觀察聚對苯撐苯并二惡唑纖維的外觀形態可以看到，如聚對苯撐苯并二惡唑纖維具有表面光滑，而纖維的縱向出現了有規律的溝槽（見圖1）。

按照FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗方法 第3部分：顯微鏡法》中規定的步驟，對聚對苯撐苯并二惡唑纖維進行切片，結果發現對聚對苯撐苯并二惡唑纖維異常堅硬，無法制成切片，這與纖維的高初始模量特性有關，也可以作為鑒別該纖維的特征之一。

圖1 PBO纖維的外觀形態

3.3 溶解試驗

根據FZ/T 01057.4—2007《紡織纖維鑒別試驗方法 第4部分：溶解法》中的規定試劑對聚對苯撐苯并二惡唑纖維進行了溶解試驗，結果見表1。

從表2中得知，除了95%～98%硫酸和65%～68%硝酸，聚對苯撐苯并二惡唑纖維在其他試劑中均不溶解，該結果可作為聚對苯撐苯并二惡唑纖維與其他纖維交織或混紡產品定量分析的重要參考依據。

3.4 紅外光譜法試驗

將纖維按照紅外光譜的制片要求，先將一定量的纖維進行剪切，然后將纖維和KBr混合后在瑪瑙研磨器中研磨，壓制成片后進行紅外光譜試驗，聚對苯撐苯并二惡唑纖維的譜圖分析見表2。

3.5 熱重分析試驗

熱重分析（TGA）技術是在溫度程序變化下通過測量試樣重量的變化，從而反映試樣的性能和效果，每一種高分子材料都有自己特有的熱重曲線及各特征溫度。通過對聚對苯撐苯并二惡唑纖維的熱重分析后，可以得到如圖2的結果。

圖2 聚對苯撐苯并二惡唑纖維TG/DTG曲線

對聚對苯撐苯并二惡唑纖維的熱重分析結果進行分析，可以得到有關聚對苯撐苯并二惡唑纖維的特征分解溫度，其初始分解溫度為520℃和最大分解速率溫度為727℃。

3.6 熱裂解氣相色譜-質譜聯用法試驗

通過熱裂解氣相色譜-質譜聯用技術（Py-GC/MS）能夠對聚對苯撐苯并二惡唑纖維高溫裂解后的物質進行定性和定量分析，分析纖維在一定溫度下特定的特征裂解產物。根據裂解產物種類及其相對豐度、保留時間對纖維樣品進行定性分析。

圖3 聚對苯撐苯并二惡唑纖維在750℃Py-GC/MS總離子流色譜圖

圖3是聚對苯撐苯并二惡唑纖維纖維在750 ℃時 Py-GC/MS分析的總離子流色譜圖。GC/MS分析結果表明，750 ℃時聚對苯撐苯并二惡唑纖維最主要的特征裂解產物分別為二氧化碳、苯甲腈、1，3- -苯二腈、N-（4-氨苯基）-苯甲酰胺，其相對豐度分別為：100.00%、34.60%、13.37%、27.78 %。

4 結論

通過以上試驗可以得出，聚對苯撐苯并二惡唑纖維的定性試驗方法有燃燒試驗、外觀形態觀察試驗、化學溶解試驗、紅外光譜試驗、熱重分析法、熱裂解氣相色譜-質譜聯用法6種方法。

燃燒試驗和外觀形態只能初步對纖維類別進行判定，而不能完全確定纖維的種類，結合化學溶解試驗則基本上可以確認聚對苯撐苯并二惡唑纖維纖維。根據化纖定性的原則，至少要求兩種或兩種以上的方法對其進行確認，同時其化學溶解性能上的獨特性只是限于將其區別于目前我們所熟知的纖維，隨著纖維種類的不斷增加，具有相似溶解性能的纖維可能也會不斷涌現。而紅外光譜試驗、熱重分析法及熱裂解氣相色譜-質譜聯用法雖然僅限于鑒別純紡或最終剩余纖維為聚對苯撐苯并二惡唑纖維，但卻可以對該纖維的類別進行進一步的確認。因此，以上6種方法從各種可能的鑒別方法入手，比較全面地研究了聚對苯撐苯并二惡唑纖維的定性分析方法，完全可以順利實現聚對苯撐苯并二惡唑纖維的鑒別。

參考文獻：

[1]汪家銘. 聚對苯撐苯并二惡唑纖維發展概況與應用前景[J].高科技纖維與應用，2009，（2）：42-47.

[2]欒燕燕，劉雪峰，謝建新. PBO纖維表面超聲化學處理工藝及作用機理[J].高分子材料科學與工程，2009，（9）：86-89.

[3]汪家銘.聚對苯撐苯并二惡唑（PBO）纖維發展概況與應用前景[J].化工新型材料，2009，（10）：23-25.

[4]田欣，全保學，蔣文偉，等.高分子量聚對苯撐苯并雙口惡唑的合成及性能研究[J].化工新型材料，2012，（11）：88-101.

[5]李金煥，黃玉東，許輝. PBO纖維的合成、紡制、微相結構與性能研究進展[J].高分子材料科學與工程，2003，（6）：46-50.

[6]張鵬，金子明，宮平，等.PBO纖維及復合材料研究進展[J].工程塑料應用，2011，（10）：107-110.

[7]吳謙，王棟，孫瑾. PBO纖維研究進展[J]. 遼寧化工，2013，（11）：1323-1324.

（作者單位：江西省纖維檢驗局）endprint