差示掃描量熱法鑒別PET、PTT和PBT纖維

戎斐++++戴景

摘要：

利用差示掃描量熱法（DSC）測定了PET、PTT和PBT 3種聚酯纖維的DSC曲線，并比較了原始樣品與經過熔融淬冷樣品的DSC曲線之間的差異。結果表明，后者更有利于區分上述3種纖維，并據此建立了鑒別這3種聚酯纖維的方法。

關鍵詞：差示掃描量熱法；定性分析；PET；PTT；PBT

1 引言

隨著生產技術和工藝的進步，聚酯纖維家族中聚對苯二甲酸乙二酯（PET）纖維、聚對苯二甲酸丙二酯（PTT）纖維和聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）纖維的應用日漸增多。PTT纖維除具有PET纖維的基本特性之外還具備優良的可染性、伸長和回彈性；PBT纖維強度高、結晶速度快，有極好的伸長彈性回復率和柔軟易染色的特點。要鑒別這3種聚酯纖維，以現有的纖維定性分析方法存在一定困難。目前檢測機構針對合成纖維的定性分析手段主要有溶解法、熔點法和紅外光譜法。由于PET、PTT和PBT同屬于芳香族聚酯，分子結構相似，無法通過化學溶解法加以區分，三者重復結構單元的差異僅僅是亞甲基的數量不同，導致其紅外光譜也十分相似，難以通過紅外光譜法加以區分。熔點法由于依靠人工判斷被測纖維是否熔融，測試結果存在主觀性，難以對熔點接近的PTT和PBT準確區分。

差示掃描量熱法（DSC）是使樣品處于程序控制的溫度下，觀察樣品和參比物之間的熱流差隨溫度或時間變化的函數，可精確測定材料的熔融與結晶過程、玻璃化轉變溫度、反應熱、特征溫度、相轉變等特性。本文利用差示掃描量熱法測定并研究了PET、PTT及PBT 3種聚酯纖維的DSC曲線，建立了這3種聚酯纖維的定性鑒別方法。

2 試驗部分

2.1 儀器耗材及樣品

儀器耗材：耐馳（Netzsch）STA449 F3 Jupiter同步熱分析儀、鋁坩堝、高純氮氣、哈氏切片器等。

樣品：PET纖維、PTT纖維、PBT纖維。

2.2 試驗步驟

用哈氏切片器將纖維切成粉末狀并稱取3mg～5mg做樣品置于鋁坩堝內，以氮氣做保護氣，流量20mL/min，初始溫度為50℃，以10℃/min的速率升溫至300℃并保持5min，記錄樣品的第一次升溫曲線。取出裝有樣品的坩堝立即投入冷水中淬冷，再次以初始溫度50℃、10℃/min的速率升溫至300℃，記錄樣品的第二次升溫曲線。

2.3 結果與討論

PET纖維、PTT纖維及PBT纖維的第一次升溫曲線如圖1所示，3條曲線上都僅有一個熔融吸熱峰，峰值溫度分別為252.9℃、226.2℃及221.5℃。可見在原始樣品的DSC曲線上，PET纖維比較容易通過熔點與其他兩種聚酯纖維區分開來，而由于PTT纖維和PBT纖維的熔點接近，彼此相差不到5℃，因此根據原始樣品的DSC測試結果并不能很好地對PTT纖維和PBT纖維加以區分。

圖2為3種聚酯纖維經過淬冷處理后的第二次升溫曲線。經過熔融并淬冷后，PET纖維及PTT纖維的熔融峰值溫度分別為253.2℃及225.9℃，與淬冷處理前的測試結果相差不大。而PBT纖維淬冷后熔融峰的峰形發生了變化，由淬冷前的單峰變為雙峰，峰值溫度分別為220.5℃和226.0℃。這種現象一般認為是由于PBT纖維經過淬冷處理后存在的不夠完善的晶區熔化-再結晶或結晶的重組所導致的多重熔融行為[1-2]。PBT纖維在上述試驗條件下熔融淬冷后產生熔融雙峰的現象可以作為鑒別PBT纖維尤其是區分與其熔點接近的PTT纖維的依據之一。此外，在第二次升溫過程中，PET纖維和PTT纖維均出現了冷結晶峰，峰值溫度分別為139.0℃和65.3℃，而PBT纖維在測試溫度范圍內未出現冷結晶峰。冷結晶峰是聚合物中應當結晶部分受結晶溫度和時間限制未能完全結晶，當溫度高于玻璃化轉變溫度后未完全結晶部分的分子鏈又具有足夠的運動能力重新排列成新的晶區，從而在DSC曲線上產生放熱峰。而由于PET、PTT、PBT的結晶能力依次增大[3]，它們在相同的淬冷條件下的結晶完善程度也依次增高，從而造成了三者冷結晶峰的差異。因此，根據樣品淬冷后不同的冷結晶峰也能夠對這3種聚酯纖維進行鑒別。

3 結論

試驗表明，通過比較PET、PTT及PBT聚酯纖維DSC圖譜上各個熱效應峰的峰形、峰位等特征可以準確地對它們進行定性鑒別。同時，纖維樣品經熔融淬冷前后的DSC測試結果顯示，將樣品進行熔融淬冷處理后再進行測試所得到的DSC圖譜能更清楚地反映纖維自身的特性，有利于對這3種纖維進行區分。

參考文獻：

[1]HG Kim， RE Robertson.Multiple melting endotherms in isothermally melt‐crystallized poly（butylene terephthalate） [J].Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics： 1998， 36（10）， 1757-1767.

[2]Yasuniwa Munehisa， Tsubakihara Shinsuke， Ohoshita Kazuhito， Tokudome Shinichi. X-ray studies on the double melting behavior of poly（butylene terephthalate）[J]. Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics： 2001， 39（17）， 2005-2015.

[3]陳國康， 顧利霞. 聚對苯二甲酸丙二醇酯樹脂的結晶特性和結晶動力學[J]. 高分子材料科學與工程， 2001，17（1）：141-145.

（作者單位：上海市質量監督檢驗技術研究院纖維檢驗所）endprint