儀綸纖維的定性定量方法研究

何粟華++++施點望

摘要

本文概述了一種由PET纖維衍生的新型纖維——儀綸的定性定量方法研究。由于有相似的大分子鏈，儀綸與PET性質相似，如縱截面橫截面圖、燃燒現象（氣味除外）以及紅外光譜圖；從溶解現象發現儀綸（熔點為236.8 ℃）的化學性質比PET活潑，熱裂解試驗表明酰胺鍵（—CO—NH—）確實被引入PET的大分子鏈，通過一系列試驗最終確立了一個儀綸定性定量方法的標準體系。

關鍵詞：儀綸；定性；定量；纖維

1 引言

由于棉花市場需求與供應矛盾，紡織業中合成纖維，尤其是環境友好型合成纖維引起了廣泛的興趣和研究。合成纖維的好壞一般由彈性、耐磨性、柔軟度、含水率、耐光度、色牢度等決定[1-3]。因此，具有多功能的優良合成纖維亟待開發。在所有合成纖維中，有良好耐熱性和耐腐蝕性的PET聚酯纖維有廣泛運用，在一定程度上緩解了棉花供應需求矛盾。然而，PET的缺點也很明顯：著色性差、成衣筆挺僵硬、回潮率低、結構過于簡單、供應過剩等，作為高性能的合成纖維受到限制。

為改良PET的性能，提高其附加價值，考慮在PET大分子鏈中引入酰胺鍵（—CO—NH—），破壞其大分子鏈的對稱性，從而得到另一種仿棉纖維——儀綸。儀綸纖維（CAS號為25610-75-7） 是由對苯二甲酸（PTA）、乙二醇（EG）和聚酰胺（PA）共聚而成。分子鏈中—CO—NH—的引入使儀綸纖維的玻璃化溫度、強度、抗起球性與PET有很大差別，并以其柔和、速干、易著色等受到關注。儀綸纖維可以與羊毛、棉任意比例混紡，在常壓下染色節約能源，對儀綸的研究仍有拓展空間。

然而，儀綸缺乏一個系統而完善的定性定量分析方法，這使它的應用受到阻礙。本文按照一般纖維的定性定量方法研究，獲得了儀綸纖維的縱截面圖、橫截面圖、燃燒狀態、化學試劑溶解表、紅外光譜圖、差示掃描量熱（DSC）曲線以及熱裂解圖，從而建立了一個完善的儀綸纖維定性定量研究體系。

2 試驗部分

2.1 纖維圖像

將儀綸散纖維均勻平排列在載玻片上，加上一滴甘油或水，蓋上蓋玻片，放在生物顯微鏡載物臺上，在放大倍數100倍～500倍條件下觀察纖維的縱向特征。將一小束纖維梳理整齊，夾入哈氏切片器的凹槽中間，按照FZ/T 01057.3—2007中纖維橫截面切片的制備方法制得橫截面切片，在放大倍數100倍～500倍條件下觀察。

2.2 燃燒

用鑷子夾取少許儀綸纖維，觀察其靠近火焰（是否熔縮）、接觸火焰（是否燃燒）和離開火焰（是否繼續燃燒）時的狀態及燃燒時產生的氣味和燃燒后的殘留物特征，并做記錄[4]。

2.3 溶解

所需試劑：H2SO4（75%和95%～98%），HCl（20%和36%～38%），NaOCl（1mol/L），HNO3（65%～68%），NaOH （240g/L），甲酸（88%），冰乙酸（99%），HF，甲苯， 硫氰酸鉀（65%），CCl4，二甲苯，N，N二甲基甲酰胺（99%），CH3COCH3，四氫呋喃，四氯乙烷，苯酚-四氯乙烷，吡啶，1， 4-丁內酯，二甲亞砜，環己酮，二氯甲烷，二氧六環，乙酸乙酯，H2O2 （30%）等。未標明濃度的試劑為分析純AR。將少量的儀綸纖維置于燒杯或三角燒瓶中注入適量的試劑，樣品和試劑的比例1：100。常溫（20℃～30℃）條件時搖動5min；沸煮條件時保持沸騰3min，觀察纖維在試劑中的溶解情況[5]。

2.4 傅立葉變換紅外光譜圖（FTIR）

FTIR譜圖測試儀器型號為Nocolet 380。測試在常溫下進行，分辨率為64，掃描時間為8cm-1，并將結果與標準譜圖庫進行對比[6]。

2.5 差示掃描量熱儀（DSC）

熱分析所用儀器為DSC8000（Perkinelmer）。取2mg～3mg儀綸纖維壓片并置于加熱器，設定試驗溫度范圍為110℃～300℃，并設定升溫速率分別為10℃/min、30℃/min和60℃/min，最終得到熱量與溫度曲線圖。

2.6 熱裂解試驗

熱裂解試驗儀器型號為PY2020is（Frontier），此外還需要7890/5975C色質聯用儀（GC-MS）和分析天平（靈敏度為0.1mg）。熱裂解溫度設定為500℃，通過分析裂解的殘留物來推斷儀綸的結構。

3 試驗結果

圖1為儀綸顯微鏡下的橫截面和縱截面圖。合成纖維的形態主要由生產工藝決定，因此儀綸的橫截面與縱截面圖與常見的合成纖維如聚酯纖維、錦綸、腈綸等非常相似。儀綸的縱截面（a和b）表面呈光滑圓柱狀，無明顯的疤痕或者溝槽，多數儀綸的橫截面（c和d）為圓形，在橫截面和縱截面圖均可以看到一些小黑點。僅僅憑借顯微鏡圖，很難鑒別出儀綸，需要一系列方法共同鑒定，直到最終確認出纖維成分。

儀綸的燃燒性質如表1，比較儀綸和其他合成纖維的燃燒性能，由于儀綸是由PET改性而衍生，故與PET燃燒最為接近，最大區別在于燃燒氣味，標準上對于PET燃燒氣味的描述是甜味，而儀綸的氣味比較奇特，可以由經驗判斷。

表2為儀綸的溶解性能表。與PET相比，儀綸比較活潑，可以在沸騰時溶解于多種聚酯纖維難以溶解的試劑中，如1，4-丁內酯，二甲亞砜，環己酮。這是合理的，與PET相比，引入到分子鏈的酰胺鍵（—CO—NH—）性質活潑，其作用主要有：（1）PET分子鏈因為其他鍵的引入有一些改變；（2）從錦綸的溶解性能可以推斷，該基團能與很多試劑發生反應。然而纖維的溶解性能主要由主分子鏈決定，因而與錦綸相比，儀綸的性質相對穩定。

圖2是儀綸的常溫FTIR譜圖。由于—CO—NH—的引入并未造成PET分子主鏈的斷裂，儀綸的FTIR譜圖與PET很接近。譜圖中1717.56峰屬于C=O的伸縮振動，1250.69峰屬于酯基的伸縮振動，1102.64峰屬于1，4取代芳香環的振動，而725.6峰屬于芳香環的彎曲振動。儀綸與PET譜圖的最大區別在于1122.69峰，這個峰在PET圖中很弱，不容易被觀測到。—CO—NH—之引入對1122.69峰有增強作用。endprint

圖3是儀綸的DSC曲線圖。圖中表明隨著升溫速率的提高，樣品的峰高也隨之增加。與之相反，樣品的熱流隨著升溫速率的提高而降低，這可能是由于熱滯后現象引起的。盡管幾條曲線中的熔點位置有些差別，分別為237.4℃、236.2℃和236.7℃，這些差距很小可以歸因于升溫速率。取平均值，儀綸的熔點為236.8℃，介于PET的熔點（255℃）和錦綸的熔點（225℃）之間。

分析圖4，與FTIR圖一樣，儀綸纖維的熱裂解圖與PET非常相似。進一步分析3種纖維的裂解產物，在9.669min時儀綸與PET有相同的產物，證明酰胺鍵的引入并未劇烈破壞PET的分子主鏈。由圖5可知，裂解時間為6.867min時，觀察到苯環上的—CO—NH—基團，在錦綸熱裂解時間為6.889min時也可以探測到，這表明—CO—NH—確實被引入到PET的分子鏈中。

4 結論

本文主要研究了儀綸纖維的定性定量方法。儀綸的橫縱截面圖與一般的合成纖維相似，僅憑顯微鏡法無法準確地鑒定出儀綸。由于與PET有相似的大分子鏈，兩者表現出許多相似的性質，兩者僅在燃燒氣味上有所區別。引入基團為—CO—NH—使儀綸的活潑性介于錦綸與PET之間，同樣介于兩者之間的還有熔點，約為236.8℃。紅外光譜圖則表明由于—CO—NH—的引入，在1122.69的峰被加強。熱裂解圖再次證明—CO—NH—確實存在于儀綸纖維。利用以上充分數據即可準確地鑒別出儀綸纖維。

參考文獻：

[1]戴鈞明，黃象安，陸建忠. PET—PBT共聚酯纖維的性能研究[J].合成纖維工業，2002，25（1）：16-18.

[2]王妮，黃敏，王振杰，等.仿棉聚酯纖維的結構與性能[J].國際紡織導報，2015，43（9）：4.

[3]曾凡龍，金惠芬，孫桐.PBT/PET共聚酯纖維的結構性能[J].合成纖維，1991（5）：5-9.

[4]FZ/T 01057—2007 紡織纖維鑒別試驗方法[S].

[5] GB/T 2910 紡織品 定量化學分析[S].

[6]馬新敏，于偉東.PBT/PET復合纖維組分的紅外光譜分析技術[J].紡織導報，2005（7）：51-52.

（作者單位：福建省纖維檢驗局，福建省紡織產品檢測技術重點實驗室）endprint