γ丁內(nèi)酯法在腈綸混紡織物化學(xué)定量分析中的應(yīng)用

陳啟群 吳儉儉 張瑾暉 俞玲玲 江一帆

摘 要：為改進(jìn)現(xiàn)有腈綸混紡織物化學(xué)溶解法試劑毒性大、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，研究采用γ丁內(nèi)酯作為腈綸與棉、羊毛、黏纖、萊賽爾纖維、滌綸、錦綸等二組分混紡織物的定量化學(xué)分析法。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用γ丁內(nèi)酯對(duì)腈綸與棉、羊毛、黏纖、萊賽爾纖維、滌綸、錦綸等二組分混紡織物進(jìn)行化學(xué)定量分析的最佳反應(yīng)條件為溫度40 ℃、時(shí)間15 min，此時(shí)腈綸纖維能夠徹底溶解，剩余纖維棉、羊毛、黏纖、萊賽爾纖維、滌綸、錦綸的修正系數(shù)d值均為1.00，在95%置信水平下，纖維成分定量分析結(jié)果的置信界限遠(yuǎn)小于1%，該方法可行。相比現(xiàn)行的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)方法，該方法反應(yīng)時(shí)間短、效率高，且反應(yīng)溫度低、毒性低，更節(jié)能環(huán)保。

關(guān)鍵詞：γ丁內(nèi)酯;腈綸混紡織物;定量化學(xué)分析;修正系數(shù)d;置信界限

中圖分類號(hào)：TS157 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2021）04-0091-05

Abstract： In order to improve the disadvantages of chemical dissolving method of acrylic blended fabric， such as high toxicity and long reaction time， γ-butyrolactone was used as the quantitative chemical analysis method of acrylic fiber and cotton， wool， viscose fiber， lyocell fiber， polyester， nylon and other two-component blended fabrics. The experimental results showed that the best reaction conditions for the chemical quantitative analysis of acrylic fiber and cotton， wool， viscose fiber， lyocell fiber， polyester， nylon and other two-component blended fabrics by γ -butyrolactone could be achieved under the following conditions： 40 ℃ and 15 min. At this time， the acrylic fiber could be completely dissolved， and the value of correction coefficient d of the remaining fiber cotton， wool， viscose fiber， lyocell fiber， polyester and nylon was 1.00. At 95% confidence level， the confidence limit of quantitative analysis results of fiber composition was far less than 1%. Hence， this method is feasible. Compared with the relevant methods in the current domestic and foreign standards， this method has the advantages of short reaction time， high efficiency， low reaction temperature， low toxicity， more energy saving and environmental protection.

Key words：γ-butyrolactone; acrylic blended fabric; chemical quantitative analysis; correction factor d; confidence limit

中國(guó)是全球紡織品生產(chǎn)第一大國(guó)，也是全球紡織品貿(mào)易大國(guó)，紡織品的檢測(cè)市場(chǎng)規(guī)模巨大。如今人們?cè)诩徔椘废M(fèi)時(shí)對(duì)產(chǎn)品的環(huán)保性能日益重視，而實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過程中的環(huán)保安全問題卻往往容易被忽視。腈綸主要以丙烯腈單體與少量其他單體經(jīng)自由基聚合反應(yīng)合成，經(jīng)紡絲加工而成的合成纖維。腈綸又稱聚丙烯腈纖維，有人造羊毛之稱，外觀蓬松、耐光性能好、保暖性能可以與羊毛媲美，而且其造價(jià)成本低，在中國(guó)服裝毛紡、產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[1]。在實(shí)驗(yàn)室的纖維含量檢測(cè)中針對(duì)腈綸混紡織物的纖維成分定量分析占了很大一部分工作。

在紡織品纖維成分分析檢測(cè)中，通常會(huì)采用產(chǎn)品所要計(jì)劃銷售國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，涉及到國(guó)內(nèi)外多個(gè)紡織品纖維成分定量分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其中，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2910.12—2009、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 1833、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AATCC 20A、日本標(biāo)準(zhǔn)JIS L1030-2等常用標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于腈綸混紡織物都采用二甲基甲酰胺（DMF）溶解腈綸[2-3]，而國(guó)內(nèi)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01095《紡織品氨綸產(chǎn)品纖維含量的試驗(yàn)方法》則采用硫氰酸鉀溶解腈綸[4]。但是這兩種日常檢測(cè)方法中規(guī)定采用的試劑毒性較大，使用時(shí)都應(yīng)采取必要的安全防護(hù)措施，即使如此也難免對(duì)試驗(yàn)人員產(chǎn)生危害。由于腈綸混紡織物的廣泛應(yīng)用日常檢測(cè)中又無法避免對(duì)其他進(jìn)行定量分析的試驗(yàn)，所以十分有必要研究一種相對(duì)環(huán)保、安全的化學(xué)定量方法。國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道中，孫杰等[5]開展了氯化鋅法腈綸混紡織物的定量分析的研究，臧楊等[6]采用鹽酸法對(duì)腈綸混紡織物進(jìn)行定量化學(xué)分析。

項(xiàng)目組前期對(duì)γ丁內(nèi)酯在腈綸/氨綸混紡產(chǎn)品定量分析中的應(yīng)用進(jìn)行了研究[7]，取得了不錯(cuò)的效果。而根據(jù)目前中國(guó)市場(chǎng)流通領(lǐng)域紡織品中腈綸混紡織物的使用情況，腈綸按照不同用途的要求更多的是與棉、羊毛、黏膠、萊賽爾纖維、滌綸、錦綸等纖維混紡應(yīng)用于各種服裝面料[8]。因此更有必要對(duì)棉、羊毛、黏膠、萊賽爾纖維、滌綸、錦綸腈綸混紡物的化學(xué)定量方法進(jìn)行研究，本文提出以γ丁內(nèi)酯為溶解試劑，通過實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化，找出最佳的反應(yīng)溫度和時(shí)間等實(shí)驗(yàn)條件，建立了一整套新的腈綸混紡織物纖維定量分析方法。

1 試 驗(yàn)

1.1 技術(shù)原理

紡織品纖維成分定量化學(xué)分析法的原理是紡織品混紡織物的組分經(jīng)定性鑒別確定后，選擇適當(dāng)?shù)脑噭┤芙馊コ渲幸环N或多種組分，根據(jù)溶解纖維的質(zhì)量或剩余纖維的質(zhì)量，從而計(jì)算出可溶解纖維或剩余纖維的含量?？梢愿鶕?jù)纖維溶解性能，參照GB/T 2910.1—2009《紡織品定量化學(xué)分析第1部分：試驗(yàn)通則》規(guī)定步驟操作，設(shè)計(jì)出合適的定量方法，并測(cè)定其修正系數(shù)。紡織品纖維成分化學(xué)溶解法計(jì)算如式（1）、式（2）。

P不溶纖維/%=rm1+m2×100（1）

P溶解纖維=1-P不溶纖維（2）

式中：P不溶纖維為不溶纖維的凈干含量百分率，%;P溶解纖維為溶解纖維的凈干含量百分率，%;r為剩余不溶纖維干重，g;m1為試樣中腈綸纖維干重，g;m2為試樣中其他纖維干重，g。

在溶解過程中，不溶纖維在溶劑中可能會(huì)有一定的損傷，為了進(jìn)一步衡量溶劑對(duì)不溶纖維的影響，對(duì)不溶纖維按上述實(shí)驗(yàn)方法溶解，按式（3）計(jì)算不溶纖維的重量修正系數(shù)。

d=m3m4（3）

式中：m3為已知不溶纖維干重，g;m4為經(jīng)溶劑溶解后，不溶解纖維的干重，g。

結(jié)合修正系數(shù)d值，纖維含量計(jì)算式（1）、式（2）進(jìn)一步修正為：

P不溶纖維/%=rm1+m2×d×100（4）

P溶解纖維=1-P不溶纖維（5）

1.2 定量試驗(yàn)方法的建立

1.2.1試劑、試樣

試劑：γ丁內(nèi)酯，分析純。

試樣：腈綸標(biāo)準(zhǔn)面料、棉標(biāo)準(zhǔn)面料、羊毛標(biāo)準(zhǔn)面料、黏纖標(biāo)準(zhǔn)面料、萊賽爾纖維、滌綸標(biāo)準(zhǔn)面料、錦綸標(biāo)準(zhǔn)面料（上海紡織工業(yè)研究所）。

1.2.2 儀器設(shè)備

光學(xué)顯微鏡，放大倍數(shù)500倍;電子分析天平，精度為0.000 1 g;恒溫振蕩器，工作溫度范圍5～100 ℃;樣品稱量瓶，規(guī)格65 mm×35 mm;真空抽取裝置，轉(zhuǎn)速1 400 r/min;具塞玻璃三角燒瓶，規(guī)格250 mL;玻璃砂芯坩堝，規(guī)格30 mL（孔徑50～70 μm）;恒溫烘箱，工作溫度范圍5～300 ℃;干燥器，規(guī)格240 mm（裝有變色硅膠）。

1.2.3 試驗(yàn)操作步驟

準(zhǔn)確稱取1.000 0 g左右的試樣放入250 mL的三角燒瓶中，加入100 mLγ丁內(nèi)酯溶液，蓋上瓶蓋，搖晃燒瓶以確保試樣充分浸濕，然后將裝有試樣的三角燒瓶置于恒溫振蕩水浴鍋中，在預(yù)設(shè)溫度條件下持續(xù)振蕩一定的時(shí)間。反應(yīng)完畢后將剩余殘留纖維倒入已知干重的玻璃砂芯坩堝中，利用真空泵抽吸排液，并用蒸餾水洗滌4～6次，直至殘余溶劑完全清洗干凈。最后將盛有殘留不溶解纖維的玻璃砂芯坩堝放入（105±3）℃的烘箱中烘干4 h以上直至恒重，待烘干后取出盛有殘留不溶纖維的玻璃砂芯坩堝，將其放入裝有硅膠的干燥器中冷卻至少0.5 h至室溫再稱重以防止殘留纖維吸濕回潮，按照式（1）、式（2）計(jì)算腈綸纖維剩余含量。

1.2.4 最佳反應(yīng)條件的確定

準(zhǔn)確稱取1.000 0 g左右的腈綸標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照1.2.3的試驗(yàn)方法分別放入設(shè)定30、40、50、60、70、80、90 ℃溫度的恒溫水浴振蕩器中觀察腈綸在γ丁內(nèi)酯溶液中的溶解情況，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，腈綸纖維在40、50、60、70、80、90 ℃溫度下的γ丁內(nèi)酯溶液中都能完全溶解，且隨著溫度的升高所需要的溶解時(shí)間不斷縮短。

γ丁內(nèi)酯，又稱1，4丁內(nèi)酯[9]，是一種無色油狀液體，能與水混溶，有獨(dú)特的芳香氣味，在溫度升高的情況下?lián)]發(fā)性越明顯，考慮到有可能吸入人體對(duì)實(shí)驗(yàn)操作人員存在危害，所以需要建立一種較為溫和的反應(yīng)條件，確定以40 ℃、15 min為最終的方法實(shí)驗(yàn)條件。

1.3 試驗(yàn)方法的可行性

1.3.1 修正系數(shù)d值

分別稱取10份1.0 g左右的棉、羊毛、黏纖、萊賽爾纖維、滌綸、錦綸標(biāo)準(zhǔn)品，以40 ℃、15 min的反應(yīng)條件按照1.2所建立的方法進(jìn)行溶解試驗(yàn)，剩余纖維d值按式（3）計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，棉、羊毛、黏纖、萊賽爾纖維、滌綸、錦綸在該反應(yīng)條件下基本無損傷，修正系數(shù)d平均值都為1.00。以t分布模型統(tǒng)計(jì)分析10次測(cè)試結(jié)果，在95%置信水平下，d值結(jié)果的置信界限不超過±1。

1.3.2 方法精密度

稱取10份相同含量的腈綸混合樣品，每份1g左右（精確至0.1 mg），按1.2在45 ℃、15 mim實(shí)驗(yàn)條件測(cè)定其含量百分比。由于測(cè)試的數(shù)據(jù)是有限的，因此測(cè)定結(jié)果服從t分布而不是正態(tài)分布。其中腈綸/棉混合樣品測(cè)得的結(jié)果以t分布模型統(tǒng)計(jì)分析如表3所示，由此可知，γ丁內(nèi)酯化學(xué)溶解法測(cè)得的腈綸纖維含量平均值為80.26%，跟實(shí)際結(jié)果比較誤差≤1%，腈綸纖維含量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.263 6，可以看出樣品較均勻。取置信水平為95%，以t分布模型統(tǒng)計(jì)分析，代入公式求得測(cè)試結(jié)果的置信界限為±0.188 6，不超過±1，符合GB/T 2910.1—2009的精度要求。

以此類推，取10組同比例的腈綸/羊毛、腈綸/黏纖、腈綸/萊賽爾纖維、腈綸/聚酯纖維、腈綸/錦綸混合樣品按照1.2建立的方法試驗(yàn)，并按式（4）、式（5）計(jì)算結(jié)果，以t模型分布統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表4所示，由此可知，置信水平為95%下，結(jié)果置信區(qū)間界限都未超過±1，符合GB/T 2910.1—2009的精度要求。

2 與現(xiàn)有方法的比較

準(zhǔn)備已知組分例的二組分腈綸混合樣品，分別用γ丁內(nèi)酯化學(xué)溶解法和GB/T 2910.12—2009規(guī)定的二甲基甲酰胺化學(xué)溶解法進(jìn)行測(cè)試，實(shí)測(cè)得到的樣品組分比例與已知樣品比例如果表5—表8所示。由表5—表8可知，γ丁內(nèi)酯化學(xué)溶解法和二甲基甲酰胺化學(xué)溶解法實(shí)測(cè)所得準(zhǔn)備已知組分比例二組分腈綸混合樣品與已知樣品比例相差都在1%以內(nèi)，該方法完全可以應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)中。

3 結(jié) 論

利用γ丁內(nèi)酯溶液在40 ℃水浴中振蕩15 min的條件下將混紡產(chǎn)品中的腈綸溶解，剩余其他纖維修正系數(shù)d值為1.00。運(yùn)用t模型統(tǒng)計(jì)分析γ丁內(nèi)酯法腈綸混紡定量化學(xué)分析的試驗(yàn)結(jié)果，在置信水平為95%時(shí)其試驗(yàn)結(jié)果的精密度在GB/T 2910.1—2009規(guī)定的允許范圍內(nèi)，表明該方法可行。

與現(xiàn)行的GB/T 2910.12—2009標(biāo)準(zhǔn)所采用的二甲基甲酰胺法相比，試驗(yàn)反應(yīng)溫度更低、試驗(yàn)時(shí)間大大縮短，具有高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，完全可以應(yīng)用于腈綸混紡織物的化學(xué)定量分析。

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