滌綸筒子紗染色中白色雜質的定量分析方法探討

王金花

（中國紡織科學研究院有限公司 生物源纖維制造技術國家重點實驗室 北京 100025）

筒子紗染色是滌綸色紗的主要生產方式，在色織領域和縫紉線領域有廣泛的應用。從事滌綸染色的企業通過工藝的改進、染色設備設計優化和結構改進，逐步降低加工過程中的水、蒸汽、電、染化料消耗，減少污水排放，實現了有效的節能減排。但在滌綸的筒子紗染色過程中，“白色粉末”問題一直困擾著企業，是筒子紗染色企業無法回避的問題。“白色粉末”是一種粉狀物質，通常分布在染好的成品色紗上和染缸中，由于其顏色比染好的色紗淺，在色紗上呈現為白色的疵點，所以稱之為“白色粉末”，將其從紗線上抖落下來觀察則一般為帶有顏色的粉狀物質。

根據研究報道，白色粉末主要組分為三元環結構聚對苯二甲酸乙二酯的低聚物[1]。“白色粉末”問題不但對筒子紗染色企業有影響，污染紗線、污染染缸、影響成品色紗的質量，低聚物形成的晶體在水中溶解度極低且難以從纖維表面洗去，從而形成染疵（如色花、色斑等）現象，給后續加工也帶來許多麻煩[2]。所以準確地分析白色粉末中各組分的含量，對生產過程中工藝調整、設備維護具有重要的指導意義。

1 試驗材料和設備

1.1 樣品

白色粉末：收集不同來源的白色粉末，分別編號：WP3；WP4；WP5；BHET：為PET 預縮聚階段產物。

試劑：三氯甲烷（分析純），無水乙醚（分析純），四氯化碳（分析純）。

1.2 儀器設備

傅立葉變換紅外光譜儀：美國熱電公司Nicolet Impact 400D 型；掃描電鏡：日本JSM-6360；電熱恒溫干燥箱：天津泰斯特，202-1AB 型；電子分析天平：梅特勒-托利多，AL204；超聲波清洗機：H66025 型。

2 白色粉末外觀形態觀察

將有白色粉末的紗線和搜集的白色粉末樣品進行掃描電鏡（SEM）觀察，得到照片如圖1 所示。

圖1 白色粉末電鏡照片

從SEM 照片可以看出,白色粉末在紗線上普遍存在，每根纖維上幾乎都有，非常明顯，而且無規律。白色粉末形態有較大差異，有形狀局部規整的晶體狀物質，也有無規狀的物質。

3 白色粉末各組分的定量分析

3.1 白色粉末油劑含量分析

滌綸長絲和短纖生產過程中都要對纖維上油，使用油劑可使纖維順滑并減少靜電，從而保障生產和后道應用順利進行。油劑使用是否得當，不但影響后續紡紗工序，而且對筒子紗染色的企業，可能產生或加重白色粉末現象[3,4]。因此，準確提取出白色粉末中的油劑組份，并測出其含量，對分析判斷低聚物及其他組份含量極其重要。

1）白色粉末中油劑萃取劑的探索

根據文獻報道和大量企業實踐經驗，滌綸上的油類萃取劑多為四氯化碳，或無水乙醚[5,6]。本研究通過使用兩種有機溶劑分別進行油劑萃取，探索比較了四氯化碳和無水乙醚作為油劑萃取劑的效果。

選取一種白色粉末WP3，將適量樣品分別置于加入四氯化碳和無水乙醚的容器中，通過振蕩、離心、過濾、萃取、濃縮等步驟，將萃取液滴于溴化鉀(KBr)鹽片上，待溶劑揮發，反復上述操作，直至鹽片上形成均勻薄膜，放于紅外測試儀中，記錄4000～400cm-1范圍的紅外光譜，如圖2 所示。

由圖2 可知，四氯化碳和乙醚提取出的油劑的紅外光譜圖與POY 前紡所用油劑的紅外光譜圖一致，無其他特征峰，說明四氯化碳和乙醚作為油劑萃取劑可以有效提取白色粉末樣品中的油劑。但由于四氯化碳是一種消耗臭氧層的物質[6]，考慮到環保要求，本研究使用無水乙醚作為萃取劑。

2）白色粉末中油劑的提取方法

為準確得出白色粉末中油劑的含量，參考化學纖維含油率試驗方法[7]，使用萃取法，探索了白色粉末有效分離提取油劑的方法。分別采取濾紙包裹磨口三角瓶浸泡搖床振蕩萃取（方法A）、磨口三角瓶直接浸泡搖床振蕩萃取（方法B）、離心試管浸泡超聲振蕩萃取（方法C）3 種方法提取白色粉末所含油劑，使用增重法和減重法計算白色粉末中油劑含量。對白色粉末WP3、WP4、WP5這3 種樣品的油劑含量進行了測試。實驗步驟見表1。

表1 通過三種方法對白色粉末樣品的油劑含量測試的實驗步驟

各方法中將合并的萃取液用熱板蒸餾回收絕大部分試劑后，將含少量試劑的萃取瓶置于70℃烘箱中干燥1h，然后將萃取瓶轉移至干燥器中，冷卻后稱量，用增重法確定白色粉末油劑含量（其中，方法A 帶著濾紙包，最后減去濾紙包重量）。

三種測試結果列于表2。

由表2 發現，方法A 定量濾紙本身失重，影響油劑含量測量的準確性；而且由于濾紙包裹，白色粉末不能充分與溶劑接觸，使測得油劑含量低于其他方法的結果。方法B 轉移樣品和溶劑時，難免引起損失，將影響油劑含量測量的準確性，以及下一步低聚物含量測試的準確性。方法C 使用離心試管即可有效分離萃取液和白色粉末其余成分，又減少轉移過程中樣品的損失。結合乙醚作萃取劑，可以較準確地得到白色粉末中油劑的含量，通過圖2 中萃取物的紅外光譜對比，確認萃取物為油劑。此方法利于生產企業測試人員的方便操作，結果準確。

表2 通過三種方法測得白色粉末中油劑含量結果

圖2 白色粉末WP3 的四氯化碳、乙醚萃取液的KBr 鹽片濃縮膜以及POY 油劑的紅外光譜

3.2 白色粉末中低聚物含量分析

根據文獻報道[6,8]，通常使用三氯甲烷(氯仿)、四氯乙烯、苯-甲醇等試劑及混合試劑作為萃取劑提取滌綸纖維的低聚物，而三氯甲烷對低聚物有較好的溶解性[8]。將白色粉末樣品WP3、WP4、WP5，使用三氯甲烷為萃取劑，采取離心試管浸泡超聲振蕩萃取法提取低聚物。將裝有測過油劑含量的白色粉末的離心試管，加入10ml 三氯甲烷；置于100ml 細高燒杯中，再置于超聲清洗機，超聲萃取15min；置于離心機中，保持轉速3000rpm 離心10min；如此反復2 次，將合并的萃取液絕大部分試劑熱板蒸餾回收后，將萃取瓶置于70℃烘箱中干燥1h，然后將萃取瓶轉移至干燥器中，冷卻后稱量，用增重法確定白色粉末低聚物含量，測試結果列于表3。

由以上實驗結果可見，三氯甲烷可有效提取出白色粉末中低聚物，并測算出低聚物含量，再根據前述無水乙醚對白色粉末中油劑含量的測試結果，可計算出白色粉末中其他不溶雜質的含量，一并列于表3 中。通過對萃取物進行紅外光譜測試驗證，可以看出三種粉末所得萃取物譜圖相同，主要成分為對苯二甲酸及二元醇的低聚物[1]，各樣品紅外光譜如圖3 所示。

表3 白色粉末低聚物含量測試結果

圖3 三種白色粉末萃取物紅外光譜

4 結論

建立了筒子紗染色中滌綸紗線上白色粉末的各組分定量方法。分別使用無水乙醚、三氯甲烷提取白色粉末中油劑、低聚物組分的方法，操作簡便，結果準確，重復性好，通過紅外光譜和已知組分對比分析，驗證了方法中針對各組分選用萃取溶劑的準確性。通過準確計算出白色粉末中兩種主要成分低聚物及油劑的含量，可容易得到其他雜質含量。這種對白色粉末主要成分的測試方法，適用于從事滌綸染色的生產企業簡便、準確地對其進行定量分析，利于指導生產線操作人員調整工藝，維護設備，意義非常重大。