仪纶的定性鉴别方法研究

韩春艳，陈建梅，戴钧明，季 轩

(1. 中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征 211900；2. 江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900)

分 析 测 试

仪纶的定性鉴别方法研究

韩春艳1,2，陈建梅1,2，戴钧明1,2，季 轩1,2

(1. 中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征 211900；2. 江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900)

仪纶由于其分子结构中既有聚酯的单元，又含有聚酰胺的单元，用显微镜法、燃烧法、化学溶解法等难以对纺织品中的仪纶与涤纶、锦纶进行区分。为此，研究了仪纶、涤纶、锦纶6在分散染料常压染色、红外光谱分析及DSC分析结果的差异。结果表明，根据样品的常压染色情况、红外光谱图中特征吸收峰位置及DSC图中熔融峰位置及熔点数据等综合特征可定性鉴别出待测样品中是否含有仪纶成分。

仪纶 涤纶 锦纶6 定性鉴别 红外光谱分析 DSC分析

仪纶(YILON)是仪征化纤生产的新一代合成纤维，CAS号(25610-75-7)，是对聚酯大分子链进行重新设计，通过在主链中植入酰胺链节的方法，开发出的一种全新意义的共聚酯(聚酰胺酯)短纤维，既具有涤纶抗皱、保形、易洗、快干及锦纶的耐磨、吸湿、易染等优点，又拥有棉等天然纤维的柔软、舒适、抗起毛起球等优点，是纺织产品创新的理想原料[1]。仪纶可以纯纺，也可以与棉、麻、丝、毛等天然纤维，以及粘胶、锦纶、氨纶等化学纤维进行多元组合与科学搭配混纺，充分发挥其手感柔软、吸湿快干、抗起毛起球和绿色低碳的特性，为企业改善原有面料手感，开发创新性产品以及丰富产品开发的多样性带来更多新的选择[2]。

仪纶由于其优良的性能特点，可在运动服、休闲服、家居类和袜子等针织面料及衬衫、西装和职业装、PU革基布等机织、无纺面料方面得到广泛的应用[3]。随着仪纶在针织、机织、无纺等领域应用的日益广泛和深入，对纺织品中仪纶与其他纤维的鉴别显得非常迫切，目前国内检验机构尚没有一套系统的方法用于定性鉴别仪纶。本文根据仪纶的结构与性能特点，研究了纺织品中仪纶的定性分析方法，可为仪纶与其它纤维的混纺产品提供鉴别方法。

1 仪纶的性质

仪纶是由聚对苯二甲酸、乙二醇、脂肪族聚酰胺及添加剂聚合得到的一种改性聚酰胺酯纤维[4]，如见图1所示。在聚酯大分子主链上引入酰胺链(—CO—NH—)，使大分子结构发生变化。

图1 仪纶聚合反应方程式及其分子结构

仪纶具有常规聚酯纤维的一般特性，对纺织品中的仪纶与其他纤维的鉴别可先按鉴别常规聚酯纤维的方法进行。首先通过显微镜观察法将其和表面及截面形状有显著特征的棉、麻、丝、毛、粘胶等纤维进行区别，再通过燃烧法、不同的溶剂溶解法等方法与除涤纶、锦纶之外的其它化学纤维进行定性区分，但仪纶的主要成分为聚酯，大分子链上嵌入了少量的聚酰胺组分，正常生产的涤纶、锦纶、仪纶为圆形截面，难以通过显微镜法、燃烧法或化学溶解法等常规的鉴别方法将纺织品中的仪纶与涤纶、锦纶进行区分。

由于仪纶是在聚酯分子链中引入了酰胺链，使聚酯大分子链的规整性破坏，增大了纤维的无定形区间，降低了共聚酯的结晶性能和玻璃化转变温度。仪纶的玻璃化转变温度低于常规聚酯纤维10～15 ℃左右，仪纶的无定形区增加使染料分子更容易进入纤维内部，所以理论上，仪纶比常规聚酯纤维更容易染色，对分散染料具有常压可染性。此外由于分子结构中特征官能团的变化，仪纶的红外吸收光谱图中的特征吸收峰与涤纶、锦纶均有区别，因此本文利用仪纶的上述特点，进行了仪纶与涤纶、锦纶的鉴别方法研究。

2 试 验

2.1 试验设备

差式扫描量热仪，DSC-7型，Perkin - Elmer 公司；傅里叶变换红外光谱仪，NICOLET is10型，美国Thermo公司；扫描电子显微镜，S440型，英国 LEICA公司；电子分析天平，MS-204S型，瑞士 METTLER TOLETO 公司；振荡式常温染色小样机，HBC-24型，佛山容桂荟宝染整机械厂；其它，实验室常用玻璃仪器设备。

2.2 试验样品

仪纶、涤纶，仪征化纤公司生产；锦纶6，杭州永昌锦纶有限公司生产；仪纶与棉、粘胶、羊毛等混纺织物，山东魏桥纺织有限公司生产。

2.3 试验样品的预处理

如待测试样上附着有整理剂、涂层、染料等物质可能会掩盖纤维的特征，干扰鉴别结果的准确性时，应参照GB/T 2910.1《纺织品 定量化学分析 第1部分 试验通则》[5]，选择适当的溶剂和方法将其除去，但要求这种处理方法和所用的溶剂不得损伤纤维或使纤维的性质有所改变。

图2 仪纶与部分纤维的混纺织物电镜图(a)：仪纶/粘胶混纺织物；(b)：仪纶/羊毛混纺织物； (c)：仪纶/麻混纺织物图；(d)：仪纶/棉混纺织物

经预处理的纺织材料可先采用显微镜法对其中的纤维进行大致分类，如其中含具有独特形态特征的纤维如天然纤维素纤维(如棉、麻等)、部分再生纤维素纤维(如粘纤等)、动物纤维(如羊毛、羊绒、兔毛、蚕丝等)，见图2。若混合样品中含有其它化学纤维，可通过燃烧法、不同的溶剂溶解法、红外光谱分析法等一种或几种方法进一步确认待测纤维的种类。对于鉴别出的多组分混纺样品，根据鉴别出的纤维组分，参照FZ/T 01057.4 《纺织纤维鉴别试验方法第4部分:溶解法》[6]，根据混合样品中各组分纤维的溶解特性，选择合适的溶剂将混纺样品中的纤维素纤维、动植物纤维及除仪纶、涤纶、锦纶之外的其它化学纤维组分等溶解去除，使试样中只保留聚酯、聚酰胺或仪纶纤维组分。

2.4 试验原理

利用仪纶的常压可染特性、仪纶大分子上官能团在红外吸收光谱图中的特征吸收峰及其消除热历史前后的玻璃化温度、熔融峰位置及熔点值等综合性能特征进行纺织品中仪纶成分的定性鉴别。

2.5 样品分析

2.5.1 分散染料染色试验

在振荡式常温染色小样试验机中对经预处理后的样品进行常压染色，染色条件：分散染料(o.w.f.)1%～2%；浴比：纤维样品1∶50，织物样品1∶30；pH值：4～5；50 ℃入染，0.5～1 ℃/min升温到95～100 ℃之间保温30～60 min，再降温到65 ℃以下，取出样品进行洗涤、烘干。

2.5.2 红外光谱试验

将经预处理后的试样置于加热板上在热熔压片机上加热压制成厚度≤20 μm的薄膜，然后将制备好的薄膜试样置于傅里叶变换红外光谱仪样品光束中的试样架上，进行红外光谱扫描，得到4 000～400 cm-1范围的红外光谱图。

2.5.3 热性能试验

将经预处理后的试样剪成粉末状，置于差示扫描量热仪的样品皿内，在氮气保护下进行DSC法玻璃化温度及熔点测试。试验方法：以10 ℃/min升温至290 ℃，保持5 min，然后以 400 ℃/10 min 降温至25 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升温至290 ℃，保持5 min，以10 ℃/min 降温至100 ℃。

3 结果与讨论

3.1 染色试验结果分析

分散染料可用于对聚酯、聚酰胺、仪纶等纤维的染色[7]。聚酰胺纤维可在95～100 ℃的常压条件下进行分散染料染色，得到较好的上染率。但涤纶由于其大分子结构排列紧密、结晶度高，在常压下染料分子难以进入纤维内部，通常在没有染色载体的情况下需在120～130 ℃的高温高压下进行才能达到理想的上染率及颜色要求。仪纶中由于聚酰胺链的引入，破坏了大分子链的规整性，降低了共聚酯的结晶性能和玻璃化转变温度，这些结构性能的改变导致纤维的吸湿、吸色性能也发生了很大的变化，因此仪纶或织物在95～100 ℃的常压条件下即可用分散染料染色。图3为在不同温度下两种分散染料对仪纶及涤纶的染色上染率对比。

图3 仪纶与涤纶不同温度下的上染率对比

从图3中可看出，涤纶在100 ℃以下上染率很低，染色温度升到120 ℃时上染率才达到90%左右，而仪纶在染色温度95 ℃时分散蓝染料的上色率即达到97%左右，分散红染料上色率稍低，也达到80%左右，当温度升到100 ℃时，分散红染料的上染率即达到95%左右。根据染色试验结果可知，根据样品在分散染料常压95～100 ℃的条件下染色后的上色情况可初步判断样品中是否含有聚酯、聚酰胺或聚酰胺酯(仪纶)成分。

由于聚酯产品中PBT、PTT纤维可在常压下进行分散染料染色，因此仅通过染色试验不能完全区分样品中的仪纶、锦纶或PBT的纤维成分，还需再借助红外光谱分析及DSC分析结果综合判断。

3.2 红外光谱试验结果分析

由图1可知，仪纶是在聚酯大分子主链上引入酰胺链(—CO—NH—)后形成的一种新型共聚酯纤维，分子链中既有聚酯的结构单元，又含有聚酰胺的结构单元，因此，仪纶的红外光谱图中应含有聚酯及聚酰胺两种组分的特征官能团吸收峰。图4～图6分别为涤纶、锦纶及仪纶的红外光谱图。

图4所示的涤纶红外光谱图中，在3 431 cm-1处的吸收峰为羟基—OH 的伸缩振动峰[8]，1 720 cm-1处的强谱带为羰基伸缩振动的吸收峰，1 259 cm-1及1 120 cm-1处为—COOC—中的C—O—C的伸缩振动峰，873 cm-1处的谱带归属于芳环上两个相邻的CH变形振动，727 cm-1处的谱带是聚酯大分子

图4 涤纶(聚酯纤维)特征红外光谱图

图5 锦纶6(聚酰胺6纤维)特征红外光谱图

图6 仪纶(聚酰胺酯)特征红外光谱图

链上的—(CH2)n—面外弯曲振动吸收峰，以上这些峰均为聚酯纤维的特征吸收峰；图5所示的锦纶6红外光谱图中，1 640 cm-1的弱谱带，是酰胺基的羰基伸缩振动的吸收，即酰胺Ⅰ带吸收峰，而1 544 cm-1处的弱谱带，是N—H弯曲振动和C—N伸缩振动的组合吸收，即酰胺Ⅱ带的吸收峰，这两个峰均为聚酰胺的特征吸收峰[9]。图6所示的仪纶红外光谱图中，在3 431 cm-1、1 720 cm-1、1 259 cm-1及1 120 cm-1、873 cm-1、727 cm-1处均出现了聚酯的特征吸收峰，而在1 665 cm-1呈现了酰胺吸收带Ⅰ及1 534cm-1处呈现了酰胺吸收带Ⅱ的特征峰，因此从红外光谱图中的特征吸收峰可反映出仪纶中既含有聚酯组分，又含有聚酰胺成分。分析仪纶红外光谱图还发现仪纶和涤纶的酯羰基峰的波数1 720cm-1较一般的脂肪族酯羰基峰1 730 cm-1低，这是由于两种纤维中酯羰基与苯环共轭，致使其特征峰向低波数移动。与聚酯纤维相比，仪纶中羰基峰的谱带有所变宽，这是由于聚酯和聚酰胺在熔融状态可以发生酯-酰胺交换反应，仪纶中的酯基经酯交换反应生成了酰胺基，由于酰胺基的影响，使其向低波数移动，谱带变宽[10]。

如待检样品为聚酯和聚酰胺两种纤维的混合样品，则红外光谱图中图样会同时出现聚酯和聚酰胺6的特征吸收峰，为避免将此种情况误判断为试样中含有仪纶成分，笔者对涤纶/锦纶6、涤纶/仪纶、锦纶6/仪纶混合纤维样品进行了红外光谱分析，见图7～图9。

图7 涤纶/锦纶混合纤维红外光谱图

图8 涤纶/仪纶混合纤维红外光谱图

图9 锦纶/仪纶混合纤维红外光谱图

由于仪纶中主要成分为聚酯，聚酰胺含量较低，因此图7的涤纶/锦纶混合纤维红外光谱图与图6纯仪纶的红外光谱图相比，虽然均含有聚酯及聚酰胺的特征吸收峰，但图8中聚酰胺的酰胺特征吸收带Ⅰ、Ⅱ明显高于图6中的相应吸收峰；图8的涤纶/仪纶混合纤维红外光谱图与图6相比，聚酯的特征吸收峰变高，而聚酰胺的特征吸收峰高度降低，虽然仪纶与涤纶混合后，混合样品中聚酰胺6所占比例更低，但图中仍可检测到聚酰胺的特征吸收峰；图9为锦纶/仪纶混合纤维红外光谱图，这两种纤维混合后，混合样品中聚酰胺6所占比例较纯仪纶中的含量大大提高，从图9可看出，聚酰胺的特征吸收峰明显高于聚酯的特征吸收峰。

从以上分析可知，将待测样品的红外光谱图与涤纶、锦纶、仪纶及其两两混合样品的特征红外光谱图对照，根据特征吸收峰的位置及相对高度可判断出待测样品中是否为仪纶或为仪纶、涤纶、锦纶的混合物。

3.3 DSC试验结果分析

由于仪纶是在聚酯链中引入了聚酰胺链,大分子链的结构规整性遭到破坏，纤维的玻璃化转变温度、结晶温度及熔融温度较普通聚酯相比都有下降，添加不同聚酰胺含量的纤维玻璃化转变温度(Tg)下降10 ℃以上，熔点(Tm)也较常规聚酯下降20 ℃左右。为了准确地根据样品的DSC图中玻璃化温度、熔点及融熔峰位置鉴别出待测纤维或样品的是否还有仪纶成分，笔者分别对仪纶、涤纶、锦纶6及三种纤维的两两相互混合后的样品进行了DSC分析，图10为仪纶、涤纶、锦纶6的DSC图及仪纶、涤纶、锦纶6三种纤维两两混合样品的DSC图。

从图10可看出，在2.4.3规定的测试条件下，涤纶的玻璃化温度在77.46 ℃，熔点在254.51 ℃，锦纶6的熔点在220.67 ℃，而仪纶的玻璃化温度为70.84 ℃，熔点为237.77 ℃。根据不同批次仪纶的DSC测试结果，不同聚酰胺含量的仪纶消除热历史后的玻璃化温度介于65 ℃～72 ℃之间、熔点介于230 ℃～240 ℃之间。当待测样品为纯仪纶时，熔融峰只有一个，而如果待测样品为仪纶与涤纶或与锦纶6的混合物时，DSC图中均会出现双熔融峰，在230 ℃～240 ℃之间的为仪纶的熔融峰，另一个为涤纶或锦纶6的熔融峰，峰高及峰面积与混合组分中每种纤维所占比例有关，如果待测样品中有涤纶、锦纶6组分，而不含有仪纶时，则会在涤纶及锦纶6的熔点处出现熔融峰，不会出现仪纶的熔融峰。由此，从DSC扫描图中熔融峰的位置及熔点数值及可判断待测样品是否还有仪纶成分。

图10 仪纶、涤纶、锦纶6及三种纤维两两混合样品的DSC图 (a)：仪纶；(b)：涤纶；(c)：锦纶6；(d)：仪纶/锦纶6；(e)：仪纶/涤纶；(f)：涤纶/锦纶6

4 结 论

a) 对于未知类别的纤维样品，可先采用显微镜法对纤维进行大致分类，再通过燃烧法、不同的溶剂溶解法、红外光谱分析法等一种或几种方法确认待测样品中纤维的种类，选择合适的溶剂将混合样品中除仪纶、涤纶、锦纶之外的纤维组分等溶解去除掉，使试样中只保留聚酯、聚酰胺或聚酰胺酯(仪纶)纤维组分，再根据仪纶与涤纶、锦纶的性能差异进行鉴别。

b) 仪纶的分子结构特征使其具有分散染料常压染色特性，利用分散染料在95～100 ℃温度下对纤维进行染色，根据上色率及染色样品的颜色可区分仪纶与普通涤纶。

c) 仪纶的红外光谱图中既具有聚酯的特征吸收峰，又具有聚酰胺的特征吸收峰，根据检测样品的红外光谱图中吸收峰的位置、吸收峰的峰高、峰宽等特征可鉴别出样品中是否还有仪纶。

d) 仪纶的玻璃化温度比涤纶下降10 ℃左右，而熔融温度较涤纶下降15～20 ℃左右，从DSC分析图中样品的玻璃化温度、熔融温度等数据特征，可定性鉴别也样品中是否还有仪纶。

[1] 仪征化纤.新一代合成纤维-仪纶[C].中国科协2014海峡两岸超仿棉加工技术应用研究青年科学家研讨会论文集，2014:63-88.

[2] 苏珍珍.技术价值&商业价值-“仪纶纺织产品开发技术创新联盟”专题论坛石狮举行，中国纺织[J].北京：中国纺织工业协会，2015，66(7)：110-111.

[3] 魏清超，聚酰胺酯纤维的性能特点及应用[J].棉纺织技术，2015，43(12)：70-71.

[4] 陈培，赵付平，孙华平，等.一种改性聚酰胺酯短纤维及其制备方法：中国，103952788A[P].2014-04-10.

[5] 国家纺织制品质量监督检测中心，纺织工业标准化研究所.GB/T 2910.1纺织品 定量化学分析 第1部分 试验通则[S].北京：中国标准出版社，2009.

[6] 国家棉纺织品质量检测中心，深圳市计量质量检测研究院.FZ/T 01057.4-2007纺织纤维鉴别试验方法第4部分:溶解法[S]，北京：中国标准出版社，2007.

[7] 赵涛.染整工艺与原理[M]，北京：中国纺织出版社，2009:184.

[8] 翁诗甫.傅立叶变换红外光谱仪[M].北京：化学工业出版社，2005:239-266.

[9] 王敏.红外光谱对混纺纤维的定性和定量方法研究[D].杭州：浙江理工大学，2013.

[10] 李雅芳.PET-PA6嵌段共聚物结构表征[D].北京：北京服装学院，2012.

Study on qualitative identification of YILON

Han Chunyan1,2, Cheng Jianmei1,2, Dai Junming1,2, Ji Xuan1,2

(1.ResearchInstituteofSinopecYizhengChemicalFibreCo.,Ltd.,YizhengJiangsu211900,China；2.JiangsuKeyLaboratoryofHighPerformanceFiber,YizhengJiangsu211900,China)

There are unit structure of both Polyester and polyamide in molecular chain of YILON(a Polyester-amide fibers), so the dissolution performance in chemical reagent is similar to Polyester and Polyamide fibers. It’s difficult to identificate YILON from Polyester and polyamide fibers in the mixsture textile sample through the methods of microscopic observation, burning method, dissolution method etc. For this reason, the constant pressure dying performance difference in dispersion dyes, the result difference of infrared absorption spectrometry and DSC analysis of YILON and Polyester and polyamide fibers were studied. The results showed that on the basis of the results of the characteristics of the constant pressure dying performance and the absorption peak in infrared absorption spectrogram and melting point in DSC diagram, YILON can be identificated from the textile sample.

YILON; polyester fiber; polyamide fiber; qualitative identification; infrared spectrometry; DSC analysis

2017-01-24

国家自然科学基金项目 21474013。

韩春艳(1968-)，女，江苏泰州人，高级工程师，主要从事聚酯分析应用研究工作。

TQ340.7

B

1006-334X(2017)02-0056-06