仪纶纤维的定性定量方法研究

何粟华++++施点望

摘要

本文概述了一种由PET纤维衍生的新型纤维——仪纶的定性定量方法研究。由于有相似的大分子链，仪纶与PET性质相似，如纵截面横截面图、燃烧现象（气味除外）以及红外光谱图；从溶解现象发现仪纶（熔点为236.8 ℃）的化学性质比PET活泼，热裂解试验表明酰胺键（—CO—NH—）确实被引入PET的大分子链，通过一系列试验最终确立了一个仪纶定性定量方法的标准体系。

关键词：仪纶；定性；定量；纤维

1 引言

由于棉花市场需求与供应矛盾，纺织业中合成纤维，尤其是环境友好型合成纤维引起了广泛的兴趣和研究。合成纤维的好坏一般由弹性、耐磨性、柔软度、含水率、耐光度、色牢度等决定[1-3]。因此，具有多功能的优良合成纤维亟待开发。在所有合成纤维中，有良好耐热性和耐腐蚀性的PET聚酯纤维有广泛运用，在一定程度上缓解了棉花供应需求矛盾。然而，PET的缺点也很明显：着色性差、成衣笔挺僵硬、回潮率低、结构过于简单、供应过剩等，作为高性能的合成纤维受到限制。

为改良PET的性能，提高其附加价值，考虑在PET大分子链中引入酰胺键（—CO—NH—），破坏其大分子链的对称性，从而得到另一种仿棉纤维——仪纶。仪纶纤维（CAS号为25610-75-7） 是由对苯二甲酸（PTA）、乙二醇（EG）和聚酰胺（PA）共聚而成。分子链中—CO—NH—的引入使仪纶纤维的玻璃化温度、强度、抗起球性与PET有很大差别，并以其柔和、速干、易着色等受到关注。仪纶纤维可以与羊毛、棉任意比例混纺，在常压下染色节约能源，对仪纶的研究仍有拓展空间。

然而，仪纶缺乏一个系统而完善的定性定量分析方法，这使它的应用受到阻碍。本文按照一般纤维的定性定量方法研究，获得了仪纶纤维的纵截面图、横截面图、燃烧状态、化学试剂溶解表、红外光谱图、差示扫描量热（DSC）曲线以及热裂解图，从而建立了一个完善的仪纶纤维定性定量研究体系。

2 试验部分

2.1 纤维图像

将仪纶散纤维均匀平排列在载玻片上，加上一滴甘油或水，盖上盖玻片，放在生物显微镜载物台上，在放大倍数100倍～500倍条件下观察纤维的纵向特征。将一小束纤维梳理整齐，夹入哈氏切片器的凹槽中间，按照FZ/T 01057.3—2007中纤维横截面切片的制备方法制得横截面切片，在放大倍数100倍～500倍条件下观察。

2.2 燃烧

用镊子夹取少许仪纶纤维，观察其靠近火焰（是否熔缩）、接触火焰（是否燃烧）和离开火焰（是否继续燃烧）时的状态及燃烧时产生的气味和燃烧后的残留物特征，并做记录[4]。

2.3 溶解

所需试剂：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， 硫氰酸钾（65%），CCl4，二甲苯，N，N二甲基甲酰胺（99%），CH3COCH3，四氢呋喃，四氯乙烷，苯酚-四氯乙烷，吡啶，1， 4-丁内酯，二甲亚砜，环己酮，二氯甲烷，二氧六环，乙酸乙酯，H2O2 （30%）等。未标明浓度的试剂为分析纯AR。将少量的仪纶纤维置于烧杯或三角烧瓶中注入适量的试剂，样品和试剂的比例1：100。常温（20℃～30℃）条件时摇动5min；沸煮条件时保持沸腾3min，观察纤维在试剂中的溶解情况[5]。

2.4 傅立叶变换红外光谱图（FTIR）

FTIR谱图测试仪器型号为Nocolet 380。測试在常温下进行，分辨率为64，扫描时间为8cm-1，并将结果与标准谱图库进行对比[6]。

2.5 差示扫描量热仪（DSC）

热分析所用仪器为DSC8000（Perkinelmer）。取2mg～3mg仪纶纤维压片并置于加热器，设定试验温度范围为110℃～300℃，并设定升温速率分别为10℃/min、30℃/min和60℃/min，最终得到热量与温度曲线图。

2.6 热裂解试验

热裂解试验仪器型号为PY2020is（Frontier），此外还需要7890/5975C色质联用仪（GC-MS）和分析天平（灵敏度为0.1mg）。热裂解温度设定为500℃，通过分析裂解的残留物来推断仪纶的结构。

3 试验结果

图1为仪纶显微镜下的横截面和纵截面图。合成纤维的形态主要由生产工艺决定，因此仪纶的横截面与纵截面图与常见的合成纤维如聚酯纤维、锦纶、腈纶等非常相似。仪纶的纵截面（a和b）表面呈光滑圆柱状，无明显的疤痕或者沟槽，多数仪纶的横截面（c和d）为圆形，在横截面和纵截面图均可以看到一些小黑点。仅仅凭借显微镜图，很难鉴别出仪纶，需要一系列方法共同鉴定，直到最终确认出纤维成分。

仪纶的燃烧性质如表1，比较仪纶和其他合成纤维的燃烧性能，由于仪纶是由PET改性而衍生，故与PET燃烧最为接近，最大区别在于燃烧气味，标准上对于PET燃烧气味的描述是甜味，而仪纶的气味比较奇特，可以由经验判断。

表2为仪纶的溶解性能表。与PET相比，仪纶比较活泼，可以在沸腾时溶解于多种聚酯纤维难以溶解的试剂中，如1，4-丁内酯，二甲亚砜，环己酮。这是合理的，与PET相比，引入到分子链的酰胺键（—CO—NH—）性质活泼，其作用主要有：（1）PET分子链因为其他键的引入有一些改变；（2）从锦纶的溶解性能可以推断，该基团能与很多试剂发生反应。然而纤维的溶解性能主要由主分子链决定，因而与锦纶相比，仪纶的性质相对稳定。

图2是仪纶的常温FTIR谱图。由于—CO—NH—的引入并未造成PET分子主链的断裂，仪纶的FTIR谱图与PET很接近。谱图中1717.56峰属于C=O的伸缩振动，1250.69峰属于酯基的伸缩振动，1102.64峰属于1，4取代芳香环的振动，而725.6峰属于芳香环的弯曲振动。仪纶与PET谱图的最大区别在于1122.69峰，这个峰在PET图中很弱，不容易被观测到。—CO—NH—之引入对1122.69峰有增强作用。endprint

图3是仪纶的DSC曲线图。图中表明随着升温速率的提高，样品的峰高也随之增加。与之相反，样品的热流随着升温速率的提高而降低，这可能是由于热滞后现象引起的。尽管几条曲线中的熔点位置有些差别，分别为237.4℃、236.2℃和236.7℃，这些差距很小可以归因于升温速率。取平均值，仪纶的熔点为236.8℃，介于PET的熔点（255℃）和锦纶的熔点（225℃）之间。

分析图4，与FTIR图一样，仪纶纤维的热裂解图与PET非常相似。进一步分析3种纤维的裂解產物，在9.669min时仪纶与PET有相同的产物，证明酰胺键的引入并未剧烈破坏PET的分子主链。由图5可知，裂解时间为6.867min时，观察到苯环上的—CO—NH—基团，在锦纶热裂解时间为6.889min时也可以探测到，这表明—CO—NH—确实被引入到PET的分子链中。

4 结论

本文主要研究了仪纶纤维的定性定量方法。仪纶的横纵截面图与一般的合成纤维相似，仅凭显微镜法无法准确地鉴定出仪纶。由于与PET有相似的大分子链，两者表现出许多相似的性质，两者仅在燃烧气味上有所区别。引入基团为—CO—NH—使仪纶的活泼性介于锦纶与PET之间，同样介于两者之间的还有熔点，约为236.8℃。红外光谱图则表明由于—CO—NH—的引入，在1122.69的峰被加强。热裂解图再次证明—CO—NH—确实存在于仪纶纤维。利用以上充分数据即可准确地鉴别出仪纶纤维。

参考文献：

[1]戴钧明，黄象安，陆建忠. PET—PBT共聚酯纤维的性能研究[J].合成纤维工业，2002，25（1）：16-18.

[2]王妮，黄敏，王振杰，等.仿棉聚酯纤维的结构与性能[J].国际纺织导报，2015，43（9）：4.

[3]曾凡龙，金惠芬，孙桐.PBT/PET共聚酯纤维的结构性能[J].合成纤维，1991（5）：5-9.

[4]FZ/T 01057—2007 纺织纤维鉴别试验方法[S].

[5] GB/T 2910 纺织品 定量化学分析[S].

[6]马新敏，于伟东.PBT/PET复合纤维组分的红外光谱分析技术[J].纺织导报，2005（7）：51-52.

（作者单位：福建省纤维检验局，福建省纺织产品检测技术重点实验室）endprint