涤纶筒子纱染色中白色杂质的定量分析方法探讨

王金花

（中国纺织科学研究院有限公司 生物源纤维制造技术国家重点实验室 北京 100025）

筒子纱染色是涤纶色纱的主要生产方式，在色织领域和缝纫线领域有广泛的应用。从事涤纶染色的企业通过工艺的改进、染色设备设计优化和结构改进，逐步降低加工过程中的水、蒸汽、电、染化料消耗，减少污水排放，实现了有效的节能减排。但在涤纶的筒子纱染色过程中，“白色粉末”问题一直困扰着企业，是筒子纱染色企业无法回避的问题。“白色粉末”是一种粉状物质，通常分布在染好的成品色纱上和染缸中，由于其颜色比染好的色纱浅，在色纱上呈现为白色的疵点，所以称之为“白色粉末”，将其从纱线上抖落下来观察则一般为带有颜色的粉状物质。

根据研究报道，白色粉末主要组分为三元环结构聚对苯二甲酸乙二酯的低聚物[1]。“白色粉末”问题不但对筒子纱染色企业有影响，污染纱线、污染染缸、影响成品色纱的质量，低聚物形成的晶体在水中溶解度极低且难以从纤维表面洗去，从而形成染疵（如色花、色斑等）现象，给后续加工也带来许多麻烦[2]。所以准确地分析白色粉末中各组分的含量，对生产过程中工艺调整、设备维护具有重要的指导意义。

1 试验材料和设备

1.1 样品

白色粉末：收集不同来源的白色粉末，分别编号：WP3；WP4；WP5；BHET：为PET 预缩聚阶段产物。

试剂：三氯甲烷（分析纯），无水乙醚（分析纯），四氯化碳（分析纯）。

1.2 仪器设备

傅立叶变换红外光谱仪：美国热电公司Nicolet Impact 400D 型；扫描电镜：日本JSM-6360；电热恒温干燥箱：天津泰斯特，202-1AB 型；电子分析天平：梅特勒-托利多，AL204；超声波清洗机：H66025 型。

2 白色粉末外观形态观察

将有白色粉末的纱线和搜集的白色粉末样品进行扫描电镜（SEM）观察，得到照片如图1 所示。

图1 白色粉末电镜照片

从SEM 照片可以看出,白色粉末在纱线上普遍存在，每根纤维上几乎都有，非常明显，而且无规律。白色粉末形态有较大差异，有形状局部规整的晶体状物质，也有无规状的物质。

3 白色粉末各组分的定量分析

3.1 白色粉末油剂含量分析

涤纶长丝和短纤生产过程中都要对纤维上油，使用油剂可使纤维顺滑并减少静电，从而保障生产和后道应用顺利进行。油剂使用是否得当，不但影响后续纺纱工序，而且对筒子纱染色的企业，可能产生或加重白色粉末现象[3,4]。因此，准确提取出白色粉末中的油剂组份，并测出其含量，对分析判断低聚物及其他组份含量极其重要。

1）白色粉末中油剂萃取剂的探索

根据文献报道和大量企业实践经验，涤纶上的油类萃取剂多为四氯化碳，或无水乙醚[5,6]。本研究通过使用两种有机溶剂分别进行油剂萃取，探索比较了四氯化碳和无水乙醚作为油剂萃取剂的效果。

选取一种白色粉末WP3，将适量样品分别置于加入四氯化碳和无水乙醚的容器中，通过振荡、离心、过滤、萃取、浓缩等步骤，将萃取液滴于溴化钾(KBr)盐片上，待溶剂挥发，反复上述操作，直至盐片上形成均匀薄膜，放于红外测试仪中，记录4000～400cm-1范围的红外光谱，如图2 所示。

由图2 可知，四氯化碳和乙醚提取出的油剂的红外光谱图与POY 前纺所用油剂的红外光谱图一致，无其他特征峰，说明四氯化碳和乙醚作为油剂萃取剂可以有效提取白色粉末样品中的油剂。但由于四氯化碳是一种消耗臭氧层的物质[6]，考虑到环保要求，本研究使用无水乙醚作为萃取剂。

2）白色粉末中油剂的提取方法

为准确得出白色粉末中油剂的含量，参考化学纤维含油率试验方法[7]，使用萃取法，探索了白色粉末有效分离提取油剂的方法。分别采取滤纸包裹磨口三角瓶浸泡摇床振荡萃取（方法A）、磨口三角瓶直接浸泡摇床振荡萃取（方法B）、离心试管浸泡超声振荡萃取（方法C）3 种方法提取白色粉末所含油剂，使用增重法和减重法计算白色粉末中油剂含量。对白色粉末WP3、WP4、WP5这3 种样品的油剂含量进行了测试。实验步骤见表1。

表1 通过三种方法对白色粉末样品的油剂含量测试的实验步骤

各方法中将合并的萃取液用热板蒸馏回收绝大部分试剂后，将含少量试剂的萃取瓶置于70℃烘箱中干燥1h，然后将萃取瓶转移至干燥器中，冷却后称量，用增重法确定白色粉末油剂含量（其中，方法A 带着滤纸包，最后减去滤纸包重量）。

三种测试结果列于表2。

由表2 发现，方法A 定量滤纸本身失重，影响油剂含量测量的准确性；而且由于滤纸包裹，白色粉末不能充分与溶剂接触，使测得油剂含量低于其他方法的结果。方法B 转移样品和溶剂时，难免引起损失，将影响油剂含量测量的准确性，以及下一步低聚物含量测试的准确性。方法C 使用离心试管即可有效分离萃取液和白色粉末其余成分，又减少转移过程中样品的损失。结合乙醚作萃取剂，可以较准确地得到白色粉末中油剂的含量，通过图2 中萃取物的红外光谱对比，确认萃取物为油剂。此方法利于生产企业测试人员的方便操作，结果准确。

表2 通过三种方法测得白色粉末中油剂含量结果

图2 白色粉末WP3 的四氯化碳、乙醚萃取液的KBr 盐片浓缩膜以及POY 油剂的红外光谱

3.2 白色粉末中低聚物含量分析

根据文献报道[6,8]，通常使用三氯甲烷(氯仿)、四氯乙烯、苯-甲醇等试剂及混合试剂作为萃取剂提取涤纶纤维的低聚物，而三氯甲烷对低聚物有较好的溶解性[8]。将白色粉末样品WP3、WP4、WP5，使用三氯甲烷为萃取剂，采取离心试管浸泡超声振荡萃取法提取低聚物。将装有测过油剂含量的白色粉末的离心试管，加入10ml 三氯甲烷；置于100ml 细高烧杯中，再置于超声清洗机，超声萃取15min；置于离心机中，保持转速3000rpm 离心10min；如此反复2 次，将合并的萃取液绝大部分试剂热板蒸馏回收后，将萃取瓶置于70℃烘箱中干燥1h，然后将萃取瓶转移至干燥器中，冷却后称量，用增重法确定白色粉末低聚物含量，测试结果列于表3。

由以上实验结果可见，三氯甲烷可有效提取出白色粉末中低聚物，并测算出低聚物含量，再根据前述无水乙醚对白色粉末中油剂含量的测试结果，可计算出白色粉末中其他不溶杂质的含量，一并列于表3 中。通过对萃取物进行红外光谱测试验证，可以看出三种粉末所得萃取物谱图相同，主要成分为对苯二甲酸及二元醇的低聚物[1]，各样品红外光谱如图3 所示。

表3 白色粉末低聚物含量测试结果

图3 三种白色粉末萃取物红外光谱

4 结论

建立了筒子纱染色中涤纶纱线上白色粉末的各组分定量方法。分别使用无水乙醚、三氯甲烷提取白色粉末中油剂、低聚物组分的方法，操作简便，结果准确，重复性好，通过红外光谱和已知组分对比分析，验证了方法中针对各组分选用萃取溶剂的准确性。通过准确计算出白色粉末中两种主要成分低聚物及油剂的含量，可容易得到其他杂质含量。这种对白色粉末主要成分的测试方法，适用于从事涤纶染色的生产企业简便、准确地对其进行定量分析，利于指导生产线操作人员调整工艺，维护设备，意义非常重大。