涤纶筒子纱染色过程中白色粉末的分析

2022-06-07王孟泽陈迎春江立文陈梦梦

染整技术 2022年5期

刘燮，王孟泽，陈迎春，李兵，江立文，陈梦梦

（1.浙江传化功能新材料，浙江杭州 310000；2.传化智联股份有限公司，浙江杭州 311215）

涤纶色纱广泛应用于各种纺织品和服装面料，其主要生产方式是筒子纱染色。但涤纶筒子纱在染色过程中容易产生白色粉末，该物质容易引起染料、油剂富集，进而粘附在纤维表面，导致色点、色花等瑕疵；此外还容易沉积在设备上，容易形成难以去除、清理的污垢，给生产带来不便，严重影响产品质量［1-3］，染厂一般通过降低染色温度、高温排液、碱性染色等［4］手段来解决这些问题。

研究发现，白色粉末主要是低聚物，是聚酯聚合过程和降解过程中产生的副产物，聚合度为2～10，质量分数为1%～3%（对PET 质量），其中环状三聚体是主要成分，占总低聚物的70%以上［5-6］。

本研究针对涤纶筒子纱工厂取得的“白色粉末”，筛选合适的溶剂，采用氯仿超声萃取法对其进行定量萃取，运用红外光谱、薄板层析、DSC、液相色谱-质谱联用等分析方法对萃取物进行表征，并探讨了助剂对其高温分散性能的影响，旨在为工厂改善低聚物问题提供技术支持。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：白色粉末1#（浅绿色，常熟某筒子纱厂），白色粉末2#（浅灰色，海宁某筒子纱厂）；氯仿、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、四氢呋喃、甲醇、乙腈、乙醚、丙酮（分析纯，西陇科学股份有限公司），层析硅胶（GF245）-薄板（浙江省台州市路桥四甲生化塑料厂），封口熔点毛细管［100.0 mm×（0.9～1.1）mm，国药集团化学试剂有限公司］，多功能分散剂TF-252（传化智联股份有限公司）。

仪器：KQ-600 型超声波清洗机（昆山市超声仪器有限公司），Nicolet IS10 型傅里叶红外光谱仪（美国热电公司），6130 型液质联用仪（美国安捷伦科技有限公司），DSC 型差示扫描量热仪（美国TA 公司），ZF-1 型三用紫外分析仪［骥辉分析仪器（上海）有限公司］，DLS-6000 型红外线试色机（DaeLim Star-let有限公司）。

1.2 低聚物的萃取

称取一定量的样品，置于15 mL 离心试管中，加入适量的溶剂，置于超声波清洗机中处理4 h，观察其溶解现象，筛选合适的溶剂，测定其在溶剂中的质量分数。

1.3 测试

1.3.1 红外光谱

用KBr 压片法制样，用傅里叶红外光谱仪测试。测试条件：分辨率优于0.4 cm-1，扫描次数为64，扫描范围为4 000～400 cm-1。

1.3.2 DSC

用DSC 热分析仪评价样品的结晶性能，温度从40 ℃升至330 ℃，升温速率为20 ℃/min，氮气保护。

1.3.3 薄板层析

将样品溶解于氯仿溶液中，用毛细管滴加于薄层板一端的起点上，待干燥后，将薄层板放入密闭的展开剂中展开，薄层板在紫外灯照射下显色后得到色谱图。

1.3.4 液相色谱-质谱

液相色谱条件：Bridge®C18 色谱柱（250.0 mm×4.6 mm，5 μm）；流动相为DMSO；流速为1 mL/min；柱温为室温（25 ℃）。

质谱检测条件：离子源为ESI 源；温度为350 ℃；干燥气（N2）的流速为12 L/min；毛细管电压为3 000 V；正离子方式检测。

1.3.5 高温分散性

称取0.1 g 白色粉末，加入100 mL 水，调节pH 为4～5，加入多功能分散剂TF-252，在红外染色机中130 ℃运行30 min，降温至50 ℃，抽滤。评价其在滤纸上的分散状态，滤纸表面分布越浅且均匀表示去除性越好。

2 结果与讨论

2.1 样品的萃取

2.1.1 样品在溶剂中的溶解性能

在称取一定量样品的试管中加入不同溶剂，超声振荡4 h，结果如表1所示。

表1 样品在不同溶剂中的溶解性能

由表1 可以看出，样品在氯仿、DMF 和DMSO 中的溶解性能较高。

2.1.2 样品中低聚物的质量分数

准确称取0.02 g 1#样品和2#样品，分别置于15 mL 离心管中，加入适量的氯仿，超声振荡4 h，过滤，烘干。测得氯仿可萃取的质量分数分别是82%和87%。由此可知，采集的样品大部分可以溶于氯仿。

结合文献资料［7-8］推测，氯仿溶解的物质可能是环状三聚体。下面通过一系列方法表征萃取物的化学结构和性质。

2.2 低聚物的表征

2.2.1 红外光谱

红外光谱可以分析分子的结构，非常适合用于碳氢有机物的组成与性质测定。样品的红外光谱图见图1。由图1 可以看出，1#和2#样品萃取物的吸收特征峰相似，在1 720 cm-1附近出现了C=O 伸缩振动峰，在1 600～1 450 cm-1内的若干谱带是由苯环骨架振动引起的吸收峰，在1 258、1 170 cm-1附近出现了酯基中C—O—C 的振动吸收峰，另外在727 cm-1附近出现了单取代苯C—H 变形振动的特征吸收峰，可初步推断萃取物含有对苯二甲酸乙二醇酯的化学结构［9］。完全一致的红外谱图可以说明，不同来源的样品中含有相同官能团的化学结构。

2.2.2 DSC

在氮气气氛下，将氯仿萃取物进行DSC 分析，温度范围为30～350 ℃，升温速率为10 ℃/min，其升温曲线如图3 所示。查阅文献可知，环状三聚体的熔融吸收峰也在310 ℃附近［10］，由此可进一步推测氯仿萃取物的主要成分是环状三聚体。

2.2.3 薄层层析

薄层层析法是一种吸附分离法［11］，可根据溶质在展开剂中向前爬行的不同距离将各组分分开，达到分离效果。经一系列溶剂展开剂筛选，在体积比为4∶1 的氯仿/乙醚展开剂中，萃取物基本展开，薄层板在紫外灯照射下显色。

由图3 可以看出，1#和2#样品萃取物展开的色谱图一致，萃取物有2个组分清晰可见。

2.2.4 液相色谱-质谱

制备1 g/L 萃取物的DMSO 溶液，过0.45 μm 滤膜，用于液相色谱-质谱联用分析。图4 是样品的总离子流图。

图5是样品的质量色谱图。

由图4 可以看出，1#和2#样品萃取物均出现了多个组分，其中离子强度较大的出峰时间大致相同。筛查各组分对应的质量色谱图，由图5可以看出，组分2和组分3 对应的高分辨正离子质谱测试值为599［M+Na］+和791［M+Na］+，进而可以推算得到，组分2 和组分3 的相对分子质量为576 和768，与环状三聚体和环状四聚体的相对分子质量相符。由此推断，萃取物组分含有环状三聚体和环状四聚体。

2.2.5 分散性

针对生产需要，传化智联股份有限公司开发了多功能分散剂TF-252，该产品对低聚物有优异的分散作用。由图6 可以看出，加入TF-252 的滤纸表面白色粉末分布浅且均匀，表示TF-252 对酸析物的分散性好。TF-252 具有良好的市场前景，已在多家涤纶筒子纱厂应用，染厂普遍反映使用该产品对低聚物去除效果明显，可以有效改善白粉问题。