差示掃描量熱法在聚烯烴纖維定性鑒別中的應(yīng)用

谷小輝，阮超明，李 娟，曹月嬋

(國家紡織品服裝服飾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，廣東 廣州 511447)

差示掃描量熱法在聚烯烴纖維定性鑒別中的應(yīng)用

谷小輝，阮超明，李 娟，曹月嬋

(國家紡織品服裝服飾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，廣東 廣州 511447)

采用拉伸實驗、燃燒鑒別法、顯微鏡觀察法、化學溶解法、紅外吸收光譜法和差示掃描量熱法(DSC)對常見的聚烯烴類纖維乙綸、丙綸、聚乙烯/聚丙烯復合纖維和聚烯烴彈性纖維進行了測試分析。結(jié)果表明這4種纖維屬于同類纖維，其物理、化學特征比較接近，用單一的傳統(tǒng)鑒別方法對其準確定性鑒別比較困難，需要多種方法結(jié)合進行系統(tǒng)鑒別。差示掃描量熱分析法能有效、直觀地表征纖維的熱性能，是一種準確、可靠的鑒別方法。

差示掃描量熱法；聚烯烴纖維；定性分析；系統(tǒng)鑒別

隨著科學技術(shù)的進步，新型纖維不斷出現(xiàn)，纖維應(yīng)用非常廣泛，在紡織品制作過程及產(chǎn)品信息標注中常常需要鑒別纖維[1-3]。聚乙烯纖維(乙綸)和聚丙烯纖維(丙綸)同屬于聚烯烴纖維，它們在化學結(jié)構(gòu)上相似，重復結(jié)構(gòu)單元中只差一個CH3，因此兩者物理、化學性質(zhì)非常相似；聚乙烯/聚丙烯復合纖維為皮芯復合結(jié)構(gòu)，同時兼具兩者的性能特征，皮層組織熔點低且柔軟性好，芯層組織則熔點高、強度高[4-6]；聚烯烴彈性纖維有聚烯烴纖維良好的耐化學性，同時還具有良好的彈性，是一種性能優(yōu)異的彈性功能纖維[7]。尋找一種準確、可靠的鑒別方法區(qū)分同屬于聚烯烴的這4種纖維至關(guān)重要。采用拉伸實驗、燃燒鑒別法、顯微鏡觀察法、化學溶解法、紅外吸收光譜法和差示掃描量熱法(DSC)對乙綸、丙綸、聚乙烯/聚丙烯復合纖維和聚烯烴彈性纖維的定性鑒別進行研究及分析比較，總結(jié)出適合的鑒別方法。

1 試驗部分

1.1 材料

樣品來源于從市場上購買的乙綸、丙綸、聚乙烯/聚丙烯復合纖維、聚烯烴彈性纖維。

1.2 試驗方法

1.2.1 拉伸性能

將纖維緩慢拉伸至初始長度的1.5倍，然后迅速松弛，觀察纖維的伸長及回復情況，見表1所示。

1.2.2 燃燒法[8]

用鑷子夾持50～100 mg待鑒別纖維的一端，緩慢地移近火焰，觀察纖維接近火焰時、在火焰中和離開火焰后的不同燃燒狀態(tài)和熔融情況，燃燒時散發(fā)的氣味以及燃燒剩余物的顏色、形狀、硬度等。

1.2.3 顯微鏡觀察法[9]

利用CU-1纖維細度儀采集纖維的縱、橫向形態(tài)特征圖?？v向制片是將纖維手扯伸直平行，抽取少量置于載玻片上，滴上石蠟油，覆上蓋玻片，在顯微鏡下觀察纖維縱向形態(tài)；橫截面制片采用哈氏切片器，將整理好的纖維嵌于切片器凹槽中，切出10～30 μm的薄片，用火棉膠凝固，在顯微鏡下觀察纖維橫截面形態(tài)。

1.2.4 化學溶解法[10]

分別用濃硫酸，75%硫酸，濃硝酸，濃鹽酸，20%鹽酸，0.5 mol/L堿性次氯酸鈉溶液，5%氫氧化鈉(NaOH)溶液，80%甲酸，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，丙酮，二氯甲烷，苯酚等化學試劑在不同的試驗溫度和溶解時間下對纖維進行溶解試驗。

1.2.5 紅外光譜法[11]

利用Nicolet 6700傅里葉紅外光譜儀對纖維進行紅外光譜測試。測試時，直接將待測纖維置于衰減全反射(ATR)試驗臺上方，并旋緊ATR附件固定鈕，將探頭對準檢測窗，順時針旋下，對其施加適當?shù)膲毫?，緊貼樣品，直到聽見一聲響聲，開始測試。紅外光束在晶體內(nèi)發(fā)生衰減全反射后，通過樣品的反射信號獲得其有機成分的結(jié)構(gòu)信息，從而得到樣品的紅外吸收光譜圖。

1.2.6 差示掃描量熱法[12]

差示掃描量熱測試采用TA公司的Q2000差示掃描量熱儀進行測定，實驗條件為：樣品質(zhì)量5～10 mg，降溫速率為20 ℃/min，二次升溫速率為10 ℃/min，氮氣氣氛。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸試驗

表1 聚烯烴纖維的拉伸特性

由表1可知，聚烯烴彈性纖維可以在拉伸至1.5倍時迅速回復至初始長度，具有良好的彈性，可以通過此特性與其他3種聚烯烴纖維進行區(qū)分。

2.2 燃燒特征

由表2可知，4種聚烯烴纖維的燃燒特征沒有明顯差異，無法通過燃燒法進行區(qū)分，但是其特有的石蠟味，可以容易地區(qū)分聚酯、錦綸等其他化纖，從而確認聚烯烴纖維的大類。

2.3 纖維顯微分析

由表3可知，4種聚烯烴纖維為典型的化纖圓滑形態(tài)特征，其中聚乙烯/聚丙烯復合纖維有明顯的皮芯形態(tài)，可以作為其定性鑒別的重要依據(jù)之一，乙綸、丙綸、聚烯烴彈性纖維則無法通過形態(tài)特征鑒別，但是聚烯烴彈性纖維相對較粗。

表2 聚烯烴纖維的燃燒特征

表3 聚烯烴纖維縱向和橫向形態(tài)特征

圖1 乙綸橫、縱截面形態(tài)圖(X500)

圖2 丙綸橫、縱截面形態(tài)圖(X500)

圖3 聚乙烯/聚丙烯復合纖維橫、縱截面形態(tài)圖(X500)

圖4 聚烯烴彈性纖維橫、縱截面形態(tài)圖(X500)

2.4 溶解試驗

由表4可知，4種聚烯烴纖維耐化學性能優(yōu)良，不溶于大部分的化學試劑，實驗中均能溶于煮沸的環(huán)己酮，但是由于他們的熔點較低，出現(xiàn)熱熔影響試驗結(jié)果判斷，所以通過溶解法不容易區(qū)分它們的具體種類。

表4 聚烯烴纖維溶解性能

注： I——不溶解；S——溶解。

2.5 紅外光譜分析

圖5 聚烯烴纖維紅外光譜圖

由圖5可知，4種聚烯烴纖維的紅外吸收光譜圖比較相似，其共有的主要特征峰有：2 915 cm-1附近的-CH2-不對稱伸縮振動峰，2 850 cm-1附近的-CH2-對稱伸縮振動峰，1 470 cm-1附近的-CH2-彎曲振動峰，此外乙綸有715 cm-1附近的-(CH2)n-面內(nèi)搖擺振動峰，丙綸有2 949.17 cm-1的-CH2-不對稱伸縮振動峰和1 375 cm-1附近的-CH3對稱變形振動峰，而聚乙烯/聚丙烯復合纖維和聚烯烴彈性纖維則都有1 375 cm-1附近的-CH3對稱變形振動峰和715 cm-1附近的-(CH2)n-面內(nèi)搖擺振動峰?？梢?，乙綸和丙綸可以通過紅外吸收光譜基本確認，聚乙烯/聚丙烯復合纖維和聚烯烴彈性纖維則難以區(qū)分，同時由于ATR紅外光譜采集時紅外光的穿透能力有限，紅外吸收光譜可能失真，因此不能單一通過ATR法進行準確的鑒別。

3.6 差熱分析

圖6 聚烯烴纖維二次升溫DSC曲線譜圖

由圖6可知，DSC測試中乙綸、丙綸、聚烯烴彈性纖維的熔融峰分別為：137.30 ℃、159.03 ℃和119.94 ℃，而聚乙烯/聚丙烯復合纖維出現(xiàn)了132.13 ℃和160.12 ℃兩個熔融峰，且分別與乙綸和丙綸的熔融峰基本一致。因此，可以通過DSC測試的熔融峰，直觀、準確地鑒別聚烯烴纖維的具體種類。

3 結(jié)論

通過燃燒、顯微鏡縱向觀察、溶解試驗，確認纖維為不溶于濃硫酸的聚烯烴纖維；將纖維進行拉伸試驗，如果纖維拉伸至1.5倍能快速回復到初始長度，可基本確認為聚烯烴彈性纖維。將纖維進行顯微鏡橫截面觀察，確認是否為復合纖維形態(tài)。將纖維進行紅外光譜及DSC測試，分析譜圖信息，尤其是DSC譜圖熔融峰位置和個數(shù)，進一步準確定性鑒別纖維的具體種類。

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[2] 李青山. 紡織纖維鑒別手冊[M]. 北京：中國紡織出版社，2003.

[3] 章友鶴. 新型化學纖維性能與用途(一)[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù)，2011, (2):58-60.

[4] 崔衛(wèi)國, 吳 峰. PE/PP皮芯型復合纖維[J]. 化纖與紡織技術(shù)，2005, (4): 18-22.

[5] 蘆長椿. 國內(nèi)外雙組分纖維的技術(shù)發(fā)展動向[J]. 紡織導報，2010,(1):51-55.

[6] 錢 鑫. 國內(nèi)外雙組分纖維的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 合成樹脂及塑料，2013, 30(4):80-84.

[7] 戎 斐，戴 景，涂 程.聚烯烴彈性纖維鑒別方法的研究[J]. 上海紡織科技，2012,(8)：53-56.

[8] FZ/T 01057.2-2007，紡織纖維鑒別試驗方法 第2部分：燃燒法[S].

[9] FZ/T 01057.3-2007，紡織纖維鑒別試驗方法 第3部分：顯微鏡法[S].

[10]FZ/T 01057.4-2007，紡織纖維鑒別試驗方法 第4部分：溶解法[S].

[11]FZ/T 01057.8-2012，紡織纖維鑒別試驗方法 第8部分：紅外光譜法[S].

[12]覃灑童，羅 峻，胡劍燦. 基于差示掃描量熱法的紡織品纖維成分快速定量分析方法[J]. 中國纖檢，2016,(11)：68-71.

Application of Differential Scanning Calorimetry in Qualitative Identification of Polyolefin Fibers

GU Xiao-hui，RUAN Chao-ming，LI Juan，CAO Yue-chan

(National Center for Quality Supervision and Inspection of Textile and Apparel Products, Guangzhou 511447, China)

The common polyolefin fibers included polyethylene, polypropylene, polyethylene/ polypropylene composite fiber and polyolefin elastic fiber were detailed analyzed by tensile test, combustion identification method, microscopic observation method, chemical dissolution method, infrared absorption spectroscopy and differential scanning calorimetry (DSC). The results showed that the physical and chemical characteristics of these fibers were close to each other, so it was difficult to identify these four kinds of fibers accurately via single traditional identification method, a variety of methods were combined for systematic identification. Differential scanning calorimetry was proved to be an accurate and reliable identification method, which can characterize the thermal properties of fiber effectively and intuitively.

differential scanning calorimetry; polyolefin fiber; qualitative analysis; systematic identification

2017-02-20；

2017-02-28

谷小輝(1984-)，男，工程師，研究方向：紡織品服裝產(chǎn)品檢測，E-mial：gxh251@163.com。

TS101.92

A

1673-0356(2017)03-0035-04