滌綸筒子紗染色中白色雜質(zhì)的定量分析方法探討

王金花

（中國紡織科學(xué)研究院有限公司 生物源纖維制造技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100025）

筒子紗染色是滌綸色紗的主要生產(chǎn)方式，在色織領(lǐng)域和縫紉線領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。從事滌綸染色的企業(yè)通過工藝的改進(jìn)、染色設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改進(jìn)，逐步降低加工過程中的水、蒸汽、電、染化料消耗，減少污水排放，實(shí)現(xiàn)了有效的節(jié)能減排。但在滌綸的筒子紗染色過程中，“白色粉末”問題一直困擾著企業(yè)，是筒子紗染色企業(yè)無法回避的問題?！鞍咨勰笔且环N粉狀物質(zhì)，通常分布在染好的成品色紗上和染缸中，由于其顏色比染好的色紗淺，在色紗上呈現(xiàn)為白色的疵點(diǎn)，所以稱之為“白色粉末”，將其從紗線上抖落下來觀察則一般為帶有顏色的粉狀物質(zhì)。

根據(jù)研究報(bào)道，白色粉末主要組分為三元環(huán)結(jié)構(gòu)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的低聚物[1]?！鞍咨勰眴栴}不但對(duì)筒子紗染色企業(yè)有影響，污染紗線、污染染缸、影響成品色紗的質(zhì)量，低聚物形成的晶體在水中溶解度極低且難以從纖維表面洗去，從而形成染疵（如色花、色斑等）現(xiàn)象，給后續(xù)加工也帶來許多麻煩[2]。所以準(zhǔn)確地分析白色粉末中各組分的含量，對(duì)生產(chǎn)過程中工藝調(diào)整、設(shè)備維護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)材料和設(shè)備

1.1 樣品

白色粉末：收集不同來源的白色粉末，分別編號(hào)：WP3；WP4；WP5；BHET：為PET 預(yù)縮聚階段產(chǎn)物。

試劑：三氯甲烷（分析純），無水乙醚（分析純），四氯化碳（分析純）。

1.2 儀器設(shè)備

傅立葉變換紅外光譜儀：美國熱電公司Nicolet Impact 400D 型；掃描電鏡：日本JSM-6360；電熱恒溫干燥箱：天津泰斯特，202-1AB 型；電子分析天平：梅特勒-托利多，AL204；超聲波清洗機(jī)：H66025 型。

2 白色粉末外觀形態(tài)觀察

將有白色粉末的紗線和搜集的白色粉末樣品進(jìn)行掃描電鏡（SEM）觀察，得到照片如圖1 所示。

圖1 白色粉末電鏡照片

從SEM 照片可以看出,白色粉末在紗線上普遍存在，每根纖維上幾乎都有，非常明顯，而且無規(guī)律。白色粉末形態(tài)有較大差異，有形狀局部規(guī)整的晶體狀物質(zhì)，也有無規(guī)狀的物質(zhì)。

3 白色粉末各組分的定量分析

3.1 白色粉末油劑含量分析

滌綸長絲和短纖生產(chǎn)過程中都要對(duì)纖維上油，使用油劑可使纖維順滑并減少靜電，從而保障生產(chǎn)和后道應(yīng)用順利進(jìn)行。油劑使用是否得當(dāng)，不但影響后續(xù)紡紗工序，而且對(duì)筒子紗染色的企業(yè)，可能產(chǎn)生或加重白色粉末現(xiàn)象[3,4]。因此，準(zhǔn)確提取出白色粉末中的油劑組份，并測出其含量，對(duì)分析判斷低聚物及其他組份含量極其重要。

1）白色粉末中油劑萃取劑的探索

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道和大量企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，滌綸上的油類萃取劑多為四氯化碳，或無水乙醚[5,6]。本研究通過使用兩種有機(jī)溶劑分別進(jìn)行油劑萃取，探索比較了四氯化碳和無水乙醚作為油劑萃取劑的效果。

選取一種白色粉末WP3，將適量樣品分別置于加入四氯化碳和無水乙醚的容器中，通過振蕩、離心、過濾、萃取、濃縮等步驟，將萃取液滴于溴化鉀(KBr)鹽片上，待溶劑揮發(fā)，反復(fù)上述操作，直至鹽片上形成均勻薄膜，放于紅外測試儀中，記錄4000～400cm-1范圍的紅外光譜，如圖2 所示。

由圖2 可知，四氯化碳和乙醚提取出的油劑的紅外光譜圖與POY 前紡所用油劑的紅外光譜圖一致，無其他特征峰，說明四氯化碳和乙醚作為油劑萃取劑可以有效提取白色粉末樣品中的油劑。但由于四氯化碳是一種消耗臭氧層的物質(zhì)[6]，考慮到環(huán)保要求，本研究使用無水乙醚作為萃取劑。

2）白色粉末中油劑的提取方法

為準(zhǔn)確得出白色粉末中油劑的含量，參考化學(xué)纖維含油率試驗(yàn)方法[7]，使用萃取法，探索了白色粉末有效分離提取油劑的方法。分別采取濾紙包裹磨口三角瓶浸泡搖床振蕩萃?。ǚ椒ˋ）、磨口三角瓶直接浸泡搖床振蕩萃?。ǚ椒˙）、離心試管浸泡超聲振蕩萃?。ǚ椒–）3 種方法提取白色粉末所含油劑，使用增重法和減重法計(jì)算白色粉末中油劑含量。對(duì)白色粉末WP3、WP4、WP5這3 種樣品的油劑含量進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)步驟見表1。

表1 通過三種方法對(duì)白色粉末樣品的油劑含量測試的實(shí)驗(yàn)步驟

各方法中將合并的萃取液用熱板蒸餾回收絕大部分試劑后，將含少量試劑的萃取瓶置于70℃烘箱中干燥1h，然后將萃取瓶轉(zhuǎn)移至干燥器中，冷卻后稱量，用增重法確定白色粉末油劑含量（其中，方法A 帶著濾紙包，最后減去濾紙包重量）。

三種測試結(jié)果列于表2。

由表2 發(fā)現(xiàn)，方法A 定量濾紙本身失重，影響油劑含量測量的準(zhǔn)確性；而且由于濾紙包裹，白色粉末不能充分與溶劑接觸，使測得油劑含量低于其他方法的結(jié)果。方法B 轉(zhuǎn)移樣品和溶劑時(shí)，難免引起損失，將影響油劑含量測量的準(zhǔn)確性，以及下一步低聚物含量測試的準(zhǔn)確性。方法C 使用離心試管即可有效分離萃取液和白色粉末其余成分，又減少轉(zhuǎn)移過程中樣品的損失。結(jié)合乙醚作萃取劑，可以較準(zhǔn)確地得到白色粉末中油劑的含量，通過圖2 中萃取物的紅外光譜對(duì)比，確認(rèn)萃取物為油劑。此方法利于生產(chǎn)企業(yè)測試人員的方便操作，結(jié)果準(zhǔn)確。

表2 通過三種方法測得白色粉末中油劑含量結(jié)果

圖2 白色粉末WP3 的四氯化碳、乙醚萃取液的KBr 鹽片濃縮膜以及POY 油劑的紅外光譜

3.2 白色粉末中低聚物含量分析

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[6,8]，通常使用三氯甲烷(氯仿)、四氯乙烯、苯-甲醇等試劑及混合試劑作為萃取劑提取滌綸纖維的低聚物，而三氯甲烷對(duì)低聚物有較好的溶解性[8]。將白色粉末樣品WP3、WP4、WP5，使用三氯甲烷為萃取劑，采取離心試管浸泡超聲振蕩萃取法提取低聚物。將裝有測過油劑含量的白色粉末的離心試管，加入10ml 三氯甲烷；置于100ml 細(xì)高燒杯中，再置于超聲清洗機(jī)，超聲萃取15min；置于離心機(jī)中，保持轉(zhuǎn)速3000rpm 離心10min；如此反復(fù)2 次，將合并的萃取液絕大部分試劑熱板蒸餾回收后，將萃取瓶置于70℃烘箱中干燥1h，然后將萃取瓶轉(zhuǎn)移至干燥器中，冷卻后稱量，用增重法確定白色粉末低聚物含量，測試結(jié)果列于表3。

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，三氯甲烷可有效提取出白色粉末中低聚物，并測算出低聚物含量，再根據(jù)前述無水乙醚對(duì)白色粉末中油劑含量的測試結(jié)果，可計(jì)算出白色粉末中其他不溶雜質(zhì)的含量，一并列于表3 中。通過對(duì)萃取物進(jìn)行紅外光譜測試驗(yàn)證，可以看出三種粉末所得萃取物譜圖相同，主要成分為對(duì)苯二甲酸及二元醇的低聚物[1]，各樣品紅外光譜如圖3 所示。

表3 白色粉末低聚物含量測試結(jié)果

圖3 三種白色粉末萃取物紅外光譜

4 結(jié)論

建立了筒子紗染色中滌綸紗線上白色粉末的各組分定量方法。分別使用無水乙醚、三氯甲烷提取白色粉末中油劑、低聚物組分的方法，操作簡便，結(jié)果準(zhǔn)確，重復(fù)性好，通過紅外光譜和已知組分對(duì)比分析，驗(yàn)證了方法中針對(duì)各組分選用萃取溶劑的準(zhǔn)確性。通過準(zhǔn)確計(jì)算出白色粉末中兩種主要成分低聚物及油劑的含量，可容易得到其他雜質(zhì)含量。這種對(duì)白色粉末主要成分的測試方法，適用于從事滌綸染色的生產(chǎn)企業(yè)簡便、準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行定量分析，利于指導(dǎo)生產(chǎn)線操作人員調(diào)整工藝，維護(hù)設(shè)備，意義非常重大。