滌綸筒子紗染色過程中白色粉末的分析

劉 燮，王孟澤，陳迎春，李 兵，江立文，陳夢夢

（1.浙江傳化功能新材料，浙江 杭州 310000；2.傳化智聯(lián)股份有限公司，浙江 杭州 311215）

滌綸色紗廣泛應(yīng)用于各種紡織品和服裝面料，其主要生產(chǎn)方式是筒子紗染色。但滌綸筒子紗在染色過程中容易產(chǎn)生白色粉末，該物質(zhì)容易引起染料、油劑富集，進(jìn)而粘附在纖維表面，導(dǎo)致色點(diǎn)、色花等瑕疵；此外還容易沉積在設(shè)備上，容易形成難以去除、清理的污垢，給生產(chǎn)帶來不便，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量［1-3］，染廠一般通過降低染色溫度、高溫排液、堿性染色等［4］手段來解決這些問題。

研究發(fā)現(xiàn)，白色粉末主要是低聚物，是聚酯聚合過程和降解過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，聚合度為2～10，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～3%（對PET 質(zhì)量），其中環(huán)狀三聚體是主要成分，占總低聚物的70%以上［5-6］。

本研究針對滌綸筒子紗工廠取得的“白色粉末”，篩選合適的溶劑，采用氯仿超聲萃取法對其進(jìn)行定量萃取，運(yùn)用紅外光譜、薄板層析、DSC、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等分析方法對萃取物進(jìn)行表征，并探討了助劑對其高溫分散性能的影響，旨在為工廠改善低聚物問題提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：白色粉末1#（淺綠色，常熟某筒子紗廠），白色粉末2#（淺灰色，海寧某筒子紗廠）；氯仿、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亞砜（DMSO）、四氫呋喃、甲醇、乙腈、乙醚、丙酮（分析純，西隴科學(xué)股份有限公司），層析硅膠（GF245）-薄板（浙江省臺(tái)州市路橋四甲生化塑料廠），封口熔點(diǎn)毛細(xì)管［100.0 mm×（0.9～1.1）mm，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司］，多功能分散劑TF-252（傳化智聯(lián)股份有限公司）。

儀器：KQ-600 型超聲波清洗機(jī)（昆山市超聲儀器有限公司），Nicolet IS10 型傅里葉紅外光譜儀（美國熱電公司），6130 型液質(zhì)聯(lián)用儀（美國安捷倫科技有限公司），DSC 型差示掃描量熱儀（美國TA 公司），ZF-1 型三用紫外分析儀［驥輝分析儀器（上海）有限公司］，DLS-6000 型紅外線試色機(jī)（DaeLim Star-let有限公司）。

1.2 低聚物的萃取

稱取一定量的樣品，置于15 mL 離心試管中，加入適量的溶劑，置于超聲波清洗機(jī)中處理4 h，觀察其溶解現(xiàn)象，篩選合適的溶劑，測定其在溶劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3 測試

1.3.1 紅外光譜

用KBr 壓片法制樣，用傅里葉紅外光譜儀測試。測試條件：分辨率優(yōu)于0.4 cm-1，掃描次數(shù)為64，掃描范圍為4 000～400 cm-1。

1.3.2 DSC

用DSC 熱分析儀評(píng)價(jià)樣品的結(jié)晶性能，溫度從40 ℃升至330 ℃，升溫速率為20 ℃/min，氮?dú)獗Ｗo(hù)。

1.3.3 薄板層析

將樣品溶解于氯仿溶液中，用毛細(xì)管滴加于薄層板一端的起點(diǎn)上，待干燥后，將薄層板放入密閉的展開劑中展開，薄層板在紫外燈照射下顯色后得到色譜圖。

1.3.4 液相色譜-質(zhì)譜

液相色譜條件：Bridge?C18 色譜柱（250.0 mm×4.6 mm，5 μm）；流動(dòng)相為DMSO；流速為1 mL/min；柱溫為室溫（25 ℃）。

質(zhì)譜檢測條件：離子源為ESI 源；溫度為350 ℃；干燥氣（N2）的流速為12 L/min；毛細(xì)管電壓為3 000 V；正離子方式檢測。

1.3.5 高溫分散性

稱取0.1 g 白色粉末，加入100 mL 水，調(diào)節(jié)pH 為4～5，加入多功能分散劑TF-252，在紅外染色機(jī)中130 ℃運(yùn)行30 min，降溫至50 ℃，抽濾。評(píng)價(jià)其在濾紙上的分散狀態(tài)，濾紙表面分布越淺且均勻表示去除性越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品的萃取

2.1.1 樣品在溶劑中的溶解性能

在稱取一定量樣品的試管中加入不同溶劑，超聲振蕩4 h，結(jié)果如表1所示。

表1 樣品在不同溶劑中的溶解性能

由表1 可以看出，樣品在氯仿、DMF 和DMSO 中的溶解性能較高。

2.1.2 樣品中低聚物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

準(zhǔn)確稱取0.02 g 1#樣品和2#樣品，分別置于15 mL 離心管中，加入適量的氯仿，超聲振蕩4 h，過濾，烘干。測得氯仿可萃取的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是82%和87%。由此可知，采集的樣品大部分可以溶于氯仿。

結(jié)合文獻(xiàn)資料［7-8］推測，氯仿溶解的物質(zhì)可能是環(huán)狀三聚體。下面通過一系列方法表征萃取物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

2.2 低聚物的表征

2.2.1 紅外光譜

紅外光譜可以分析分子的結(jié)構(gòu)，非常適合用于碳?xì)溆袡C(jī)物的組成與性質(zhì)測定。樣品的紅外光譜圖見圖1。由圖1 可以看出，1#和2#樣品萃取物的吸收特征峰相似，在1 720 cm-1附近出現(xiàn)了C=O 伸縮振動(dòng)峰，在1 600～1 450 cm-1內(nèi)的若干譜帶是由苯環(huán)骨架振動(dòng)引起的吸收峰，在1 258、1 170 cm-1附近出現(xiàn)了酯基中C—O—C 的振動(dòng)吸收峰，另外在727 cm-1附近出現(xiàn)了單取代苯C—H 變形振動(dòng)的特征吸收峰，可初步推斷萃取物含有對苯二甲酸乙二醇酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)［9］。完全一致的紅外譜圖可以說明，不同來源的樣品中含有相同官能團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

2.2.2 DSC

在氮?dú)鈿夥障拢瑢⒙确螺腿∥镞M(jìn)行DSC 分析，溫度范圍為30～350 ℃，升溫速率為10 ℃/min，其升溫曲線如圖3 所示。查閱文獻(xiàn)可知，環(huán)狀三聚體的熔融吸收峰也在310 ℃附近［10］，由此可進(jìn)一步推測氯仿萃取物的主要成分是環(huán)狀三聚體。

2.2.3 薄層層析

薄層層析法是一種吸附分離法［11］，可根據(jù)溶質(zhì)在展開劑中向前爬行的不同距離將各組分分開，達(dá)到分離效果。經(jīng)一系列溶劑展開劑篩選，在體積比為4∶1 的氯仿/乙醚展開劑中，萃取物基本展開，薄層板在紫外燈照射下顯色。

由圖3 可以看出，1#和2#樣品萃取物展開的色譜圖一致，萃取物有2個(gè)組分清晰可見。

2.2.4 液相色譜-質(zhì)譜

制備1 g/L 萃取物的DMSO 溶液，過0.45 μm 濾膜，用于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析。圖4 是樣品的總離子流圖。

圖5是樣品的質(zhì)量色譜圖。

由圖4 可以看出，1#和2#樣品萃取物均出現(xiàn)了多個(gè)組分，其中離子強(qiáng)度較大的出峰時(shí)間大致相同。篩查各組分對應(yīng)的質(zhì)量色譜圖，由圖5可以看出，組分2和組分3 對應(yīng)的高分辨正離子質(zhì)譜測試值為599［M+Na］+和791［M+Na］+，進(jìn)而可以推算得到，組分2 和組分3 的相對分子質(zhì)量為576 和768，與環(huán)狀三聚體和環(huán)狀四聚體的相對分子質(zhì)量相符。由此推斷，萃取物組分含有環(huán)狀三聚體和環(huán)狀四聚體。

2.2.5 分散性

針對生產(chǎn)需要，傳化智聯(lián)股份有限公司開發(fā)了多功能分散劑TF-252，該產(chǎn)品對低聚物有優(yōu)異的分散作用。由圖6 可以看出，加入TF-252 的濾紙表面白色粉末分布淺且均勻，表示TF-252 對酸析物的分散性好。TF-252 具有良好的市場前景，已在多家滌綸筒子紗廠應(yīng)用，染廠普遍反映使用該產(chǎn)品對低聚物去除效果明顯，可以有效改善白粉問題。

3 結(jié)論

對滌綸筒子紗白色粉末的一系列研究發(fā)現(xiàn)，該物質(zhì)在氯仿溶劑中溶解度較高。對萃取物的紅外光譜、薄板層析、DSC、液相色譜-質(zhì)譜進(jìn)行分析可以得出，白色粉末主要組分是環(huán)狀三聚體和環(huán)狀四聚體。分散劑TF-252對低聚物有優(yōu)異的分散效果。