張惠玲等

摘要

本文通過(guò)采用燃燒法、顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法、熱重分析法和熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法等常用的方法，對(duì)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維進(jìn)行鑒別。

關(guān)鍵詞：聚對(duì)苯撐苯并二惡唑；定性分析；外觀形態(tài)；溶解性能；熱學(xué)性能

1 引言

高強(qiáng)高模纖維一般是指拉伸斷裂強(qiáng)度和初始模量大大高于常規(guī)纖維的一類特種纖維。聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維是高強(qiáng)高模纖維中的一種，其英文名Poly-p-phenylene benzobisoxazazole，是一種液晶芳香族雜環(huán)聚合物。聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度高達(dá)30cN/dtex，初始模量大于1000cN/dtex，是常規(guī)滌綸短纖維的10倍左右，此外，聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維具有良好的耐熱性，聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維不僅僅在工業(yè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用，在紡織服裝領(lǐng)域也有較為廣泛的應(yīng)用，如消防服裝等。

目前，國(guó)內(nèi)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)尚沒(méi)有一套系統(tǒng)的方法用于定性聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維纖維，特別是該纖維的熱學(xué)特征和性能，相關(guān)報(bào)道較少，而聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的實(shí)際應(yīng)用越來(lái)越廣泛，急需一種準(zhǔn)確的鑒別方法?；诖?，本文采用常用的幾種纖維鑒別方法，鑒別高強(qiáng)高模聚對(duì)苯撐苯并二惡唑，根據(jù)纖維的各項(xiàng)特征研究定性鑒別方法。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 試驗(yàn)試劑

硫酸、鹽酸、次氯酸鈉、氫氧化鈉、硝酸、甲酸、氫氟酸、冰乙酸、氫氧化銅、硫氰酸鉀、氫氧化銨、N，N-二甲基甲酰胺、二甲苯、丙酮、四氫呋喃、苯酚、四氯化碳、砒碇、1，4-丁內(nèi)酯、二甲亞砜、環(huán)己酮、二氯甲烷、二氧六環(huán)、乙酸乙酯。以上試劑均為分析純。

2.2 試驗(yàn)儀器

日立S3400掃描電鏡、Nicolet iS50、PY-2020iS單點(diǎn)裂解器；7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等。

2.3 試樣

聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維長(zhǎng)絲，規(guī)格：4.54tex。

3 纖維鑒別

3.1 燃燒特征

取少量聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維試樣，觀察纖維靠近火焰、接觸火焰和離開(kāi)火焰時(shí)的狀態(tài)、燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣味和燃燒后的殘留物特征。聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維在接觸常規(guī)火焰的狀態(tài)下，不發(fā)生熔融收縮、冒煙等現(xiàn)象，在火焰中呈現(xiàn)赤紅色，離開(kāi)火焰后纖維不燃燒、不冒煙、不變形，并且無(wú)氣味，燃燒后的殘留物與原狀相比，顏色變深，呈灰黑色。這些特征是聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維特有特征，與其纖維本身的特性相關(guān)。

3.2 外觀形態(tài)

在掃描電鏡下觀察聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的外觀形態(tài)可以看到，如聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維具有表面光滑，而纖維的縱向出現(xiàn)了有規(guī)律的溝槽（見(jiàn)圖1）。

按照FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第3部分：顯微鏡法》中規(guī)定的步驟，對(duì)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維進(jìn)行切片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維異常堅(jiān)硬，無(wú)法制成切片，這與纖維的高初始模量特性有關(guān)，也可以作為鑒別該纖維的特征之一。

圖1 PBO纖維的外觀形態(tài)

3.3 溶解試驗(yàn)

根據(jù)FZ/T 01057.4—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第4部分：溶解法》中的規(guī)定試劑對(duì)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維進(jìn)行了溶解試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

從表2中得知，除了95%～98%硫酸和65%～68%硝酸，聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維在其他試劑中均不溶解，該結(jié)果可作為聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維與其他纖維交織或混紡產(chǎn)品定量分析的重要參考依據(jù)。

3.4 紅外光譜法試驗(yàn)

將纖維按照紅外光譜的制片要求，先將一定量的纖維進(jìn)行剪切，然后將纖維和KBr混合后在瑪瑙研磨器中研磨，壓制成片后進(jìn)行紅外光譜試驗(yàn)，聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的譜圖分析見(jiàn)表2。

3.5 熱重分析試驗(yàn)

熱重分析（TGA）技術(shù)是在溫度程序變化下通過(guò)測(cè)量試樣重量的變化，從而反映試樣的性能和效果，每一種高分子材料都有自己特有的熱重曲線及各特征溫度。通過(guò)對(duì)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的熱重分析后，可以得到如圖2的結(jié)果。

圖2 聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維TG/DTG曲線

對(duì)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的熱重分析結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到有關(guān)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的特征分解溫度，其初始分解溫度為520℃和最大分解速率溫度為727℃。

3.6 熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法試驗(yàn)

通過(guò)熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Py-GC/MS）能夠?qū)蹖?duì)苯撐苯并二惡唑纖維高溫裂解后的物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，分析纖維在一定溫度下特定的特征裂解產(chǎn)物。根據(jù)裂解產(chǎn)物種類及其相對(duì)豐度、保留時(shí)間對(duì)纖維樣品進(jìn)行定性分析。

圖3 聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維在750℃Py-GC/MS總離子流色譜圖

圖3是聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維纖維在750 ℃時(shí) Py-GC/MS分析的總離子流色譜圖。GC/MS分析結(jié)果表明，750 ℃時(shí)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維最主要的特征裂解產(chǎn)物分別為二氧化碳、苯甲腈、1，3- -苯二腈、N-（4-氨苯基）-苯甲酰胺，其相對(duì)豐度分別為：100.00%、34.60%、13.37%、27.78 %。

4 結(jié)論

通過(guò)以上試驗(yàn)可以得出，聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的定性試驗(yàn)方法有燃燒試驗(yàn)、外觀形態(tài)觀察試驗(yàn)、化學(xué)溶解試驗(yàn)、紅外光譜試驗(yàn)、熱重分析法、熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法6種方法。

燃燒試驗(yàn)和外觀形態(tài)只能初步對(duì)纖維類別進(jìn)行判定，而不能完全確定纖維的種類，結(jié)合化學(xué)溶解試驗(yàn)則基本上可以確認(rèn)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維纖維。根據(jù)化纖定性的原則，至少要求兩種或兩種以上的方法對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)其化學(xué)溶解性能上的獨(dú)特性只是限于將其區(qū)別于目前我們所熟知的纖維，隨著纖維種類的不斷增加，具有相似溶解性能的纖維可能也會(huì)不斷涌現(xiàn)。而紅外光譜試驗(yàn)、熱重分析法及熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法雖然僅限于鑒別純紡或最終剩余纖維為聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維，但卻可以對(duì)該纖維的類別進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。因此，以上6種方法從各種可能的鑒別方法入手，比較全面地研究了聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的定性分析方法，完全可以順利實(shí)現(xiàn)聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維的鑒別。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪家銘. 聚對(duì)苯撐苯并二惡唑纖維發(fā)展概況與應(yīng)用前景[J].高科技纖維與應(yīng)用，2009，（2）：42-47.

[2]欒燕燕，劉雪峰，謝建新. PBO纖維表面超聲化學(xué)處理工藝及作用機(jī)理[J].高分子材料科學(xué)與工程，2009，（9）：86-89.

[3]汪家銘.聚對(duì)苯撐苯并二惡唑（PBO）纖維發(fā)展概況與應(yīng)用前景[J].化工新型材料，2009，（10）：23-25.

[4]田欣，全保學(xué)，蔣文偉，等.高分子量聚對(duì)苯撐苯并雙口惡唑的合成及性能研究[J].化工新型材料，2012，（11）：88-101.

[5]李金煥，黃玉東，許輝. PBO纖維的合成、紡制、微相結(jié)構(gòu)與性能研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程，2003，（6）：46-50.

[6]張鵬，金子明，宮平，等.PBO纖維及復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用，2011，（10）：107-110.

[7]吳謙，王棟，孫瑾. PBO纖維研究進(jìn)展[J]. 遼寧化工，2013，（11）：1323-1324.

（作者單位：江西省纖維檢驗(yàn)局）endprint