韓春艷，陳建梅，戴鈞明，季 軒

(1. 中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900)

分 析 測 試

儀綸的定性鑒別方法研究

韓春艷1,2，陳建梅1,2，戴鈞明1,2，季 軒1,2

(1. 中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900)

儀綸由于其分子結(jié)構(gòu)中既有聚酯的單元，又含有聚酰胺的單元，用顯微鏡法、燃燒法、化學(xué)溶解法等難以對紡織品中的儀綸與滌綸、錦綸進行區(qū)分。為此，研究了儀綸、滌綸、錦綸6在分散染料常壓染色、紅外光譜分析及DSC分析結(jié)果的差異。結(jié)果表明，根據(jù)樣品的常壓染色情況、紅外光譜圖中特征吸收峰位置及DSC圖中熔融峰位置及熔點數(shù)據(jù)等綜合特征可定性鑒別出待測樣品中是否含有儀綸成分。

儀綸 滌綸 錦綸6 定性鑒別 紅外光譜分析 DSC分析

儀綸(YILON)是儀征化纖生產(chǎn)的新一代合成纖維，CAS號(25610-75-7)，是對聚酯大分子鏈進行重新設(shè)計，通過在主鏈中植入酰胺鏈節(jié)的方法，開發(fā)出的一種全新意義的共聚酯(聚酰胺酯)短纖維，既具有滌綸抗皺、保形、易洗、快干及錦綸的耐磨、吸濕、易染等優(yōu)點，又擁有棉等天然纖維的柔軟、舒適、抗起毛起球等優(yōu)點，是紡織產(chǎn)品創(chuàng)新的理想原料[1]。儀綸可以純紡，也可以與棉、麻、絲、毛等天然纖維，以及粘膠、錦綸、氨綸等化學(xué)纖維進行多元組合與科學(xué)搭配混紡，充分發(fā)揮其手感柔軟、吸濕快干、抗起毛起球和綠色低碳的特性，為企業(yè)改善原有面料手感，開發(fā)創(chuàng)新性產(chǎn)品以及豐富產(chǎn)品開發(fā)的多樣性帶來更多新的選擇[2]。

儀綸由于其優(yōu)良的性能特點，可在運動服、休閑服、家居類和襪子等針織面料及襯衫、西裝和職業(yè)裝、PU革基布等機織、無紡面料方面得到廣泛的應(yīng)用[3]。隨著儀綸在針織、機織、無紡等領(lǐng)域應(yīng)用的日益廣泛和深入，對紡織品中儀綸與其他纖維的鑒別顯得非常迫切，目前國內(nèi)檢驗機構(gòu)尚沒有一套系統(tǒng)的方法用于定性鑒別儀綸。本文根據(jù)儀綸的結(jié)構(gòu)與性能特點，研究了紡織品中儀綸的定性分析方法，可為儀綸與其它纖維的混紡產(chǎn)品提供鑒別方法。

1 儀綸的性質(zhì)

儀綸是由聚對苯二甲酸、乙二醇、脂肪族聚酰胺及添加劑聚合得到的一種改性聚酰胺酯纖維[4]，如見圖1所示。在聚酯大分子主鏈上引入酰胺鏈(—CO—NH—)，使大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

圖1 儀綸聚合反應(yīng)方程式及其分子結(jié)構(gòu)

儀綸具有常規(guī)聚酯纖維的一般特性，對紡織品中的儀綸與其他纖維的鑒別可先按鑒別常規(guī)聚酯纖維的方法進行。首先通過顯微鏡觀察法將其和表面及截面形狀有顯著特征的棉、麻、絲、毛、粘膠等纖維進行區(qū)別，再通過燃燒法、不同的溶劑溶解法等方法與除滌綸、錦綸之外的其它化學(xué)纖維進行定性區(qū)分，但儀綸的主要成分為聚酯，大分子鏈上嵌入了少量的聚酰胺組分，正常生產(chǎn)的滌綸、錦綸、儀綸為圓形截面，難以通過顯微鏡法、燃燒法或化學(xué)溶解法等常規(guī)的鑒別方法將紡織品中的儀綸與滌綸、錦綸進行區(qū)分。

由于儀綸是在聚酯分子鏈中引入了酰胺鏈，使聚酯大分子鏈的規(guī)整性破壞，增大了纖維的無定形區(qū)間，降低了共聚酯的結(jié)晶性能和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。儀綸的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于常規(guī)聚酯纖維10～15 ℃左右，儀綸的無定形區(qū)增加使染料分子更容易進入纖維內(nèi)部，所以理論上，儀綸比常規(guī)聚酯纖維更容易染色，對分散染料具有常壓可染性。此外由于分子結(jié)構(gòu)中特征官能團的變化，儀綸的紅外吸收光譜圖中的特征吸收峰與滌綸、錦綸均有區(qū)別，因此本文利用儀綸的上述特點，進行了儀綸與滌綸、錦綸的鑒別方法研究。

2 試 驗

2.1 試驗設(shè)備

差式掃描量熱儀，DSC-7型，Perkin - Elmer 公司；傅里葉變換紅外光譜儀，NICOLET is10型，美國Thermo公司；掃描電子顯微鏡，S440型，英國 LEICA公司；電子分析天平，MS-204S型，瑞士 METTLER TOLETO 公司；振蕩式常溫染色小樣機，HBC-24型，佛山容桂薈寶染整機械廠；其它，實驗室常用玻璃儀器設(shè)備。

2.2 試驗樣品

儀綸、滌綸，儀征化纖公司生產(chǎn)；錦綸6，杭州永昌錦綸有限公司生產(chǎn)；儀綸與棉、粘膠、羊毛等混紡織物，山東魏橋紡織有限公司生產(chǎn)。

2.3 試驗樣品的預(yù)處理

如待測試樣上附著有整理劑、涂層、染料等物質(zhì)可能會掩蓋纖維的特征，干擾鑒別結(jié)果的準確性時，應(yīng)參照GB/T 2910.1《紡織品 定量化學(xué)分析 第1部分 試驗通則》[5]，選擇適當?shù)娜軇┖头椒▽⑵涑ィ筮@種處理方法和所用的溶劑不得損傷纖維或使纖維的性質(zhì)有所改變。

圖2 儀綸與部分纖維的混紡織物電鏡圖(a)：儀綸/粘膠混紡織物；(b)：儀綸/羊毛混紡織物； (c)：儀綸/麻混紡織物圖；(d)：儀綸/棉混紡織物

經(jīng)預(yù)處理的紡織材料可先采用顯微鏡法對其中的纖維進行大致分類，如其中含具有獨特形態(tài)特征的纖維如天然纖維素纖維(如棉、麻等)、部分再生纖維素纖維(如粘纖等)、動物纖維(如羊毛、羊絨、兔毛、蠶絲等)，見圖2。若混合樣品中含有其它化學(xué)纖維，可通過燃燒法、不同的溶劑溶解法、紅外光譜分析法等一種或幾種方法進一步確認待測纖維的種類。對于鑒別出的多組分混紡樣品，根據(jù)鑒別出的纖維組分，參照FZ/T 01057.4 《紡織纖維鑒別試驗方法第4部分:溶解法》[6]，根據(jù)混合樣品中各組分纖維的溶解特性，選擇合適的溶劑將混紡樣品中的纖維素纖維、動植物纖維及除儀綸、滌綸、錦綸之外的其它化學(xué)纖維組分等溶解去除，使試樣中只保留聚酯、聚酰胺或儀綸纖維組分。

2.4 試驗原理

利用儀綸的常壓可染特性、儀綸大分子上官能團在紅外吸收光譜圖中的特征吸收峰及其消除熱歷史前后的玻璃化溫度、熔融峰位置及熔點值等綜合性能特征進行紡織品中儀綸成分的定性鑒別。

2.5 樣品分析

2.5.1 分散染料染色試驗

在振蕩式常溫染色小樣試驗機中對經(jīng)預(yù)處理后的樣品進行常壓染色，染色條件：分散染料(o.w.f.)1%～2%；浴比：纖維樣品1∶50，織物樣品1∶30；pH值：4～5；50 ℃入染，0.5～1 ℃/min升溫到95～100 ℃之間保溫30～60 min，再降溫到65 ℃以下，取出樣品進行洗滌、烘干。

2.5.2 紅外光譜試驗

將經(jīng)預(yù)處理后的試樣置于加熱板上在熱熔壓片機上加熱壓制成厚度≤20 μm的薄膜，然后將制備好的薄膜試樣置于傅里葉變換紅外光譜儀樣品光束中的試樣架上，進行紅外光譜掃描，得到4 000～400 cm-1范圍的紅外光譜圖。

2.5.3 熱性能試驗

將經(jīng)預(yù)處理后的試樣剪成粉末狀，置于差示掃描量熱儀的樣品皿內(nèi)，在氮氣保護下進行DSC法玻璃化溫度及熔點測試。試驗方法：以10 ℃/min升溫至290 ℃，保持5 min，然后以 400 ℃/10 min 降溫至25 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升溫至290 ℃，保持5 min，以10 ℃/min 降溫至100 ℃。

3 結(jié)果與討論

3.1 染色試驗結(jié)果分析

分散染料可用于對聚酯、聚酰胺、儀綸等纖維的染色[7]。聚酰胺纖維可在95～100 ℃的常壓條件下進行分散染料染色，得到較好的上染率。但滌綸由于其大分子結(jié)構(gòu)排列緊密、結(jié)晶度高，在常壓下染料分子難以進入纖維內(nèi)部，通常在沒有染色載體的情況下需在120～130 ℃的高溫高壓下進行才能達到理想的上染率及顏色要求。儀綸中由于聚酰胺鏈的引入，破壞了大分子鏈的規(guī)整性，降低了共聚酯的結(jié)晶性能和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，這些結(jié)構(gòu)性能的改變導(dǎo)致纖維的吸濕、吸色性能也發(fā)生了很大的變化，因此儀綸或織物在95～100 ℃的常壓條件下即可用分散染料染色。圖3為在不同溫度下兩種分散染料對儀綸及滌綸的染色上染率對比。

圖3 儀綸與滌綸不同溫度下的上染率對比

從圖3中可看出，滌綸在100 ℃以下上染率很低，染色溫度升到120 ℃時上染率才達到90%左右，而儀綸在染色溫度95 ℃時分散藍染料的上色率即達到97%左右，分散紅染料上色率稍低，也達到80%左右，當溫度升到100 ℃時，分散紅染料的上染率即達到95%左右。根據(jù)染色試驗結(jié)果可知，根據(jù)樣品在分散染料常壓95～100 ℃的條件下染色后的上色情況可初步判斷樣品中是否含有聚酯、聚酰胺或聚酰胺酯(儀綸)成分。

由于聚酯產(chǎn)品中PBT、PTT纖維可在常壓下進行分散染料染色，因此僅通過染色試驗不能完全區(qū)分樣品中的儀綸、錦綸或PBT的纖維成分，還需再借助紅外光譜分析及DSC分析結(jié)果綜合判斷。

3.2 紅外光譜試驗結(jié)果分析

由圖1可知，儀綸是在聚酯大分子主鏈上引入酰胺鏈(—CO—NH—)后形成的一種新型共聚酯纖維，分子鏈中既有聚酯的結(jié)構(gòu)單元，又含有聚酰胺的結(jié)構(gòu)單元，因此，儀綸的紅外光譜圖中應(yīng)含有聚酯及聚酰胺兩種組分的特征官能團吸收峰。圖4～圖6分別為滌綸、錦綸及儀綸的紅外光譜圖。

圖4所示的滌綸紅外光譜圖中，在3 431 cm-1處的吸收峰為羥基—OH 的伸縮振動峰[8]，1 720 cm-1處的強譜帶為羰基伸縮振動的吸收峰，1 259 cm-1及1 120 cm-1處為—COOC—中的C—O—C的伸縮振動峰，873 cm-1處的譜帶歸屬于芳環(huán)上兩個相鄰的CH變形振動，727 cm-1處的譜帶是聚酯大分子

圖4 滌綸(聚酯纖維)特征紅外光譜圖

圖5 錦綸6(聚酰胺6纖維)特征紅外光譜圖

圖6 儀綸(聚酰胺酯)特征紅外光譜圖

鏈上的—(CH2)n—面外彎曲振動吸收峰，以上這些峰均為聚酯纖維的特征吸收峰；圖5所示的錦綸6紅外光譜圖中，1 640 cm-1的弱譜帶，是酰胺基的羰基伸縮振動的吸收，即酰胺Ⅰ帶吸收峰，而1 544 cm-1處的弱譜帶，是N—H彎曲振動和C—N伸縮振動的組合吸收，即酰胺Ⅱ帶的吸收峰，這兩個峰均為聚酰胺的特征吸收峰[9]。圖6所示的儀綸紅外光譜圖中，在3 431 cm-1、1 720 cm-1、1 259 cm-1及1 120 cm-1、873 cm-1、727 cm-1處均出現(xiàn)了聚酯的特征吸收峰，而在1 665 cm-1呈現(xiàn)了酰胺吸收帶Ⅰ及1 534cm-1處呈現(xiàn)了酰胺吸收帶Ⅱ的特征峰，因此從紅外光譜圖中的特征吸收峰可反映出儀綸中既含有聚酯組分，又含有聚酰胺成分。分析儀綸紅外光譜圖還發(fā)現(xiàn)儀綸和滌綸的酯羰基峰的波數(shù)1 720cm-1較一般的脂肪族酯羰基峰1 730 cm-1低，這是由于兩種纖維中酯羰基與苯環(huán)共軛，致使其特征峰向低波數(shù)移動。與聚酯纖維相比，儀綸中羰基峰的譜帶有所變寬，這是由于聚酯和聚酰胺在熔融狀態(tài)可以發(fā)生酯-酰胺交換反應(yīng)，儀綸中的酯基經(jīng)酯交換反應(yīng)生成了酰胺基，由于酰胺基的影響，使其向低波數(shù)移動，譜帶變寬[10]。

如待檢樣品為聚酯和聚酰胺兩種纖維的混合樣品，則紅外光譜圖中圖樣會同時出現(xiàn)聚酯和聚酰胺6的特征吸收峰，為避免將此種情況誤判斷為試樣中含有儀綸成分，筆者對滌綸/錦綸6、滌綸/儀綸、錦綸6/儀綸混合纖維樣品進行了紅外光譜分析，見圖7～圖9。

圖7 滌綸/錦綸混合纖維紅外光譜圖

圖8 滌綸/儀綸混合纖維紅外光譜圖

圖9 錦綸/儀綸混合纖維紅外光譜圖

由于儀綸中主要成分為聚酯，聚酰胺含量較低，因此圖7的滌綸/錦綸混合纖維紅外光譜圖與圖6純儀綸的紅外光譜圖相比，雖然均含有聚酯及聚酰胺的特征吸收峰，但圖8中聚酰胺的酰胺特征吸收帶Ⅰ、Ⅱ明顯高于圖6中的相應(yīng)吸收峰；圖8的滌綸/儀綸混合纖維紅外光譜圖與圖6相比，聚酯的特征吸收峰變高，而聚酰胺的特征吸收峰高度降低，雖然儀綸與滌綸混合后，混合樣品中聚酰胺6所占比例更低，但圖中仍可檢測到聚酰胺的特征吸收峰；圖9為錦綸/儀綸混合纖維紅外光譜圖，這兩種纖維混合后，混合樣品中聚酰胺6所占比例較純儀綸中的含量大大提高，從圖9可看出，聚酰胺的特征吸收峰明顯高于聚酯的特征吸收峰。

從以上分析可知，將待測樣品的紅外光譜圖與滌綸、錦綸、儀綸及其兩兩混合樣品的特征紅外光譜圖對照，根據(jù)特征吸收峰的位置及相對高度可判斷出待測樣品中是否為儀綸或為儀綸、滌綸、錦綸的混合物。

3.3 DSC試驗結(jié)果分析

由于儀綸是在聚酯鏈中引入了聚酰胺鏈,大分子鏈的結(jié)構(gòu)規(guī)整性遭到破壞，纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶溫度及熔融溫度較普通聚酯相比都有下降，添加不同聚酰胺含量的纖維玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)下降10 ℃以上，熔點(Tm)也較常規(guī)聚酯下降20 ℃左右。為了準確地根據(jù)樣品的DSC圖中玻璃化溫度、熔點及融熔峰位置鑒別出待測纖維或樣品的是否還有儀綸成分，筆者分別對儀綸、滌綸、錦綸6及三種纖維的兩兩相互混合后的樣品進行了DSC分析，圖10為儀綸、滌綸、錦綸6的DSC圖及儀綸、滌綸、錦綸6三種纖維兩兩混合樣品的DSC圖。

從圖10可看出，在2.4.3規(guī)定的測試條件下，滌綸的玻璃化溫度在77.46 ℃，熔點在254.51 ℃，錦綸6的熔點在220.67 ℃，而儀綸的玻璃化溫度為70.84 ℃，熔點為237.77 ℃。根據(jù)不同批次儀綸的DSC測試結(jié)果，不同聚酰胺含量的儀綸消除熱歷史后的玻璃化溫度介于65 ℃～72 ℃之間、熔點介于230 ℃～240 ℃之間。當待測樣品為純儀綸時，熔融峰只有一個，而如果待測樣品為儀綸與滌綸或與錦綸6的混合物時，DSC圖中均會出現(xiàn)雙熔融峰，在230 ℃～240 ℃之間的為儀綸的熔融峰，另一個為滌綸或錦綸6的熔融峰，峰高及峰面積與混合組分中每種纖維所占比例有關(guān)，如果待測樣品中有滌綸、錦綸6組分，而不含有儀綸時，則會在滌綸及錦綸6的熔點處出現(xiàn)熔融峰，不會出現(xiàn)儀綸的熔融峰。由此，從DSC掃描圖中熔融峰的位置及熔點數(shù)值及可判斷待測樣品是否還有儀綸成分。

圖10 儀綸、滌綸、錦綸6及三種纖維兩兩混合樣品的DSC圖 (a)：儀綸；(b)：滌綸；(c)：錦綸6；(d)：儀綸/錦綸6；(e)：儀綸/滌綸；(f)：滌綸/錦綸6

4 結(jié) 論

a) 對于未知類別的纖維樣品，可先采用顯微鏡法對纖維進行大致分類，再通過燃燒法、不同的溶劑溶解法、紅外光譜分析法等一種或幾種方法確認待測樣品中纖維的種類，選擇合適的溶劑將混合樣品中除儀綸、滌綸、錦綸之外的纖維組分等溶解去除掉，使試樣中只保留聚酯、聚酰胺或聚酰胺酯(儀綸)纖維組分，再根據(jù)儀綸與滌綸、錦綸的性能差異進行鑒別。

b) 儀綸的分子結(jié)構(gòu)特征使其具有分散染料常壓染色特性，利用分散染料在95～100 ℃溫度下對纖維進行染色，根據(jù)上色率及染色樣品的顏色可區(qū)分儀綸與普通滌綸。

c) 儀綸的紅外光譜圖中既具有聚酯的特征吸收峰，又具有聚酰胺的特征吸收峰，根據(jù)檢測樣品的紅外光譜圖中吸收峰的位置、吸收峰的峰高、峰寬等特征可鑒別出樣品中是否還有儀綸。

d) 儀綸的玻璃化溫度比滌綸下降10 ℃左右，而熔融溫度較滌綸下降15～20 ℃左右，從DSC分析圖中樣品的玻璃化溫度、熔融溫度等數(shù)據(jù)特征，可定性鑒別也樣品中是否還有儀綸。

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Study on qualitative identification of YILON

Han Chunyan1,2, Cheng Jianmei1,2, Dai Junming1,2, Ji Xuan1,2

(1.ResearchInstituteofSinopecYizhengChemicalFibreCo.,Ltd.,YizhengJiangsu211900,China；2.JiangsuKeyLaboratoryofHighPerformanceFiber,YizhengJiangsu211900,China)

There are unit structure of both Polyester and polyamide in molecular chain of YILON(a Polyester-amide fibers), so the dissolution performance in chemical reagent is similar to Polyester and Polyamide fibers. It’s difficult to identificate YILON from Polyester and polyamide fibers in the mixsture textile sample through the methods of microscopic observation, burning method, dissolution method etc. For this reason, the constant pressure dying performance difference in dispersion dyes, the result difference of infrared absorption spectrometry and DSC analysis of YILON and Polyester and polyamide fibers were studied. The results showed that on the basis of the results of the characteristics of the constant pressure dying performance and the absorption peak in infrared absorption spectrogram and melting point in DSC diagram, YILON can be identificated from the textile sample.

YILON; polyester fiber; polyamide fiber; qualitative identification; infrared spectrometry; DSC analysis

2017-01-24

國家自然科學(xué)基金項目 21474013。

韓春艷(1968-)，女，江蘇泰州人，高級工程師，主要從事聚酯分析應(yīng)用研究工作。

TQ340.7

B

1006-334X(2017)02-0056-06