文/ 劉啟濱 曹月嬋

1 引言

發(fā)熱纖維是能自行產(chǎn)生熱量的保暖型纖維，吸濕發(fā)熱纖維是目前開發(fā)研究比較多的一類發(fā)熱纖維。吸濕發(fā)熱纖維中的聚丙烯酸鹽系纖維，簡稱EKS纖維，是日本東洋紡所開發(fā)的一種合成纖維，可自行吸濕發(fā)熱而溫暖身體的弱酸性材料，EKS纖維通過將氨基、羧基等親水化基團(tuán)引入聚丙烯酸分子中，并進(jìn)行交聯(lián)處理而得到。EKS纖維可以調(diào)節(jié)人體與服裝之間的溫度及濕度，具有良好的吸濕功能，使穿著空間溫度升高，讓人感到溫暖舒適，同時(shí)具有吸濕、發(fā)熱、控制pH值、阻燃、抗起球和防靜電等多種功能[1-3]。目前EKS纖維主要用于生產(chǎn)女士貼身內(nèi)衣，也被廣泛用于被褥絮棉、男士服裝、運(yùn)動(dòng)裝等。

目前，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚沒有關(guān)于EKS纖維定性鑒別的方法，國內(nèi)僅有吸濕發(fā)熱針織內(nèi)衣的行業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 73036—2010《吸濕發(fā)熱針織內(nèi)衣》中有描述，但是沒有具體的鑒別方法，在歐盟發(fā)布的EU 2018/122針對(duì)（EU）No 1007/2011的修訂版中附錄I第50行增加了該種纖維的名稱“polyacrylate”，但尚未有該類纖維的定性和定量方法。查閱其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也尚無EKS纖維相應(yīng)的定性和定量方法。針對(duì)目前國內(nèi)外對(duì)EKS纖維定性鑒別方法的缺失，但實(shí)際生產(chǎn)和市場(chǎng)又有檢測(cè)需要，本文采用燃燒法、顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法以及熔點(diǎn)法對(duì)EKS纖維的燃燒性能、形態(tài)特征、溶解性能、紅外性能以及熔點(diǎn)現(xiàn)象等進(jìn)行研究，總結(jié)出EKS纖維定性鑒別的方法，為EKS纖維的定性檢測(cè)分析提供快速、準(zhǔn)確的測(cè)試方法[4]。

2 試劑和儀器

2.1 原料

EKS纖維（送檢庫存樣品）。

2.2 試劑

20%鹽酸、濃鹽酸、75%硫酸、濃硫酸（98%）、濃硝酸、甲酸/氯化鋅、99%N，N—二甲基甲酰胺(DMF)、0.5mol/L次氯酸鈉溶液、氫氧化鈉/甲醇、冰乙酸、丙酮、二氯甲烷、65%硫氰酸鉀、三級(jí)水、氨水、石蠟油、火棉膠。

2.3 儀器

哈氏切片器、250mL錐形瓶、玻璃棒、DB-3B數(shù)顯恒溫電熱板（常州澳華儀器公司）、AS-16/316L型水浴振蕩器（順德瑞邦機(jī)電設(shè)備廠）、BX51型纖維細(xì)度儀（日本OLYMPUS公司）、Nicolet6700傅里葉變換紅外光譜儀（美國Thermo Nicolet公司）、附有加熱裝置的偏光顯微鏡（日本Nikon公司）。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 燃燒性能

燃燒法主要根據(jù)纖維靠近火焰時(shí)、在火焰中和離開火焰后的不同燃燒狀態(tài)及熔融情況，燃燒時(shí)散發(fā)的氣味以及燃燒殘留物的顏色、形狀、硬度等來鑒別纖維的方法。燃燒試驗(yàn)采用鑷子夾持EKS纖維的一端，緩慢地移近火焰，分別觀察纖維在整個(gè)燃燒過程中所發(fā)生的現(xiàn)象。EKS纖維燃燒特征如表1所示。

表1 EKS纖維燃燒特征

由表1可知，EKS纖維燃燒時(shí)的狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)中的纖維素纖維、合成纖維等有明顯的燃燒特征區(qū)別，通過燃燒法可以進(jìn)一步縮小對(duì)EKS纖維定性時(shí)大概分類的范圍，具體鑒別還需進(jìn)行下一步分析。

3.2 形態(tài)特征

因FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第3部分：顯微鏡法》中尚無EKS纖維相應(yīng)的形態(tài)特征描述，故本文采用不同的顯微鏡，纖維細(xì)度儀和偏振光顯微鏡觀察EKS纖維的特征形態(tài)，為該纖維的定性鑒別提供依據(jù)。

3.2.1 纖維細(xì)度儀

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第3部分：顯微鏡法》中的操作方法對(duì)EKS纖維觀察未知纖維的縱面和橫截面形態(tài)，對(duì)照纖維標(biāo)準(zhǔn)照片和形態(tài)描述來鑒別未知纖維的類別的方法。

由圖1可知，在纖維細(xì)度儀下，EKS纖維的縱向形態(tài)表面光滑，有一點(diǎn)細(xì)條紋；EKS纖維的橫截面為圓形形態(tài)，橫縱截面形態(tài)與絕大部分化纖的形態(tài)接近。由此可知采用細(xì)度儀觀察不能直接鑒別該纖維，故采用偏振光纖維鏡觀察纖維的雙折射現(xiàn)象，為該纖維的定性鑒別提供進(jìn)一步的理論依據(jù)。

3.2.2 偏振光顯微鏡

偏振光顯微鏡是采用偏振光照射，增加檢偏器，觀察纖維的干涉條紋顏色。干涉條紋顏色主要由光程差決定，光程差又是由纖維雙折射率決定，各種纖維都有獨(dú)特的雙折射率，從而有自己獨(dú)特的干涉色，這是偏振光纖維鏡能夠用于鑒別纖維的依據(jù)[5]。測(cè)試設(shè)置偏振光的放大倍數(shù)為500倍，起偏角的度數(shù)為120°（檢偏角為0°），纖維與載物臺(tái)的夾角分別為+45°、-45°，補(bǔ)償片使用1的補(bǔ)償片。

圖2 EKS纖維在偏振光下的+45°（a）和-45°（b）縱截面圖

由圖2可知，在偏振光顯微鏡下，除外觀形態(tài)和纖維細(xì)度儀觀察的相同外，EKS纖維與載物臺(tái)成+45°方向時(shí)，纖維呈藍(lán)色；成-45°方向時(shí)，纖維呈深黃色。這兩種角度纖維顏色分布均勻，同時(shí)旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，纖維的干涉光顏色變化清晰易分辨。該纖維在+45°和-45°的干涉光顏色變化可作為EKS纖維定性鑒別方法依據(jù)。

3.3 溶解性能

溶解法是利用纖維在不同溫度下不同化學(xué)試劑中的溶解特性來鑒別纖維。本測(cè)試中選用13種常用化學(xué)試劑在相同濃度、處理溫度和溶解時(shí)間下對(duì)EKS纖維進(jìn)行溶解試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 EKS纖維的溶解性能

由表2可以看出，EKS纖維化學(xué)性能穩(wěn)定，既不溶于強(qiáng)酸也不溶于強(qiáng)堿。該纖維除了在0.5mol/L次氯酸鈉溶液煮沸下溶解和在濃硫酸煮沸下發(fā)生部分溶解情況外，在其他常規(guī)試劑基本不溶解，采用溶解法可排除該纖維不是常見的纖維素纖維、合成纖維。

3.4 紅外性能

紅外光譜法是利用纖維特有的紅外吸收譜特征來鑒定和分析，不同種類纖維的紅外光譜圖都有各自不同的特征，根據(jù)這些特征就可以鑒別出纖維的類別組分, 從而判斷纖維的種類及名稱。對(duì)EKS纖維進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，每個(gè)樣掃描32次，選擇自動(dòng)增益，分辨率為4cm-1，測(cè)試光譜范圍為4500cm-1～400cm-1，并對(duì)測(cè)試光譜進(jìn)行自動(dòng)基線校正處理。該纖維的紅外譜圖如圖3所示。

圖3 EKS纖維的紅外光譜圖

從圖3可以看出EKS纖維具有特有的中紅外吸收光譜圖，3194cm-1的吸收峰寬且強(qiáng)度高，說明纖維中可能存在—OH、—NH官能團(tuán)，2925.61cm-1為—CH2官能團(tuán)特征峰，1652.72cm-1為羰基—C=O—振動(dòng)吸收特征峰，1547.02cm-1為氨基—NH2振動(dòng)吸收特征峰，1404.24cm-1為氰基—CN振動(dòng)吸收特征峰，1322.05cm-1為羧基—COOH振動(dòng)吸收特征峰。由此可知，EKS纖維是一種含—NH2、—COOH、—CN、—OH等主要官能團(tuán)的聚丙烯酸類纖維。通過紅外光譜測(cè)試分析可對(duì)EKS纖維進(jìn)一步明確定性分析。

3.5 熔點(diǎn)性能

采用附有加熱裝置的偏光顯微鏡（日本Nikon公司）進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)試，取少量纖維放在兩片玻璃片之間，置加熱裝置上，升溫速率約為3℃/min，并調(diào)焦使纖維成像清晰，觀察纖維在不同溫度下的成像變化。在溫度升至310℃之后，EKS纖維出現(xiàn)炭化現(xiàn)象，并未發(fā)現(xiàn)該纖維具體的熔點(diǎn)，EKS纖維在加熱溫度下具體形態(tài)變化如圖4。

4 結(jié)論

從上述試驗(yàn)結(jié)果可知：

（1）通過燃燒法可知EKS纖維具有一定的阻燃性能，在火焰中可緩慢燃燒，離開火焰自滅，有特殊氣味，殘留物為細(xì)軟的黑色絮狀物。

圖4 EKS纖維炭化前纖維（a）和炭化后纖維（b）形態(tài)圖

（2）EKS纖維在細(xì)度儀下縱向截面，橫截面為近圓形；在偏振光顯微鏡下+45°方向時(shí)；纖維呈深黃色，-45°方向時(shí)，纖維呈藍(lán)色，兩種角度纖維顏色分布均勻，干涉光顏色變化清晰。

（3）EKS纖維化學(xué)穩(wěn)定性好，在0.5mol/L次氯酸鈉溶液煮沸下溶解和在濃硫酸煮沸下部分溶解，在其他常規(guī)試劑基本不溶解。

（4）EKS纖維具有特有的中紅外吸收光譜圖，在譜圖中可得EKS纖維一種含—NH2、—COOH、—CN、—OH主要官能團(tuán)的聚丙烯酸類化合物。

（5）在熔點(diǎn)測(cè)試中未發(fā)現(xiàn)EKS纖維的相應(yīng)熔點(diǎn)，且該纖維在310℃后出現(xiàn)炭化現(xiàn)象。

因此，依據(jù)EKS纖維相應(yīng)的物理化學(xué)特性，綜合結(jié)合本文中的測(cè)試方法，可準(zhǔn)確地鑒別EKS纖維。