1 引言

紡織行業(yè)大力發(fā)展的同時(shí)，對(duì)于多功能合成纖維的性能要求也越來(lái)越多，其中腈綸以其出色的柔軟、蓬松特性成為需求第三高的合成纖維。目前我國(guó)對(duì)于腈綸有多種改性產(chǎn)品，如阻燃腈綸、超細(xì)腈綸、吸濕腈綸等。針對(duì)腈綸的難以降解特性，吉林奇峰將分子級(jí)別的醋酸纖維素添加到聚丙烯腈分子主鏈上，獲得了一種全新的環(huán)保纖維——醋青纖維[1-3]。醋青纖維既保持了腈綸的柔軟度、耐磨性、高強(qiáng)度，又獲得了防靜電、好降解及較好的吸濕特性，是一種革命性的新型纖維，突破了纖維混紡只能在紡紗階段進(jìn)行物理混合的桎梏，達(dá)到了很好的功能搭配，是合成纖維的又一重大突破，必將推動(dòng)新型面料的發(fā)展[4]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于醋青纖維的基本性能，尤其是力學(xué)性能有了一定研究。本文在此基礎(chǔ)之上，從醋青纖維微觀截面觀察、燃燒特性、回潮率、化學(xué)溶解性能以及熱穩(wěn)定性等方法出發(fā)，對(duì)醋青纖維和腈綸進(jìn)行對(duì)比分析，為制定系統(tǒng)的醋青纖維定性標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)

2.1 原料

醋青散纖維，白色，如有需要可進(jìn)行前處理。

2.2 截面觀察方法

按FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第3部分：顯微鏡法》進(jìn)行操作。

2.3 燃燒現(xiàn)象方法

按FZ/T 01057.2—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第2部分：燃燒法》進(jìn)行操作。

2.4 回潮率測(cè)試方法

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 650—2008《化學(xué)纖維回潮率試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定醋青纖維的回潮率。

2.5 化學(xué)溶解方法

按FZ/T 01057.4—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第4部分：溶解法》進(jìn)行操作。

2.6 熱失重試驗(yàn)(TG)、差示掃描量熱儀 (DSC) 方法

熱重分析儀TG 4000 (Perkinelmer)的試驗(yàn)參數(shù)如下：氮?dú)獗Ｗo(hù)流速為20mL/min，升溫速率為10℃/min，升溫范圍為25℃～800℃。儀器清零后將經(jīng)過(guò)前處理的干燥樣品放入坩堝，待天平數(shù)據(jù)穩(wěn)定后開(kāi)始升溫。熱分析所用儀器為DSC 8000 (Perkinelmer)。試驗(yàn)溫度范圍為50℃～300℃，升溫速率為30℃/min，觀察樣品的熔點(diǎn)。取約4mg～6mg的醋青纖維，干燥后在熱重分析儀先稱重，記錄重量后進(jìn)行壓片并置于儀器的加熱器。

2.7 熱裂解法

儀器型號(hào)為PY2020is(Frontier)，熱裂解溫度設(shè)定為500℃，分析裂解的瞬間分解殘留物來(lái)研究醋青的分子組成。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 截面觀察法

圖1為醋青纖維的縱截面。醋青纖維是聚丙烯腈與醋酸反應(yīng)得到的衍生物，縱向截圖表面光滑且有明顯的溝槽條紋，與腈綸非常相似，因而僅憑顯微鏡法不能定性出醋青纖維，僅能判斷為腈綸或改性腈綸大類。這可能是由于醋青纖維的生產(chǎn)工藝造成的。另外通過(guò)縱向截圖還可以觀察到，醋青纖維呈近圓柱狀，纖維與纖維之間在聚集時(shí)依然能有間隙，使得腈綸本身柔軟蓬松的特點(diǎn)得到保持。

圖1 醋青纖維的縱截面圖

3.2 燃燒現(xiàn)象

表 1為醋青纖維的燃燒現(xiàn)象表。醋青纖維的燃燒現(xiàn)象與腈綸類似，燃燒速度很快并且伴有冒黑煙，發(fā)出藍(lán)色光的現(xiàn)象。燃燒氣味與腈綸有明顯區(qū)別，除了一般腈綸燃燒發(fā)出的辛辣味，能聞到淡淡的醋味，通過(guò)這一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富的試驗(yàn)人員可以區(qū)分出腈綸和醋青纖維，做出準(zhǔn)確判斷。

表1 醋青的燃燒現(xiàn)象

3.3 回潮率對(duì)比

回潮率主要用來(lái)表示纖維在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的吸濕能力，國(guó)內(nèi)外不同標(biāo)準(zhǔn)下的回潮率時(shí)常有差別，一般國(guó)標(biāo)認(rèn)為腈綸的回潮率為2.0%。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知醋青纖維的回潮率為2.4% ，比一般腈綸要高，這是由于醋青纖維的回潮率為7.0%，吸濕性好于一般腈綸，將醋酸分子引入到聚丙烯腈分子結(jié)構(gòu)中能改善腈綸的吸濕性能，表現(xiàn)為回潮率值提高。

通過(guò)回潮率也能分別出腈綸和醋青纖維，不過(guò)回潮率法耗時(shí)較長(zhǎng)，也不在FZ/T 01057—2007標(biāo)準(zhǔn)（定性分析）系列定性方法中，一般不作為定性方法，僅供佐證。

3.4 化學(xué)溶解性能

表2為醋青纖維的溶解性質(zhì)，許多改性腈綸，如腈綸存在不能完全溶解于75%硫酸的現(xiàn)象，醋青纖維能溶解于室溫下的75%硫酸。溶解表中比較注目的在于88%甲酸、苯酚/四氯乙烷溶劑加熱中，醋青纖維出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，這可能是因?yàn)榻佑|試劑的部分醋青纖維與試劑反應(yīng)出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象，進(jìn)而增大表面積，表面的醋青纖維將未接觸到試劑的部分包裹，里面的纖維無(wú)法溶解呈現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。要區(qū)分醋青纖維與腈綸，可以從這兩種試劑出發(fā)，觀察沸騰狀態(tài)下的纖維狀態(tài)，鑒別出兩種纖維。

3.5 纖維的熱性能分析-TG&DSC

圖2 醋青纖維的TG曲線圖

圖2為醋青纖維的TG曲線圖，反映了整個(gè)試驗(yàn)范圍內(nèi)醋青纖維的物相變化。通過(guò)切線法可知醋青纖維的起始分解溫度為332.30℃，在341.31℃纖維的分解速率達(dá)到最大值，此時(shí)醋青纖維的分子鏈斷裂分解成小分子或者其他氣體，質(zhì)量急劇下降。到700℃時(shí)殘重量為2.277mg，殘重率約為38%。在加熱過(guò)程中，醋青纖維非常容易分解成其他物質(zhì)，在450℃時(shí)失重率可到91%，因此在腈綸基中引入醋青纖維分子會(huì)降低其熱穩(wěn)定性，體現(xiàn)在初始分解溫度提前，降低殘重率，提高分解速率等，通過(guò)這一點(diǎn)也可以輔助鑒別腈綸與醋青纖維。

圖3 醋青、腈綸的DSC曲線圖

表2 醋青纖維的化學(xué)溶解性能表

圖3為醋青纖維、腈綸的DSC曲線圖，在整個(gè)試驗(yàn)范圍內(nèi)兩種纖維均不出現(xiàn)熔點(diǎn)，這是因?yàn)榧訜徇^(guò)程兩種纖維的分子鏈段無(wú)法整齊排布，不是晶態(tài)結(jié)構(gòu)。事實(shí)上醋青纖維在這個(gè)溫度范圍內(nèi)加熱也不會(huì)出現(xiàn)熔點(diǎn)，因而通過(guò)DSC難以區(qū)分腈綸、醋青纖維和醋酸纖維。

3.6 熱裂解譜圖及分

圖4 醋青纖維的熱裂解時(shí)間為7.895min、5.818min的荷質(zhì)比圖

圖4為醋青纖維的熱裂解瞬間荷質(zhì)比圖，在掃描時(shí)間為7.895min時(shí)通過(guò)荷質(zhì)比，與譜圖對(duì)比可知生成3-Hexenedinitrile，分子結(jié)構(gòu)如圖右上方，即為聚丙烯腈-[-CH2CH(CN)-]-n 的分解碎片，這是腈綸分解的產(chǎn)物。在掃描時(shí)間為5.818min時(shí)，出現(xiàn)了碎片2-Furancarboxaldehyde, 5-methyl-，這是醋酸纖維分解以后的產(chǎn)物。因此通過(guò)熱裂解瞬間荷質(zhì)比圖可以清楚地判斷出，醋青纖維是由腈綸與醋酸纖維反應(yīng)得到的。這一點(diǎn)可以作為區(qū)分腈綸與醋青纖維的方法。

4 結(jié)論

本文主要研究了醋青纖維的基本性能，通過(guò)外觀觀察及顯微鏡圖譜難以區(qū)別出腈綸與醋青纖維。不過(guò)試驗(yàn)表明，通過(guò)結(jié)合回潮率法、化學(xué)溶解性能以及熱裂解法，能夠準(zhǔn)確地鑒別出兩種纖維。然而對(duì)于兩種纖維的混紡織物的定量分析，仍需要進(jìn)一步研究。