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        滌綸筒子紗染色過程中白色粉末的分析

        2022-06-07 09:49:34王孟澤陳迎春江立文陳夢夢
        染整技術 2022年5期
        關鍵詞:三聚體低聚物筒子

        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,進而粘附在纖維表面,導致色點、色花等瑕疵;此外還容易沉積在設備上,容易形成難以去除、清理的污垢,給生產(chǎn)帶來不便,嚴重影響產(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)量分數(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行定量萃取,運用紅外光譜、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支持。

        1 實驗

        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,西隴科學股份有限公司),層析硅膠(GF245)-薄板(浙江省臺州市路橋四甲生化塑料廠),封口熔點毛細管[100.0 mm×(0.9~1.1)mm,國藥集團化學試劑有限公司],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(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(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)量分數(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 熱分析儀評價樣品的結(jié)晶性能,溫度從40 ℃升至330 ℃,升溫速率為20 ℃/min,氮氣保護。

        1.3.3 薄板層析

        將樣品溶解于氯仿溶液中,用毛細管滴加于薄層板一端的起點上,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,在紅外染色機中130 ℃運行30 min,降溫至50 ℃,抽濾。評價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)量分數(shù)

        準確稱取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)量分數(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結(jié)構和性質(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,非常適合用于碳氫有機物的組成與性質(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 伸縮振動峰,在1 600~1 450 cm-1內(nèi)的若干譜帶是由苯環(huán)骨架振動引起的吸收峰,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結(jié)構[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的化學結(jié)構。

        2.2.2 DSC

        在氮氣氣氛下,將氯仿萃取物進行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。查閱文獻可知,環(huán)狀三聚體的熔融吸收峰也在310 ℃附近[10],由此可進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)了多個組分,其中離子強度較大的出峰時間大致相同。篩查各組分對應的質(zhì)量色譜圖,由圖5可以看出,組分2和組分3 對應的高分辨正離子質(zhì)譜測試值為599[M+Na]+和791[M+Na]+,進而可以推算得到,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。

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