差示掃描量熱法鑒別PET、PTT和PBT纖維

戎斐++++戴景

摘要：

利用差示掃描量熱法（DSC）測定了PET、PTT和PBT 3種聚酯纖維的DSC曲線，并比較了原始樣品與經(jīng)過熔融淬冷樣品的DSC曲線之間的差異。結(jié)果表明，后者更有利于區(qū)分上述3種纖維，并據(jù)此建立了鑒別這3種聚酯纖維的方法。

關(guān)鍵詞：差示掃描量熱法；定性分析；PET；PTT；PBT

1 引言

隨著生產(chǎn)技術(shù)和工藝的進步，聚酯纖維家族中聚對苯二甲酸乙二酯（PET）纖維、聚對苯二甲酸丙二酯（PTT）纖維和聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）纖維的應(yīng)用日漸增多。PTT纖維除具有PET纖維的基本特性之外還具備優(yōu)良的可染性、伸長和回彈性；PBT纖維強度高、結(jié)晶速度快，有極好的伸長彈性回復(fù)率和柔軟易染色的特點。要鑒別這3種聚酯纖維，以現(xiàn)有的纖維定性分析方法存在一定困難。目前檢測機構(gòu)針對合成纖維的定性分析手段主要有溶解法、熔點法和紅外光譜法。由于PET、PTT和PBT同屬于芳香族聚酯，分子結(jié)構(gòu)相似，無法通過化學(xué)溶解法加以區(qū)分，三者重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的差異僅僅是亞甲基的數(shù)量不同，導(dǎo)致其紅外光譜也十分相似，難以通過紅外光譜法加以區(qū)分。熔點法由于依靠人工判斷被測纖維是否熔融，測試結(jié)果存在主觀性，難以對熔點接近的PTT和PBT準(zhǔn)確區(qū)分。

差示掃描量熱法（DSC）是使樣品處于程序控制的溫度下，觀察樣品和參比物之間的熱流差隨溫度或時間變化的函數(shù)，可精確測定材料的熔融與結(jié)晶過程、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、反應(yīng)熱、特征溫度、相轉(zhuǎn)變等特性。本文利用差示掃描量熱法測定并研究了PET、PTT及PBT 3種聚酯纖維的DSC曲線，建立了這3種聚酯纖維的定性鑒別方法。

2 試驗部分

2.1 儀器耗材及樣品

儀器耗材：耐馳（Netzsch）STA449 F3 Jupiter同步熱分析儀、鋁坩堝、高純氮氣、哈氏切片器等。

樣品：PET纖維、PTT纖維、PBT纖維。

2.2 試驗步驟

用哈氏切片器將纖維切成粉末狀并稱取3mg～5mg做樣品置于鋁坩堝內(nèi)，以氮氣做保護氣，流量20mL/min，初始溫度為50℃，以10℃/min的速率升溫至300℃并保持5min，記錄樣品的第一次升溫曲線。取出裝有樣品的坩堝立即投入冷水中淬冷，再次以初始溫度50℃、10℃/min的速率升溫至300℃，記錄樣品的第二次升溫曲線。

2.3 結(jié)果與討論

PET纖維、PTT纖維及PBT纖維的第一次升溫曲線如圖1所示，3條曲線上都僅有一個熔融吸熱峰，峰值溫度分別為252.9℃、226.2℃及221.5℃?？梢娫谠紭悠返腄SC曲線上，PET纖維比較容易通過熔點與其他兩種聚酯纖維區(qū)分開來，而由于PTT纖維和PBT纖維的熔點接近，彼此相差不到5℃，因此根據(jù)原始樣品的DSC測試結(jié)果并不能很好地對PTT纖維和PBT纖維加以區(qū)分。

圖2為3種聚酯纖維經(jīng)過淬冷處理后的第二次升溫曲線。經(jīng)過熔融并淬冷后，PET纖維及PTT纖維的熔融峰值溫度分別為253.2℃及225.9℃，與淬冷處理前的測試結(jié)果相差不大。而PBT纖維淬冷后熔融峰的峰形發(fā)生了變化，由淬冷前的單峰變?yōu)殡p峰，峰值溫度分別為220.5℃和226.0℃。這種現(xiàn)象一般認(rèn)為是由于PBT纖維經(jīng)過淬冷處理后存在的不夠完善的晶區(qū)熔化-再結(jié)晶或結(jié)晶的重組所導(dǎo)致的多重熔融行為[1-2]。PBT纖維在上述試驗條件下熔融淬冷后產(chǎn)生熔融雙峰的現(xiàn)象可以作為鑒別PBT纖維尤其是區(qū)分與其熔點接近的PTT纖維的依據(jù)之一。此外，在第二次升溫過程中，PET纖維和PTT纖維均出現(xiàn)了冷結(jié)晶峰，峰值溫度分別為139.0℃和65.3℃，而PBT纖維在測試溫度范圍內(nèi)未出現(xiàn)冷結(jié)晶峰。冷結(jié)晶峰是聚合物中應(yīng)當(dāng)結(jié)晶部分受結(jié)晶溫度和時間限制未能完全結(jié)晶，當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度后未完全結(jié)晶部分的分子鏈又具有足夠的運動能力重新排列成新的晶區(qū)，從而在DSC曲線上產(chǎn)生放熱峰。而由于PET、PTT、PBT的結(jié)晶能力依次增大[3]，它們在相同的淬冷條件下的結(jié)晶完善程度也依次增高，從而造成了三者冷結(jié)晶峰的差異。因此，根據(jù)樣品淬冷后不同的冷結(jié)晶峰也能夠?qū)@3種聚酯纖維進行鑒別。

3 結(jié)論

試驗表明，通過比較PET、PTT及PBT聚酯纖維DSC圖譜上各個熱效應(yīng)峰的峰形、峰位等特征可以準(zhǔn)確地對它們進行定性鑒別。同時，纖維樣品經(jīng)熔融淬冷前后的DSC測試結(jié)果顯示，將樣品進行熔融淬冷處理后再進行測試所得到的DSC圖譜能更清楚地反映纖維自身的特性，有利于對這3種纖維進行區(qū)分。

參考文獻：

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[2]Yasuniwa Munehisa， Tsubakihara Shinsuke， Ohoshita Kazuhito， Tokudome Shinichi. X-ray studies on the double melting behavior of poly（butylene terephthalate）[J]. Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics： 2001， 39（17）， 2005-2015.

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（作者單位：上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院纖維檢驗所）endprint