粘纖/腈綸的無機試劑定量方法研究

文/何粟華 宋星光 劉龍輝 陳拓 劉敏燕 柯萍英

1 引言

隨著經濟的大力發(fā)展，人們生活水平日益提升的同時，環(huán)境問題也越來越嚴峻，這就要求各行各業(yè)都要考慮選擇綠色環(huán)保的資源和方法進行生產。在紡織領域，對于綠色新材料的探索從未停止，在這個背景下，纖維素纖維就有了大力發(fā)展和研究的空間。自然界中纖維素的產量高達千萬噸，通過再生等途徑仍可以加工成纖維，達到資源循環(huán)利用的效果，再生纖維素纖維應運而生。再生纖維素纖維吸濕性好、舒適性高，還可降解，不光在紡織領域大展拳腳，在衛(wèi)生用品中也有廣泛運用[1]。

再生纖維素纖維主要包括粘纖、莫代爾、萊賽爾三個大類，幾種纖維的差別主要在于各自的結晶度、聚合度和取向度。市場上的再生纖維素面料主要與其他纖維，如聚酯纖維、棉、腈綸等通過混紡的形式存在，不光可以保持本身的特點，還能讓面料有更多的附加性能[2-3]。

對于再生纖維素纖維/腈綸混紡面料，同時具有吸濕蓬松保暖的特點，一般檢驗機構實驗室主要采用99%N, N-二甲基甲酰胺溶解腈綸進行定量。采用這種試劑能夠對其進行準確定量，但也存在反應時間長、反應溫度高、對試驗環(huán)境要求高、洗滌繁瑣、使用有機試劑等缺點。本文采用濃鹽酸、59.5%硫酸兩種試劑對粘纖/腈綸混紡紗線進行定量，將試驗數據與常規(guī)二甲基法數據結果進行比較，通過觀察試后樣形態(tài)、數據偏差比較、修正系數測量等，證明了這兩種方法的可行性，并通過分析比對試驗操作、試驗效率等，證明了濃鹽酸法在粘纖/腈綸混紡面料定量的優(yōu)越性，并為后續(xù)相關樣品的定量分析提供建議。

2 試驗部分

2.1 試驗方法

濃鹽酸（25℃，25min）法：用濃鹽酸把粘纖從已知干燥質量的粘纖/腈綸混紡面料中溶解去除。

59.5 %硫酸（25℃，60min）法：用59.5%硫酸把粘纖從已知干燥質量的粘纖/腈綸混紡面料中溶解去除。

2.2 試樣、試劑、儀器

本次試驗樣品為粘纖/腈綸混紡紗線樣品（福建省永泰縣華爾錦紡織有限公司，白色）。

所需試劑：濃鹽酸溶液，稀氨水，99% N，N-二甲基甲酰胺，59.5%硫酸。

試驗儀器：高低溫水浴振蕩器，天平（精度：0.0001g），快速烘箱，干燥器，具塞三角燒瓶，砂芯坩堝，顯微鏡。

2.3 試驗操作

濃鹽酸法：按照 JIS L1031.2—2005《纖維制品的混用率試驗方法 第2部：纖維混用率[4]》進行。59.5%硫酸法：按AATCC Test Method 20A-2011 (59.5% H2SO4)[5]進行。

3 結果與討論

再生纖維素纖維是由葡萄糖組成的大分子多糖—纖維素構成，纖維素纖維的溶解原理是大分子多糖在適合的溫度及氫離子環(huán)境中，相鄰兩葡萄糖單體間碳原子和氧原子間的化學鍵發(fā)生斷裂，逐漸水解而最終降解。一般認為粘纖、莫代爾、萊賽爾、棉的結晶度、聚合度、取向度呈逐漸變大的趨勢。在試驗時間內濃鹽酸和甲酸氯化鋅溶液無法完全溶解原棉，正是因為棉的羥基量大、結晶度和取向度非常高，耐酸性比再生纖維素纖維強。早先已經研究表明[6-7]，對于部分萊賽爾，出現了濃鹽酸法不能完全徹底地將其溶解的現象。本次試驗選擇結晶度較小的粘纖，后續(xù)也可拓展到莫代爾及部分萊賽爾與腈綸的混紡樣品定量中。

修正系數公式d=ma/mb中ma是試驗前剩余纖維的凈干質量，g；mb是試驗后剩余纖維的凈干質量，g。本次試驗選取部分數據，所求的均是腈綸的修正系數，兩種方法腈綸的修正系數均為1.00，表明兩種方法對于腈綸均沒有損傷，可以選用這兩種試劑對粘纖/腈綸混紡樣品進行定量。

表1 兩種方法腈綸的修正系數

本次試驗均采用雙人單樣模式進行，消除操作手法、人為因素等對于試驗結果的影響。從表2可以看出，不同組合的粘纖/腈綸混紡樣品，濃鹽酸法和59.5%硫酸法均有很好的穩(wěn)定性和準確性，與標準投料值非常接近，說明兩種試劑均能很好地溶解粘纖，而對于腈綸沒有損傷或者溶解現象。幾組數據結果與標準值的偏差沒有大于1%，符合試驗通則所需的誤差；一組平行數據結果也沒有大的偏差，試驗結果可重復，不受人為的因素影響，可以運用于日常檢驗中。

表2 兩種方法的試驗結果

圖1為濃鹽酸法試驗前后腈綸的顯微鏡圖，由圖1可見，試驗前后腈綸的形態(tài)沒有明顯變化，表面光滑，保持原本的圓柱體結構。使用59.5%硫酸法試驗前后腈綸的現象相同，在此不做贅述。

圖1 濃鹽酸法試驗前（左）、后（右）腈綸的顯微鏡圖

濃鹽酸是一種強酸，溶液中的氫離子濃度很高，因而能在較短時間內促進粘纖中的葡萄糖水解，是一種比較高效的方法。但同時濃鹽酸也將損傷棉纖維，尤其是在溫度高于30℃情況下，因此對于棉與再生纖維素纖維混紡的樣品，采用濃鹽酸法應慎重，且濃鹽酸本身易揮發(fā)，在氣溫高的時候容易起霧，試驗后洗滌應在通風櫥內進行，相關人員應做好防護措施。

59.5 %硫酸相對來說酸性沒有那么強，纖維中無定型區(qū)域內的水解反應結束以后，要進一步將纖維溶解必須使試劑進入纖維的結晶區(qū)。對于結晶度較高的纖維，試劑滲入困難，只能先將表面的分子反應完全以后才能繼續(xù)將纖維繼續(xù)溶解，因此本試驗需要較長的反應時間。

試驗表明，59.5%硫酸常溫振蕩60min以后，對于結晶度最高的棉纖維也能完全溶解，可以拓展到所有纖維素纖維與腈綸的混紡樣品中，適用范圍廣，且硫酸不易揮發(fā)，對于試驗環(huán)境要求相對較低。

4 分析及結論

根據本文試驗結果比對，采用59.9%硫酸與濃鹽酸法均能用于粘纖/腈綸混紡樣品的定量中，兩種方法腈綸的修正系數均為1.00，試驗中沒有使用到有機試劑，是比較環(huán)保的檢驗方法。此外，59.5%硫酸法還可以運用到所有纖維素纖維和腈綸的定量中，不足之處是試驗耗時長。而濃鹽酸法效率高，但適用范圍受限。兩種方法還可拓展適用到再生纖維素纖維與聚酯纖維的定量中。

兩種方法各有優(yōu)勢，筆者建議在粘纖、莫代爾與腈綸混紡樣品中采用濃鹽酸法，而萊賽爾、棉與腈綸的樣品則優(yōu)選59.5%硫酸法。