黏膠纖維酸浴中分散劑含量檢測方法的研究

摘要： 為開發(fā)一種黏膠纖維酸浴中分散劑含量的檢測方法，以確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量，采用分散劑和酸浴含氮量檢測相結(jié)合的策略，建立一種準(zhǔn)確的酸浴中分散劑含量檢測方法。在實(shí)驗(yàn)過程中，利用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配制的和生產(chǎn)線上收集的酸浴配制一系列具有分散劑不同理論含量的酸浴試樣，使用本方法檢測其中分散劑的含量，結(jié)果理論值與實(shí)測值的相對誤差在2%以內(nèi)，驗(yàn)證了其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性；并用本方法檢測生產(chǎn)線上不同循環(huán)時間酸浴中分散劑含量。結(jié)果表明：隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，酸浴中分散劑含量有降低趨勢，應(yīng)提高分散劑水溶液的添加流速，以保證生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，同時驗(yàn)證了本方法對實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：黏；酸??；分散劑含量；含氮量

中圖分類號：TQ075 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1004-0935（2025）02-0339-05

黏是一種再生纖維素纖維，是由天然纖維素（棉、木等）經(jīng)堿化而成堿纖維素，再與二硫化碳作用生成纖維素磺酸酯，溶解于稀堿液內(nèi)得到黏膠，黏膠經(jīng)再加工形成的紡織原材料。它表現(xiàn)出與棉纖維相似的性能，具有出色的吸濕特性，易于染色，纖維可紡性良好，被廣泛用于紡織、絨布制造、線繩制作和針織等多個領(lǐng)域[1-2]。

酸浴又稱紡絲凝固浴，其主要作用是將從噴絲孔流出的黏流，迅速凝固成形，并分解成水化纖維素，其間絲條還要受到適宜的牽伸。目前，酸浴多采用的是硫酸、硫酸鈉和硫酸鋅3種組分[3]。

在紡絲過程中，噴絲頭浸入酸性浴液后，隨著時間的推移，會在其表面逐漸積累一些固體沉淀物，這些沉積物很容易導(dǎo)致孔道部分堵塞，從而使單根纖維變細(xì)，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致毛絲的產(chǎn)生，甚至造成纖維斷裂[4]。類似的沉淀現(xiàn)象也會在紡絲浴循環(huán)管路中出現(xiàn)。這些物質(zhì)的形成不僅與紡絲原料中的雜質(zhì)有關(guān)，更主要的原因是在紡絲過程中產(chǎn)生的不溶性化合物沉積[5]，這些化合物是在堿性纖維素磺化過程中生成的含硫副產(chǎn)物，與酸性浴液中的化合物發(fā)生相互作用而形成的。據(jù)分析，紡強(qiáng)力絲時沉積物主要是硫化鋅；紡普通絲時沉積物主要是硫[6]。

為了改進(jìn)可紡性，工業(yè)上最早使用的合成助劑是磺化植物油，以后又出現(xiàn)酸浴中的胺類陽離子添加劑。由于前者是陰離子型，如果兩者同時使用，將會在絲條和酸浴中產(chǎn)生油狀的深色絡(luò)合物，這對可紡性產(chǎn)生不利影響。由于胺類陽離子酸浴助劑的效果超過了磺化油，所以磺化油被淘汰[7]。后來將聚乙二醇衍生物（如烷基多酰胺聚氧乙烯醚）發(fā)展成酸浴分散劑，它在酸浴中呈陽離子型，可將硫和硫化鋅的沉淀分散得很細(xì)小，延緩其凝聚，最終通過過濾系統(tǒng)將沉淀物從酸浴中濾除，延緩了噴絲頭的堵塞，使其更換周期延長數(shù)倍，效果顯著[8]。

分散劑在酸浴中的添加量為0.1～0.5 g·L-1。為研究確定分散劑在酸浴體系中的最佳添加量和確保分散劑含量穩(wěn)定，需要研究一種準(zhǔn)確的酸浴中分散劑含量檢測方法。有報道的分析方法主要有物理方法（表面張力法）[9]和化學(xué)方法[10]。但表面張力法更適合反映酸浴中分散劑含量變化的規(guī)律，且其隨溫度的變化波動較大，不能提供準(zhǔn)確的含量數(shù)值；而化學(xué)方法經(jīng)實(shí)際應(yīng)用顯示亦存在缺陷。

因此，本研究通過采用分散劑和酸浴含氮量檢測相結(jié)合的策略，建立一種準(zhǔn)確的酸浴中分散劑含量檢測方法，以確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要試劑

c=0.1 mol·L-1高氯酸-冰乙酸溶液：稱取14.4 g或量取8.5 mL 70%的高氯酸，溶解在900 mL低含水量的冰乙酸中，加5 mL乙酸酐混合，轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶中，定容至刻度。

無氨水：可以使用新制備的去離子水。

氫氧化鈉：其含氮量應(yīng)保持為小于0.000 5%。

過硫酸鉀：其含氮量應(yīng)保持為小于0.000 5%。

硝酸鉀：使用基準(zhǔn)試劑或高純度產(chǎn)品。將其在105～110 °C的溫度下烘干2 h，然后在干燥器中冷卻至室溫。

濃鹽酸：密度為1.19 g·L-1。

濃硫酸：密度為1.84 g·L-1。

硫酸鈉：含氮量應(yīng)小于0.000 5%。

硫酸鋅：含氮量應(yīng)小于0.000 5%。

鹽酸溶液：1 mL濃鹽酸+9 mL去離子水。

氫氧化鈉溶液：取14.0 g氫氧化鈉，溶解在少量水中，然后將其稀釋至100 mL。

堿性過硫酸鉀溶液：取40.0 g過硫酸鉀，溶解在600 mL水中（可以用50 °C的水浴加熱以幫助完全溶解），同時取15.0 g氫氧化鈉，溶解在300 mL水中。待氫氧化鈉溶液冷卻至室溫后，將兩種溶液混合，并加水至1 000 mL容量，將混合液存儲在聚乙烯瓶中，可以保存1周。

硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)貯備液：其濃度為100 mg·L-1，取0.721 8 g硝酸鉀，溶解在適量水中，然后移至1 000 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，并充分混勻。還可以加入1～2 mL三氯甲烷作為保護(hù)劑，將其保存在0～10 °C的陰暗處，可以穩(wěn)定保存6個月。也可以直接購買市售的經(jīng)過認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用液：其濃度為10.0 mg·L-1，取10.00 mL硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)貯備液，加入適量水，將其稀釋至標(biāo)線，然后混勻。此使用液需要在使用前現(xiàn)場配制。

1.2主要儀器

pH計(jì)：梅特勒·托利多，型號為seven easy。

紫外-可見分光光度計(jì)：配備有10 mm石英比色皿。

高壓蒸汽滅菌器：工作壓力范圍為1.1～1.4 kg·cm-2。

帶有塞磨口的玻璃比色管：容量為25 mL。

一般實(shí)驗(yàn)室通用儀器和移液管。

1.3實(shí)驗(yàn)樣品

1.3.1分散劑試樣

某批次進(jìn)口分散劑（化纖廠客戶提供）。

1.3.2分散劑不同理論含量的酸浴試樣

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配制酸?。簼饬蛩釢舛葹椋?35±0.5） g·L-1，硫酸鈉濃度為（260±0.5） g·L-1，硫酸鋅濃度為（11±0.5） g·L-1。使用上述酸浴配制分散劑濃度分別為0.00、20.00、40.00、60.00、80.00、100.00、120.00、140.00、160.00 mg·L-1的酸浴試樣。

使用生產(chǎn)線上收集的未添加分散劑的酸浴配制分散劑濃度分別為0.00、20.00、40.00、60.00、80.00、100.00、120.00、140.00、160.00 mg·L-1的酸浴試樣。

1.3.3生產(chǎn)線上的酸浴試樣

將同批次的進(jìn)口分散劑配制成200 g·L-1濃度的水溶液，使用現(xiàn)行的添加流速，連續(xù)添加進(jìn)酸浴循環(huán)系統(tǒng)中。開始添加時計(jì)時，每隔2 h取線上酸浴試樣，連續(xù)取樣72 h。

1.4分散劑含氮量的測定

1.4.1原理

酸浴分散劑為酰胺類化合物，其含有的堿性氮含量可采用行標(biāo)——NB/SH/T 0980—2019石油餾分中堿性氮含量的測定 電位滴定法進(jìn)行測定。將樣品溶解在低含水量的冰乙酸中，用高氯酸-冰乙酸溶液進(jìn)行電位滴定，來測定氮的含量。

1.4.2"""""""" 檢測步驟

1）精確稱取0.4 g樣品（稱準(zhǔn)到0.000 2 g）于100 mL燒杯中，溶解于50 mL低含水量的冰乙酸中，如樣品不易溶解，可采用低溫水浴加熱。

2）打開pH計(jì)，將儀器切換至mV測定模式，預(yù)熱15 min。用移液管吸取高氯酸-冰乙酸溶液進(jìn)行滴加，觀察mV值的變化。

3）當(dāng)?shù)渭由倭康娜芤?，mV數(shù)值出現(xiàn)較大變化時，即到終點(diǎn)（拐點(diǎn)），讀取滴定用高氯酸-冰乙酸溶液體積。

1.4.3結(jié)果計(jì)算

以氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω計(jì)。

ω（%）=cVM×100/（m×1 000）

式中：c—高氯酸-冰乙酸溶液濃度，mol·L-1；

V—滴定消耗高氯酸-冰乙酸溶液體積，mL

m—樣品質(zhì)量，g

M—N的摩爾質(zhì)量，g·mol-1 （M=14）。

1.4.4精密度要求

平行樣絕對差值不大于0.2%。

1.5酸浴含氮量的測定

1.5.1原理

當(dāng)在溫度范圍為120～124 °C時，使用堿性過硫酸鉀溶液處理樣品，以將其中的氮化合物中的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。然后，利用紫外分光光度法分別測定波長為220 nm和275 nm處的吸光度，分別標(biāo)記為A220和A275。然后，根據(jù)公式（1）來計(jì)算校正吸光度A，該校正吸光度A與氮（以N計(jì)）含量成正比。

A＝A220－2A275（1）

1.5.2酸浴試樣預(yù)處理

取20.00 mL酸浴試樣用氫氧化鈉溶液調(diào)整pH為5.0～9.0。

1.5.3檢測步驟

1）校準(zhǔn)曲線的繪制

在不同的25 mL具有塞磨口的玻璃比色管中分別取0.00、0.20、0.50、1.00、3.00和7.00 mL硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用液，對應(yīng)的氮含量分別為0.00、2.00、5.00、10.00、30.00和70.00 μg。然后，將每個玻璃比色管中的液體用水稀釋至10.00 mL，并加入5.00 mL堿性過硫酸鉀溶液。將比色管密封，并使用紗布和線繩固定好塞子，以防止彈出。將玻璃比色管放入高壓蒸汽滅菌器中，加熱到頂壓閥排氣，然后關(guān)閉閥門。繼續(xù)加熱，使溫度達(dá)到120 °C，并開始計(jì)時，保持溫度為120～124 °C，持續(xù)30 min。然后，使比色管自然冷卻，打開閥門釋放氣體，取下外蓋，將比色管取出并冷卻至室溫。在混勻液體時，可以輕輕顛倒比色管2～3次。（注意：如果在消解過程中比色管口或塞子破裂，需要重新取樣并進(jìn)行分析。）

向每個比色管中加入1.0 mL鹽酸溶液，然后用水稀釋至標(biāo)線（總體積25 mL），將比色管密封，混勻溶液。在紫外分光光度計(jì)上，使用10 mm石英比色皿，并以水作為參比物，在波長220 nm和275 nm處測量吸光度。分別計(jì)算零濃度的校正吸光度（Ab），其他標(biāo)準(zhǔn)系列的校正吸光度（As），以及它們的差值（Ar），根據(jù)公式（2）～公式（4），使用氮含量（以N計(jì)）（μg）作為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的Ar值作為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。

Ab＝Ab220－2Ab275（2）

As＝As220－2As275（3）

Ar＝As－Ab （4）

式中：Ab—零濃度（空白）溶液的校正吸光度；

Ab22—零濃度（空白）溶液于波長220 nm處的吸光度；

Ab275—零濃度（空白）溶液于波長275 nm處的吸光度；

As—標(biāo)準(zhǔn)溶液的校正吸光度；

As220—標(biāo)準(zhǔn)溶液于波長220 nm處的吸光度；

As275—標(biāo)準(zhǔn)溶液于波長275 nm處的吸光度；

Ar—標(biāo)準(zhǔn)溶液校正吸光度與零濃度（空白）溶液校正吸光度的差。

2）試樣的測定

取10.00 mL經(jīng)過預(yù)處理的樣品，并將其放入25 mL具塞磨口的玻璃比色管中，然后按照步驟1）中的方法進(jìn)行測定。（注意：如果樣品中的氮含量超過70 μg，可以減少取樣量，然后用水稀釋至10.00 mL）。

進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，將未添加分散劑的酸性溶液（酸?。┐鏄悠罚缓蟀凑詹襟E2）中的方法進(jìn)行測定。

1.5.4結(jié)果計(jì)算和表示

結(jié)果計(jì)算：使用公式（2）～公式（4）計(jì)算樣品的校正吸光度和空白實(shí)驗(yàn)的校正吸光度之差，然后根據(jù)公式（5）計(jì)算酸浴中氮的質(zhì)量濃度ρ1。

ρ1 = （Ar–a）/b×V×f （5）

式中：ρ1—酸浴中氮的質(zhì)量濃度（以N計(jì)），mg·L-1；

Ar—樣品的校正吸光度與空白實(shí)驗(yàn)的校正吸光度的差值；

a—校準(zhǔn)曲線的截距；

b—校準(zhǔn)曲線的斜率；

V—樣品取樣體積，10.00 mL；

f—酸浴樣品經(jīng)預(yù)處理后的稀釋倍數(shù)。

結(jié)果表示：當(dāng)測定結(jié)果小于1.00 mg·L-1時，結(jié)果應(yīng)保留兩位小數(shù)；當(dāng)測定結(jié)果大于等于1.00 mg·L-1時，結(jié)果應(yīng)保留3位有效數(shù)字。

1.6酸浴中分散劑含量的計(jì)算

酸浴中分散劑的質(zhì)量濃度ρ2按公式（6）進(jìn)行計(jì)算。

（6）

式中：ρ2—酸浴試樣中分散劑的質(zhì)量濃度，mg/L；

ρ1—酸浴試樣中氮（以N計(jì)）的質(zhì)量濃度，mg/L；

ω—分散劑中氮（以N計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2結(jié)果與討論

2.1分散劑試樣含氮量檢測結(jié)果

進(jìn)口某批次分散劑試樣的含氮量檢測結(jié)果如表1所示。

如表1所示，進(jìn)口某批次分散劑試樣的含氮量為4.76%。不可避免地，不同批次的分散劑產(chǎn)品含氮量不同，因此，生產(chǎn)過程中使用不同批次分散劑前，需要檢測該批次分散劑產(chǎn)品的含氮量。

2.2酸浴中分散劑含量檢測結(jié)果

2.2.1校準(zhǔn)曲線繪制

酸浴含氮量的檢測用校準(zhǔn)曲線繪制結(jié)果如圖1所示。

如圖1所示，校準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y=0.009 6x+0.723 9，要求校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)R2≥0.999。

2.2.2酸浴中分散劑不同理論含量的檢測結(jié)果

使用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配制的和生產(chǎn)線上取回的純酸浴，配制分散劑理論含量分別為0.00、20.00、40.00、60.00、80.00、100.00、120.00、140.00、160.00 mg·L-1的酸浴試樣，檢測酸浴試樣中分散劑的含量，結(jié)果如表2和表3所示。

由表2和表3可知，使用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配制的和生產(chǎn)線上取回的純酸浴，配制分散劑不同理論含量的酸浴試樣，其分散劑含量檢測值均比理論值略低，這是由于檢測過程中損耗帶來的誤差，理論值與實(shí)測值相對誤差在2%以內(nèi)，可滿足生產(chǎn)監(jiān)測的準(zhǔn)確度要求，說明此方法在實(shí)際應(yīng)用中是可行的。

2.2.3生產(chǎn)線上酸浴中分散劑含量檢測結(jié)果

將進(jìn)口同批次的分散劑配制成200 g·L-1濃度的水溶液，保持一定的流速，連續(xù)添加進(jìn)酸浴循環(huán)系統(tǒng)中。開始添加時計(jì)時，每隔2 h取線上酸浴試樣檢測其中分散劑含量，連續(xù)監(jiān)測72 h。檢測結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，使用現(xiàn)行的分散劑水溶液添加流速，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，循環(huán)酸浴中分散劑含量有降低趨勢。這是因?yàn)樯a(chǎn)過程中纖維和被濾出的沉積物均會帶走一部分分散劑，造成損耗，若分散劑的連續(xù)添加量少于損耗量，則循環(huán)酸浴中分散劑含量將逐漸降低。此時，需要提高分散劑水溶液的添加流速，以彌補(bǔ)分散劑的損耗。

3結(jié) 論

1）實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，檢測酸浴中分散劑不同理論含量的檢測值與理論值的相對誤差在2%以內(nèi)，驗(yàn)證了本方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

2）在使用本方法檢測生產(chǎn)線上循環(huán)酸浴中分散劑的含量時，連續(xù)監(jiān)測72 h，結(jié)果含量有降低趨勢，需要提高分散劑水溶液的添加流速。

3）綜上，本方法在實(shí)際生產(chǎn)中具有可行性，對保證生產(chǎn)線穩(wěn)定性具有一定的指導(dǎo)作用。

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Study on the Detection Method of Dispersant Content in Viscose Fiber

Acid Bath

HUANG Tao， LIANG Cong， BAO Li’na， ZHUO Xiaofeng

（Shenyang Hoper Industry Co.， Ltd.， Shenyang Liaoning 110122， China）

Abstract： This study aims to develop a detection method for dispersant content in viscose fiber acid baths to ensure process stability and product quality during production. By employing a combined strategy of dispersant and nitrogen content detection in the acid bath， an accurate method for measuring dispersant content in the acid bath has been established. During the experimental process， a series of acid bath samples with varying theoretical dispersant content was prepared both in the laboratory and collected from the production line. This method was used to detect the dispersant content in these samples， and the relative error between the measured values and the theoretical values was within 2%， confirming its feasibility in practical applications. Additionally， this method was employed to monitor the dispersant content in acid baths on the production line at different circulation times. The results indicated a decreasing trend in dispersant content as production progressed， suggesting the need to increase the flow rate of dispersant solution addition to ensure production line stability. This study validates the method's practical utility and its potential for providing guidance in real production settings.

Key words： Viscose fiber; Acid bath; Dispersant content; Nitrogen content