γ丁内酯法在腈纶混纺织物化学定量分析中的应用

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  摘 要:为改进现有腈纶混纺织物化学溶解法试剂毒性大、反应时间长等缺点,研究采用γ丁内酯作为腈纶与棉、羊毛、黏纤、莱赛尔纤维、涤纶、锦纶等二组分混纺织物的定量化学分析法。试验结果表明:采用γ丁内酯对腈纶与棉、羊毛、黏纤、莱赛尔纤维、涤纶、锦纶等二组分混纺织物进行化学定量分析的最佳反应条件为温度40 ℃、时间15 min,此时腈纶纤维能够彻底溶解,剩余纤维棉、羊毛、黏纤、莱赛尔纤维、涤纶、锦纶的修正系数d值均为1.00,在95%置信水平下,纤维成分定量分析结果的置信界限远小于1%,该方法可行。相比现行的国内外标准中的相关方法,该方法反应时间短、效率高,且反应温度低、毒性低,更节能环保。
  关键词:γ丁内酯;腈纶混纺织物;定量化学分析;修正系数d;置信界限
  中图分类号:TS157 文献标志码:A
  文章编号:1009-265X(2021)04-0091-05
  Abstract: In order to improve the disadvantages of chemical dissolving method of acrylic blended fabric, such as high toxicity and long reaction time, γ-butyrolactone was used as the quantitative chemical analysis method of acrylic fiber and cotton, wool, viscose fiber, lyocell fiber, polyester, nylon and other two-component blended fabrics. The experimental results showed that the best reaction conditions for the chemical quantitative analysis of acrylic fiber and cotton, wool, viscose fiber, lyocell fiber, polyester, nylon and other two-component blended fabrics by γ -butyrolactone could be achieved under the following conditions: 40 ℃ and 15 min. At this time, the acrylic fiber could be completely dissolved, and the value of correction coefficient d of the remaining fiber cotton, wool, viscose fiber, lyocell fiber, polyester and nylon was 1.00. At 95% confidence level, the confidence limit of quantitative analysis results of fiber composition was far less than 1%. Hence, this method is feasible. Compared with the relevant methods in the current domestic and foreign standards, this method has the advantages of short reaction time, high efficiency, low reaction temperature, low toxicity, more energy saving and environmental protection.
  Key words:γ-butyrolactone; acrylic blended fabric; chemical quantitative analysis; correction factor d; confidence limit
  中国是全球纺织品生产第一大国,也是全球紡织品贸易大国,纺织品的检测市场规模巨大。如今人们在纺织品消费时对产品的环保性能日益重视,而实验室检测过程中的环保安全问题却往往容易被忽视。腈纶主要以丙烯腈单体与少量其他单体经自由基聚合反应合成,经纺丝加工而成的合成纤维。腈纶又称聚丙烯腈纤维,有人造羊毛之称,外观蓬松、耐光性能好、保暖性能可以与羊毛媲美,而且其造价成本低,在中国服装毛纺、产业等领域有广泛应用[1]。在实验室的纤维含量检测中针对腈纶混纺织物的纤维成分定量分析占了很大一部分工作。
  在纺织品纤维成分分析检测中,通常会采用产品所要计划销售国家的标准进行检测,涉及到国内外多个纺织品纤维成分定量分析相关标准。其中,国家标准GB/T 2910.12—2009、国际标准ISO 1833、美国标准AATCC 20A、日本标准JIS L1030-2等常用标准中对于腈纶混纺织物都采用二甲基甲酰胺(DMF)溶解腈纶[2-3],而国内纺织行业标准FZ/T 01095《纺织品氨纶产品纤维含量的试验方法》则采用硫氰酸钾溶解腈纶[4]。但是这两种日常检测方法中规定采用的试剂毒性较大,使用时都应采取必要的安全防护措施,即使如此也难免对试验人员产生危害。由于腈纶混纺织物的广泛应用日常检测中又无法避免对其他进行定量分析的试验,所以十分有必要研究一种相对环保、安全的化学定量方法。国内相关报道中,孙杰等[5]开展了氯化锌法腈纶混纺织物的定量分析的研究,臧杨等[6]采用盐酸法对腈纶混纺织物进行定量化学分析。
  项目组前期对γ丁内酯在腈纶/氨纶混纺产品定量分析中的应用进行了研究[7],取得了不错的效果。而根据目前中国市场流通领域纺织品中腈纶混纺织物的使用情况,腈纶按照不同用途的要求更多的是与棉、羊毛、黏胶、莱赛尔纤维、涤纶、锦纶等纤维混纺应用于各种服装面料[8]。因此更有必要对棉、羊毛、黏胶、莱赛尔纤维、涤纶、锦纶腈纶混纺物的化学定量方法进行研究,本文提出以γ丁内酯为溶解试剂,通过实验条件优化,找出最佳的反应温度和时间等实验条件,建立了一整套新的腈纶混纺织物纤维定量分析方法。   1 试 验
  1.1 技术原理
  纺织品纤维成分定量化学分析法的原理是纺织品混纺织物的组分经定性鉴别确定后,选择适当的试剂溶解去除其中一种或多种组分,根据溶解纤维的质量或剩余纤维的质量,从而計算出可溶解纤维或剩余纤维的含量。可以根据纤维溶解性能,参照GB/T 2910.1—2009《纺织品定量化学分析第1部分:试验通则》规定步骤操作,设计出合适的定量方法,并测定其修正系数。纺织品纤维成分化学溶解法计算如式(1)、式(2)。
  P不溶纤维/%=rm1+m2×100(1)
  P溶解纤维=1-P不溶纤维(2)
  式中:P不溶纤维为不溶纤维的净干含量百分率,%;P溶解纤维为溶解纤维的净干含量百分率,%;r为剩余不溶纤维干重,g;m1为试样中腈纶纤维干重,g;m2为试样中其他纤维干重,g。
  在溶解过程中,不溶纤维在溶剂中可能会有一定的损伤,为了进一步衡量溶剂对不溶纤维的影响,对不溶纤维按上述实验方法溶解,按式(3)计算不溶纤维的重量修正系数。
  d=m3m4(3)
  式中:m3为已知不溶纤维干重,g;m4为经溶剂溶解后,不溶解纤维的干重,g。
  结合修正系数d值,纤维含量计算式(1)、式(2)进一步修正为:
  P不溶纤维/%=rm1+m2×d×100(4)
  P溶解纤维=1-P不溶纤维(5)
  1.2 定量试验方法的建立
  1.2.1试剂、试样
  试剂:γ丁内酯,分析纯。
  试样:腈纶标准面料、棉标准面料、羊毛标准面料、黏纤标准面料、莱赛尔纤维、涤纶标准面料、锦纶标准面料(上海纺织工业研究所)。
  1.2.2 仪器设备
  光学显微镜,放大倍数500倍;电子分析天平,精度为0.000 1 g;恒温振荡器,工作温度范围5~100 ℃;样品称量瓶,规格65 mm×35 mm;真空抽取装置,转速1 400 r/min;具塞玻璃三角烧瓶,规格250 mL;玻璃砂芯坩埚,规格30 mL(孔径50~70 μm);恒温烘箱,工作温度范围5~300 ℃;干燥器,规格240 mm(装有变色硅胶)。
  1.2.3 试验操作步骤
  准确称取1.000 0 g左右的试样放入250 mL的三角烧瓶中,加入100 mLγ丁内酯溶液,盖上瓶盖,摇晃烧瓶以确保试样充分浸湿,然后将装有试样的三角烧瓶置于恒温振荡水浴锅中,在预设温度条件下持续振荡一定的时间。反应完毕后将剩余残留纤维倒入已知干重的玻璃砂芯坩埚中,利用真空泵抽吸排液,并用蒸馏水洗涤4~6次,直至残余溶剂完全清洗干净。最后将盛有残留不溶解纤维的玻璃砂芯坩埚放入(105±3)℃的烘箱中烘干4 h以上直至恒重,待烘干后取出盛有残留不溶纤维的玻璃砂芯坩埚,将其放入裝有硅胶的干燥器中冷却至少0.5 h至室温再称重以防止残留纤维吸湿回潮,按照式(1)、式(2)计算腈纶纤维剩余含量。
  1.2.4 最佳反应条件的确定
  准确称取1.000 0 g左右的腈纶标准样品,按照1.2.3的试验方法分别放入设定30、40、50、60、70、80、90 ℃温度的恒温水浴振荡器中观察腈纶在γ丁内酯溶液中的溶解情况,试验结果如表1所示。
  由表1可知,腈纶纤维在40、50、60、70、80、90 ℃温度下的γ丁内酯溶液中都能完全溶解,且随着温度的升高所需要的溶解时间不断缩短。
  γ丁内酯,又称1,4丁内酯[9],是一种无色油状液体,能与水混溶,有独特的芳香气味,在温度升高的情况下挥发性越明显,考虑到有可能吸入人体对实验操作人员存在危害,所以需要建立一种较为温和的反应条件,确定以40 ℃、15 min为最终的方法实验条件。
  1.3 试验方法的可行性
  1.3.1 修正系数d值
  分别称取10份1.0 g左右的棉、羊毛、黏纤、莱赛尔纤维、涤纶、锦纶标准品,以40 ℃、15 min的反应条件按照1.2所建立的方法进行溶解试验,剩余纤维d值按式(3)计算。试验结果如表2所示,棉、羊毛、黏纤、莱赛尔纤维、涤纶、锦纶在该反应条件下基本无损伤,修正系数d平均值都为1.00。以t分布模型统计分析10次测试结果,在95%置信水平下,d值结果的置信界限不超过±1。
  1.3.2 方法精密度
  称取10份相同含量的腈纶混合样品,每份1g左右(精确至0.1 mg),按1.2在45 ℃、15 mim实验条件测定其含量百分比。由于测试的数据是有限的,因此测定结果服从t分布而不是正态分布。其中腈纶/棉混合样品测得的结果以t分布模型统计分析如表3所示,由此可知,γ丁内酯化学溶解法测得的腈纶纤维含量平均值为80.26%,跟实际结果比较误差≤1%,腈纶纤维含量结果标准偏差为0.263 6,可以看出样品较均匀。取置信水平为95%,以t分布模型统计分析,代入公式求得测试结果的置信界限为±0.188 6,不超过±1,符合GB/T 2910.1—2009的精度要求。
  以此类推,取10组同比例的腈纶/羊毛、腈纶/黏纤、腈纶/莱赛尔纤维、腈纶/聚酯纤维、腈纶/锦纶混合样品按照1.2建立的方法试验,并按式(4)、式(5)计算结果,以t模型分布统计分析试验数据结果如表4所示,由此可知,置信水平为95%下,结果置信区间界限都未超过±1,符合GB/T 2910.1—2009的精度要求。
  2 与现有方法的比较
  准备已知组分例的二组分腈纶混合样品,分别用γ丁内酯化学溶解法和GB/T 2910.12—2009规定的二甲基甲酰胺化学溶解法进行测试,实测得到的样品组分比例与已知样品比例如果表5—表8所示。由表5—表8可知,γ丁内酯化学溶解法和二甲基甲酰胺化学溶解法实测所得准备已知组分比例二组分腈纶混合样品与已知样品比例相差都在1%以内,该方法完全可以应用于实际检测中。
  3 结 论
  利用γ丁内酯溶液在40 ℃水浴中振荡15 min的条件下将混纺产品中的腈纶溶解,剩余其他纤维修正系数d值为1.00。运用t模型统计分析γ丁内酯法腈纶混纺定量化学分析的试验结果,在置信水平为95%时其试验结果的精密度在GB/T 2910.1—2009规定的允许范围内,表明该方法可行。
  与现行的GB/T 2910.12—2009标准所采用的二甲基甲酰胺法相比,试验反应温度更低、试验时间大大缩短,具有高效、环保等优点,完全可以应用于腈纶混纺织物的化学定量分析。
  参考文献:
  [1] 俞邱娈,倪志芬.毛/黏混纺织物定量分析方法的改进探讨[J].中国纤检,2010(10):48-50.
  [2] 全国纺织标准化技术委员会基础标准分会(SAC/TC 209/SC 1).GB/T 2910—2009纺织品定量化学分析方法[S].北京:中国标准出版社,2009.
  [3] 国际标准化组织纺织技术委员会(ISO/TC 38).ISO 1833—2006 Textiles-Quantitative chemical analysis[S].瑞士:国际标准化组织,2006.
  [4] 全国纺织标准化技术委员会基础标准分会(SAC/TC 209/SC 1).FZ/T 01095—2002纺织品氨纶产品纤维含量的试验方法[S].北京:中国标准出版社,2002.
  [5] 孙杰,沈锦玉,姚娜.腈纶混纺织物氯化锌法定量分析的探讨[J].针织工业,2016(9):78-80.
  [6] 臧杨,陶然.黏/腈纶混纺织物溶解法定量分析方法的改进[J].现代丝绸科学与技术,2014(29):88-89.
  [7] 陈启群,吴俭俭,张瑾晖,等.腈纶氨纶混纺织物定量分析方法的探讨[J].现代纺织技术,2016(4):42-45.
  [8] 杨延翔.国内外腈纶市场供需状况及思考[J].当代石油石化,2005(6):28-30.
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