聚对苯撑苯并二恶唑纤维的定性鉴别方法比较

张惠玲等

摘要

本文通过采用燃烧法、显微镜法、溶解法、红外光谱法、热重分析法和热裂解气相色谱-质谱联用法等常用的方法，对聚对苯撑苯并二恶唑纤维进行鉴别。

关键词：聚对苯撑苯并二恶唑；定性分析；外观形态；溶解性能；热学性能

1 引言

高强高模纤维一般是指拉伸断裂强度和初始模量大大高于常规纤维的一类特种纤维。聚对苯撑苯并二恶唑纤维是高强高模纤维中的一种，其英文名Poly-p-phenylene benzobisoxazazole，是一种液晶芳香族杂环聚合物。聚对苯撑苯并二恶唑纤维的拉伸断裂强度高达30cN/dtex，初始模量大于1000cN/dtex，是常规涤纶短纤维的10倍左右，此外，聚对苯撑苯并二恶唑纤维具有良好的耐热性，聚对苯撑苯并二恶唑纤维不仅仅在工业领域具有良好的应用，在纺织服装领域也有较为广泛的应用，如消防服装等。

目前，国内检验机构尚没有一套系统的方法用于定性聚对苯撑苯并二恶唑纤维纤维，特别是该纤维的热学特征和性能，相关报道较少，而聚对苯撑苯并二恶唑纤维的实际应用越来越广泛，急需一种准确的鉴别方法。基于此，本文采用常用的几种纤维鉴别方法，鉴别高强高模聚对苯撑苯并二恶唑，根据纤维的各项特征研究定性鉴别方法。

2 试验准备

2.1 试验试剂

硫酸、盐酸、次氯酸钠、氢氧化钠、硝酸、甲酸、氢氟酸、冰乙酸、氢氧化铜、硫氰酸钾、氢氧化铵、N，N-二甲基甲酰胺、二甲苯、丙酮、四氢呋喃、苯酚、四氯化碳、砒碇、1，4-丁内酯、二甲亚砜、环己酮、二氯甲烷、二氧六环、乙酸乙酯。以上试剂均为分析纯。

2.2 试验仪器

日立S3400扫描电镜、Nicolet iS50、PY-2020iS单点裂解器；7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪等。

2.3 试样

聚对苯撑苯并二恶唑纤维长丝，规格：4.54tex。

3 纤维鉴别

3.1 燃烧特征

取少量聚对苯撑苯并二恶唑纤维试样，观察纤维靠近火焰、接触火焰和离开火焰时的状态、燃烧时产生的气味和燃烧后的残留物特征。聚对苯撑苯并二恶唑纤维在接触常规火焰的状态下，不发生熔融收缩、冒烟等现象，在火焰中呈现赤红色，离开火焰后纤维不燃烧、不冒烟、不变形，并且无气味，燃烧后的残留物与原状相比，颜色变深，呈灰黑色。这些特征是聚对苯撑苯并二恶唑纤维特有特征，与其纤维本身的特性相关。

3.2 外观形态

在扫描电镜下观察聚对苯撑苯并二恶唑纤维的外观形态可以看到，如聚对苯撑苯并二恶唑纤维具有表面光滑，而纤维的纵向出现了有规律的沟槽（见图1）。

按照FZ/T 01057.3—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第3部分：显微镜法》中规定的步骤，对聚对苯撑苯并二恶唑纤维进行切片，结果发现对聚对苯撑苯并二恶唑纤维异常坚硬，无法制成切片，这与纤维的高初始模量特性有关，也可以作为鉴别该纤维的特征之一。

图1 PBO纤维的外观形态

3.3 溶解试验

根据FZ/T 01057.4—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第4部分：溶解法》中的规定试剂对聚对苯撑苯并二恶唑纤维进行了溶解试验，结果见表1。

从表2中得知，除了95%～98%硫酸和65%～68%硝酸，聚对苯撑苯并二恶唑纤维在其他试剂中均不溶解，该结果可作为聚对苯撑苯并二恶唑纤维与其他纤维交织或混纺产品定量分析的重要参考依据。

3.4 红外光谱法试验

将纤维按照红外光谱的制片要求，先将一定量的纤维进行剪切，然后将纤维和KBr混合后在玛瑙研磨器中研磨，压制成片后进行红外光谱试验，聚对苯撑苯并二恶唑纤维的谱图分析见表2。

3.5 热重分析试验

热重分析（TGA）技术是在温度程序变化下通过测量试样重量的变化，从而反映试样的性能和效果，每一种高分子材料都有自己特有的热重曲线及各特征温度。通过对聚对苯撑苯并二恶唑纤维的热重分析后，可以得到如图2的结果。

图2 聚对苯撑苯并二恶唑纤维TG/DTG曲线

对聚对苯撑苯并二恶唑纤维的热重分析结果进行分析，可以得到有关聚对苯撑苯并二恶唑纤维的特征分解温度，其初始分解温度为520℃和最大分解速率温度为727℃。

3.6 热裂解气相色谱-质谱联用法试验

通过热裂解气相色谱-质谱联用技术（Py-GC/MS）能够对聚对苯撑苯并二恶唑纤维高温裂解后的物质进行定性和定量分析，分析纤维在一定温度下特定的特征裂解产物。根据裂解产物种类及其相对丰度、保留时间对纤维样品进行定性分析。

图3 聚对苯撑苯并二恶唑纤维在750℃Py-GC/MS总离子流色谱图

图3是聚对苯撑苯并二恶唑纤维纤维在750 ℃时 Py-GC/MS分析的总离子流色谱图。GC/MS分析结果表明，750 ℃时聚对苯撑苯并二恶唑纤维最主要的特征裂解产物分别为二氧化碳、苯甲腈、1，3- -苯二腈、N-（4-氨苯基）-苯甲酰胺，其相对丰度分别为：100.00%、34.60%、13.37%、27.78 %。

4 结论

通过以上试验可以得出，聚对苯撑苯并二恶唑纤维的定性试验方法有燃烧试验、外观形态观察试验、化学溶解试验、红外光谱试验、热重分析法、热裂解气相色谱-质谱联用法6种方法。

燃烧试验和外观形态只能初步对纤维类别进行判定，而不能完全确定纤维的种类，结合化学溶解试验则基本上可以确认聚对苯撑苯并二恶唑纤维纤维。根据化纤定性的原则，至少要求两种或两种以上的方法对其进行确认，同时其化学溶解性能上的独特性只是限于将其区别于目前我们所熟知的纤维，随着纤维种类的不断增加，具有相似溶解性能的纤维可能也会不断涌现。而红外光谱试验、热重分析法及热裂解气相色谱-质谱联用法虽然仅限于鉴别纯纺或最终剩余纤维为聚对苯撑苯并二恶唑纤维，但却可以对该纤维的类别进行进一步的确认。因此，以上6种方法从各种可能的鉴别方法入手，比较全面地研究了聚对苯撑苯并二恶唑纤维的定性分析方法，完全可以顺利实现聚对苯撑苯并二恶唑纤维的鉴别。

参考文献：

[1]汪家铭. 聚对苯撑苯并二恶唑纤维发展概况与应用前景[J].高科技纤维与应用，2009，（2）：42-47.

[2]栾燕燕，刘雪峰，谢建新. PBO纤维表面超声化学处理工艺及作用机理[J].高分子材料科学与工程，2009，（9）：86-89.

[3]汪家铭.聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）纤维发展概况与应用前景[J].化工新型材料，2009，（10）：23-25.

[4]田欣，全保学，蒋文伟，等.高分子量聚对苯撑苯并双口恶唑的合成及性能研究[J].化工新型材料，2012，（11）：88-101.

[5]李金焕，黄玉东，许辉. PBO纤维的合成、纺制、微相结构与性能研究进展[J].高分子材料科学与工程，2003，（6）：46-50.

[6]张鹏，金子明，宫平，等.PBO纤维及复合材料研究进展[J].工程塑料应用，2011，（10）：107-110.

[7]吴谦，王栋，孙瑾. PBO纤维研究进展[J]. 辽宁化工，2013，（11）：1323-1324.

（作者单位：江西省纤维检验局）endprint