EKS纤维成分定性鉴别研究

文/ 刘启滨 曹月婵

1 引言

发热纤维是能自行产生热量的保暖型纤维，吸湿发热纤维是目前开发研究比较多的一类发热纤维。吸湿发热纤维中的聚丙烯酸盐系纤维，简称EKS纤维，是日本东洋纺所开发的一种合成纤维，可自行吸湿发热而温暖身体的弱酸性材料，EKS纤维通过将氨基、羧基等亲水化基团引入聚丙烯酸分子中，并进行交联处理而得到。EKS纤维可以调节人体与服装之间的温度及湿度，具有良好的吸湿功能，使穿着空间温度升高，让人感到温暖舒适，同时具有吸湿、发热、控制pH值、阻燃、抗起球和防静电等多种功能[1-3]。目前EKS纤维主要用于生产女士贴身内衣，也被广泛用于被褥絮棉、男士服装、运动装等。

目前，国内标准尚没有关于EKS纤维定性鉴别的方法，国内仅有吸湿发热针织内衣的行业测试标准FZ/T 73036—2010《吸湿发热针织内衣》中有描述，但是没有具体的鉴别方法，在欧盟发布的EU 2018/122针对（EU）No 1007/2011的修订版中附录I第50行增加了该种纤维的名称“polyacrylate”，但尚未有该类纤维的定性和定量方法。查阅其他相关标准也尚无EKS纤维相应的定性和定量方法。针对目前国内外对EKS纤维定性鉴别方法的缺失，但实际生产和市场又有检测需要，本文采用燃烧法、显微镜法、溶解法、红外光谱法以及熔点法对EKS纤维的燃烧性能、形态特征、溶解性能、红外性能以及熔点现象等进行研究，总结出EKS纤维定性鉴别的方法，为EKS纤维的定性检测分析提供快速、准确的测试方法[4]。

2 试剂和仪器

2.1 原料

EKS纤维（送检库存样品）。

2.2 试剂

20%盐酸、浓盐酸、75%硫酸、浓硫酸（98%）、浓硝酸、甲酸/氯化锌、99%N，N—二甲基甲酰胺(DMF)、0.5mol/L次氯酸钠溶液、氢氧化钠/甲醇、冰乙酸、丙酮、二氯甲烷、65%硫氰酸钾、三级水、氨水、石蜡油、火棉胶。

2.3 仪器

哈氏切片器、250mL锥形瓶、玻璃棒、DB-3B数显恒温电热板（常州澳华仪器公司）、AS-16/316L型水浴振荡器（顺德瑞邦机电设备厂）、BX51型纤维细度仪（日本OLYMPUS公司）、Nicolet6700傅里叶变换红外光谱仪（美国Thermo Nicolet公司）、附有加热装置的偏光显微镜（日本Nikon公司）。

3 试验结果与讨论

3.1 燃烧性能

燃烧法主要根据纤维靠近火焰时、在火焰中和离开火焰后的不同燃烧状态及熔融情况，燃烧时散发的气味以及燃烧残留物的颜色、形状、硬度等来鉴别纤维的方法。燃烧试验采用镊子夹持EKS纤维的一端，缓慢地移近火焰，分别观察纤维在整个燃烧过程中所发生的现象。EKS纤维燃烧特征如表1所示。

表1 EKS纤维燃烧特征

由表1可知，EKS纤维燃烧时的状态与标准中的纤维素纤维、合成纤维等有明显的燃烧特征区别，通过燃烧法可以进一步缩小对EKS纤维定性时大概分类的范围，具体鉴别还需进行下一步分析。

3.2 形态特征

因FZ/T 01057.3—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第3部分：显微镜法》中尚无EKS纤维相应的形态特征描述，故本文采用不同的显微镜，纤维细度仪和偏振光显微镜观察EKS纤维的特征形态，为该纤维的定性鉴别提供依据。

3.2.1 纤维细度仪

依据标准FZ/T 01057.3—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第3部分：显微镜法》中的操作方法对EKS纤维观察未知纤维的纵面和横截面形态，对照纤维标准照片和形态描述来鉴别未知纤维的类别的方法。

由图1可知，在纤维细度仪下，EKS纤维的纵向形态表面光滑，有一点细条纹；EKS纤维的横截面为圆形形态，横纵截面形态与绝大部分化纤的形态接近。由此可知采用细度仪观察不能直接鉴别该纤维，故采用偏振光纤维镜观察纤维的双折射现象，为该纤维的定性鉴别提供进一步的理论依据。

3.2.2 偏振光显微镜

偏振光显微镜是采用偏振光照射，增加检偏器，观察纤维的干涉条纹颜色。干涉条纹颜色主要由光程差决定，光程差又是由纤维双折射率决定，各种纤维都有独特的双折射率，从而有自己独特的干涉色，这是偏振光纤维镜能够用于鉴别纤维的依据[5]。测试设置偏振光的放大倍数为500倍，起偏角的度数为120°（检偏角为0°），纤维与载物台的夹角分别为+45°、-45°，补偿片使用1的补偿片。

图2 EKS纤维在偏振光下的+45°（a）和-45°（b）纵截面图

由图2可知，在偏振光显微镜下，除外观形态和纤维细度仪观察的相同外，EKS纤维与载物台成+45°方向时，纤维呈蓝色；成-45°方向时，纤维呈深黄色。这两种角度纤维颜色分布均匀，同时旋转载物台，纤维的干涉光颜色变化清晰易分辨。该纤维在+45°和-45°的干涉光颜色变化可作为EKS纤维定性鉴别方法依据。

3.3 溶解性能

溶解法是利用纤维在不同温度下不同化学试剂中的溶解特性来鉴别纤维。本测试中选用13种常用化学试剂在相同浓度、处理温度和溶解时间下对EKS纤维进行溶解试验，结果见表2。

表2 EKS纤维的溶解性能

由表2可以看出，EKS纤维化学性能稳定，既不溶于强酸也不溶于强碱。该纤维除了在0.5mol/L次氯酸钠溶液煮沸下溶解和在浓硫酸煮沸下发生部分溶解情况外，在其他常规试剂基本不溶解，采用溶解法可排除该纤维不是常见的纤维素纤维、合成纤维。

3.4 红外性能

红外光谱法是利用纤维特有的红外吸收谱特征来鉴定和分析，不同种类纤维的红外光谱图都有各自不同的特征，根据这些特征就可以鉴别出纤维的类别组分, 从而判断纤维的种类及名称。对EKS纤维进行红外光谱测试，每个样扫描32次，选择自动增益，分辨率为4cm-1，测试光谱范围为4500cm-1～400cm-1，并对测试光谱进行自动基线校正处理。该纤维的红外谱图如图3所示。

图3 EKS纤维的红外光谱图

从图3可以看出EKS纤维具有特有的中红外吸收光谱图，3194cm-1的吸收峰宽且强度高，说明纤维中可能存在—OH、—NH官能团，2925.61cm-1为—CH2官能团特征峰，1652.72cm-1为羰基—C=O—振动吸收特征峰，1547.02cm-1为氨基—NH2振动吸收特征峰，1404.24cm-1为氰基—CN振动吸收特征峰，1322.05cm-1为羧基—COOH振动吸收特征峰。由此可知，EKS纤维是一种含—NH2、—COOH、—CN、—OH等主要官能团的聚丙烯酸类纤维。通过红外光谱测试分析可对EKS纤维进一步明确定性分析。

3.5 熔点性能

采用附有加热装置的偏光显微镜（日本Nikon公司）进行熔点测试，取少量纤维放在两片玻璃片之间，置加热装置上，升温速率约为3℃/min，并调焦使纤维成像清晰，观察纤维在不同温度下的成像变化。在温度升至310℃之后，EKS纤维出现炭化现象，并未发现该纤维具体的熔点，EKS纤维在加热温度下具体形态变化如图4。

4 结论

从上述试验结果可知：

（1）通过燃烧法可知EKS纤维具有一定的阻燃性能，在火焰中可缓慢燃烧，离开火焰自灭，有特殊气味，残留物为细软的黑色絮状物。

图4 EKS纤维炭化前纤维（a）和炭化后纤维（b）形态图

（2）EKS纤维在细度仪下纵向截面，横截面为近圆形；在偏振光显微镜下+45°方向时；纤维呈深黄色，-45°方向时，纤维呈蓝色，两种角度纤维颜色分布均匀，干涉光颜色变化清晰。

（3）EKS纤维化学稳定性好，在0.5mol/L次氯酸钠溶液煮沸下溶解和在浓硫酸煮沸下部分溶解，在其他常规试剂基本不溶解。

（4）EKS纤维具有特有的中红外吸收光谱图，在谱图中可得EKS纤维一种含—NH2、—COOH、—CN、—OH主要官能团的聚丙烯酸类化合物。

（5）在熔点测试中未发现EKS纤维的相应熔点，且该纤维在310℃后出现炭化现象。

因此，依据EKS纤维相应的物理化学特性，综合结合本文中的测试方法，可准确地鉴别EKS纤维。