粘纤/腈纶的无机试剂定量方法研究

文/何粟华 宋星光 刘龙辉 陈拓 刘敏燕 柯萍英

1 引言

随着经济的大力发展，人们生活水平日益提升的同时，环境问题也越来越严峻，这就要求各行各业都要考虑选择绿色环保的资源和方法进行生产。在纺织领域，对于绿色新材料的探索从未停止，在这个背景下，纤维素纤维就有了大力发展和研究的空间。自然界中纤维素的产量高达千万吨，通过再生等途径仍可以加工成纤维，达到资源循环利用的效果，再生纤维素纤维应运而生。再生纤维素纤维吸湿性好、舒适性高，还可降解，不光在纺织领域大展拳脚，在卫生用品中也有广泛运用[1]。

再生纤维素纤维主要包括粘纤、莫代尔、莱赛尔三个大类，几种纤维的差别主要在于各自的结晶度、聚合度和取向度。市场上的再生纤维素面料主要与其他纤维，如聚酯纤维、棉、腈纶等通过混纺的形式存在，不光可以保持本身的特点，还能让面料有更多的附加性能[2-3]。

对于再生纤维素纤维/腈纶混纺面料，同时具有吸湿蓬松保暖的特点，一般检验机构实验室主要采用99%N, N-二甲基甲酰胺溶解腈纶进行定量。采用这种试剂能够对其进行准确定量，但也存在反应时间长、反应温度高、对试验环境要求高、洗涤繁琐、使用有机试剂等缺点。本文采用浓盐酸、59.5%硫酸两种试剂对粘纤/腈纶混纺纱线进行定量，将试验数据与常规二甲基法数据结果进行比较，通过观察试后样形态、数据偏差比较、修正系数测量等，证明了这两种方法的可行性，并通过分析比对试验操作、试验效率等，证明了浓盐酸法在粘纤/腈纶混纺面料定量的优越性，并为后续相关样品的定量分析提供建议。

2 试验部分

2.1 试验方法

浓盐酸（25℃，25min）法：用浓盐酸把粘纤从已知干燥质量的粘纤/腈纶混纺面料中溶解去除。

59.5 %硫酸（25℃，60min）法：用59.5%硫酸把粘纤从已知干燥质量的粘纤/腈纶混纺面料中溶解去除。

2.2 试样、试剂、仪器

本次试验样品为粘纤/腈纶混纺纱线样品（福建省永泰县华尔锦纺织有限公司，白色）。

所需试剂：浓盐酸溶液，稀氨水，99% N，N-二甲基甲酰胺，59.5%硫酸。

试验仪器：高低温水浴振荡器，天平（精度：0.0001g），快速烘箱，干燥器，具塞三角烧瓶，砂芯坩埚，显微镜。

2.3 试验操作

浓盐酸法：按照 JIS L1031.2—2005《纤维制品的混用率试验方法 第2部：纤维混用率[4]》进行。59.5%硫酸法：按AATCC Test Method 20A-2011 (59.5% H2SO4)[5]进行。

3 结果与讨论

再生纤维素纤维是由葡萄糖组成的大分子多糖—纤维素构成，纤维素纤维的溶解原理是大分子多糖在适合的温度及氢离子环境中，相邻两葡萄糖单体间碳原子和氧原子间的化学键发生断裂，逐渐水解而最终降解。一般认为粘纤、莫代尔、莱赛尔、棉的结晶度、聚合度、取向度呈逐渐变大的趋势。在试验时间内浓盐酸和甲酸氯化锌溶液无法完全溶解原棉，正是因为棉的羟基量大、结晶度和取向度非常高，耐酸性比再生纤维素纤维强。早先已经研究表明[6-7]，对于部分莱赛尔，出现了浓盐酸法不能完全彻底地将其溶解的现象。本次试验选择结晶度较小的粘纤，后续也可拓展到莫代尔及部分莱赛尔与腈纶的混纺样品定量中。

修正系数公式d=ma/mb中ma是试验前剩余纤维的净干质量，g；mb是试验后剩余纤维的净干质量，g。本次试验选取部分数据，所求的均是腈纶的修正系数，两种方法腈纶的修正系数均为1.00，表明两种方法对于腈纶均没有损伤，可以选用这两种试剂对粘纤/腈纶混纺样品进行定量。

表1 两种方法腈纶的修正系数

本次试验均采用双人单样模式进行，消除操作手法、人为因素等对于试验结果的影响。从表2可以看出，不同组合的粘纤/腈纶混纺样品，浓盐酸法和59.5%硫酸法均有很好的稳定性和准确性，与标准投料值非常接近，说明两种试剂均能很好地溶解粘纤，而对于腈纶没有损伤或者溶解现象。几组数据结果与标准值的偏差没有大于1%，符合试验通则所需的误差；一组平行数据结果也没有大的偏差，试验结果可重复，不受人为的因素影响，可以运用于日常检验中。

表2 两种方法的试验结果

图1为浓盐酸法试验前后腈纶的显微镜图，由图1可见，试验前后腈纶的形态没有明显变化，表面光滑，保持原本的圆柱体结构。使用59.5%硫酸法试验前后腈纶的现象相同，在此不做赘述。

图1 浓盐酸法试验前（左）、后（右）腈纶的显微镜图

浓盐酸是一种强酸，溶液中的氢离子浓度很高，因而能在较短时间内促进粘纤中的葡萄糖水解，是一种比较高效的方法。但同时浓盐酸也将损伤棉纤维，尤其是在温度高于30℃情况下，因此对于棉与再生纤维素纤维混纺的样品，采用浓盐酸法应慎重，且浓盐酸本身易挥发，在气温高的时候容易起雾，试验后洗涤应在通风橱内进行，相关人员应做好防护措施。

59.5 %硫酸相对来说酸性没有那么强，纤维中无定型区域内的水解反应结束以后，要进一步将纤维溶解必须使试剂进入纤维的结晶区。对于结晶度较高的纤维，试剂渗入困难，只能先将表面的分子反应完全以后才能继续将纤维继续溶解，因此本试验需要较长的反应时间。

试验表明，59.5%硫酸常温振荡60min以后，对于结晶度最高的棉纤维也能完全溶解，可以拓展到所有纤维素纤维与腈纶的混纺样品中，适用范围广，且硫酸不易挥发，对于试验环境要求相对较低。

4 分析及结论

根据本文试验结果比对，采用59.9%硫酸与浓盐酸法均能用于粘纤/腈纶混纺样品的定量中，两种方法腈纶的修正系数均为1.00，试验中没有使用到有机试剂，是比较环保的检验方法。此外，59.5%硫酸法还可以运用到所有纤维素纤维和腈纶的定量中，不足之处是试验耗时长。而浓盐酸法效率高，但适用范围受限。两种方法还可拓展适用到再生纤维素纤维与聚酯纤维的定量中。

两种方法各有优势，笔者建议在粘纤、莫代尔与腈纶混纺样品中采用浓盐酸法，而莱赛尔、棉与腈纶的样品则优选59.5%硫酸法。