張惠玲等

摘要

本文通過采用燃燒法、顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法、熱重分析法和熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法等常用的方法，對聚對苯撐苯并二惡唑纖維進(jìn)行鑒別。

關(guān)鍵詞：聚對苯撐苯并二惡唑；定性分析；外觀形態(tài)；溶解性能；熱學(xué)性能

1 引言

高強(qiáng)高模纖維一般是指拉伸斷裂強(qiáng)度和初始模量大大高于常規(guī)纖維的一類特種纖維。聚對苯撐苯并二惡唑纖維是高強(qiáng)高模纖維中的一種，其英文名Poly-p-phenylene benzobisoxazazole，是一種液晶芳香族雜環(huán)聚合物。聚對苯撐苯并二惡唑纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度高達(dá)30cN/dtex，初始模量大于1000cN/dtex，是常規(guī)滌綸短纖維的10倍左右，此外，聚對苯撐苯并二惡唑纖維具有良好的耐熱性，聚對苯撐苯并二惡唑纖維不僅僅在工業(yè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用，在紡織服裝領(lǐng)域也有較為廣泛的應(yīng)用，如消防服裝等。

目前，國內(nèi)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)尚沒有一套系統(tǒng)的方法用于定性聚對苯撐苯并二惡唑纖維纖維，特別是該纖維的熱學(xué)特征和性能，相關(guān)報道較少，而聚對苯撐苯并二惡唑纖維的實(shí)際應(yīng)用越來越廣泛，急需一種準(zhǔn)確的鑒別方法?；诖耍疚牟捎贸Ｓ玫膸追N纖維鑒別方法，鑒別高強(qiáng)高模聚對苯撐苯并二惡唑，根據(jù)纖維的各項特征研究定性鑒別方法。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 試驗(yàn)試劑

硫酸、鹽酸、次氯酸鈉、氫氧化鈉、硝酸、甲酸、氫氟酸、冰乙酸、氫氧化銅、硫氰酸鉀、氫氧化銨、N，N-二甲基甲酰胺、二甲苯、丙酮、四氫呋喃、苯酚、四氯化碳、砒碇、1，4-丁內(nèi)酯、二甲亞砜、環(huán)己酮、二氯甲烷、二氧六環(huán)、乙酸乙酯。以上試劑均為分析純。

2.2 試驗(yàn)儀器

日立S3400掃描電鏡、Nicolet iS50、PY-2020iS單點(diǎn)裂解器；7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等。

2.3 試樣

聚對苯撐苯并二惡唑纖維長絲，規(guī)格：4.54tex。

3 纖維鑒別

3.1 燃燒特征

取少量聚對苯撐苯并二惡唑纖維試樣，觀察纖維靠近火焰、接觸火焰和離開火焰時的狀態(tài)、燃燒時產(chǎn)生的氣味和燃燒后的殘留物特征。聚對苯撐苯并二惡唑纖維在接觸常規(guī)火焰的狀態(tài)下，不發(fā)生熔融收縮、冒煙等現(xiàn)象，在火焰中呈現(xiàn)赤紅色，離開火焰后纖維不燃燒、不冒煙、不變形，并且無氣味，燃燒后的殘留物與原狀相比，顏色變深，呈灰黑色。這些特征是聚對苯撐苯并二惡唑纖維特有特征，與其纖維本身的特性相關(guān)。

3.2 外觀形態(tài)

在掃描電鏡下觀察聚對苯撐苯并二惡唑纖維的外觀形態(tài)可以看到，如聚對苯撐苯并二惡唑纖維具有表面光滑，而纖維的縱向出現(xiàn)了有規(guī)律的溝槽（見圖1）。

按照FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第3部分：顯微鏡法》中規(guī)定的步驟，對聚對苯撐苯并二惡唑纖維進(jìn)行切片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對聚對苯撐苯并二惡唑纖維異常堅硬，無法制成切片，這與纖維的高初始模量特性有關(guān)，也可以作為鑒別該纖維的特征之一。

圖1 PBO纖維的外觀形態(tài)

3.3 溶解試驗(yàn)

根據(jù)FZ/T 01057.4—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第4部分：溶解法》中的規(guī)定試劑對聚對苯撐苯并二惡唑纖維進(jìn)行了溶解試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

從表2中得知，除了95%～98%硫酸和65%～68%硝酸，聚對苯撐苯并二惡唑纖維在其他試劑中均不溶解，該結(jié)果可作為聚對苯撐苯并二惡唑纖維與其他纖維交織或混紡產(chǎn)品定量分析的重要參考依據(jù)。

3.4 紅外光譜法試驗(yàn)

將纖維按照紅外光譜的制片要求，先將一定量的纖維進(jìn)行剪切，然后將纖維和KBr混合后在瑪瑙研磨器中研磨，壓制成片后進(jìn)行紅外光譜試驗(yàn)，聚對苯撐苯并二惡唑纖維的譜圖分析見表2。

3.5 熱重分析試驗(yàn)

熱重分析（TGA）技術(shù)是在溫度程序變化下通過測量試樣重量的變化，從而反映試樣的性能和效果，每一種高分子材料都有自己特有的熱重曲線及各特征溫度。通過對聚對苯撐苯并二惡唑纖維的熱重分析后，可以得到如圖2的結(jié)果。

圖2 聚對苯撐苯并二惡唑纖維TG/DTG曲線

對聚對苯撐苯并二惡唑纖維的熱重分析結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到有關(guān)聚對苯撐苯并二惡唑纖維的特征分解溫度，其初始分解溫度為520℃和最大分解速率溫度為727℃。

3.6 熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法試驗(yàn)

通過熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Py-GC/MS）能夠?qū)蹖Ρ綋伪讲⒍哼蚶w維高溫裂解后的物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，分析纖維在一定溫度下特定的特征裂解產(chǎn)物。根據(jù)裂解產(chǎn)物種類及其相對豐度、保留時間對纖維樣品進(jìn)行定性分析。

圖3 聚對苯撐苯并二惡唑纖維在750℃Py-GC/MS總離子流色譜圖

圖3是聚對苯撐苯并二惡唑纖維纖維在750 ℃時 Py-GC/MS分析的總離子流色譜圖。GC/MS分析結(jié)果表明，750 ℃時聚對苯撐苯并二惡唑纖維最主要的特征裂解產(chǎn)物分別為二氧化碳、苯甲腈、1，3- -苯二腈、N-（4-氨苯基）-苯甲酰胺，其相對豐度分別為：100.00%、34.60%、13.37%、27.78 %。

4 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)可以得出，聚對苯撐苯并二惡唑纖維的定性試驗(yàn)方法有燃燒試驗(yàn)、外觀形態(tài)觀察試驗(yàn)、化學(xué)溶解試驗(yàn)、紅外光譜試驗(yàn)、熱重分析法、熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法6種方法。

燃燒試驗(yàn)和外觀形態(tài)只能初步對纖維類別進(jìn)行判定，而不能完全確定纖維的種類，結(jié)合化學(xué)溶解試驗(yàn)則基本上可以確認(rèn)聚對苯撐苯并二惡唑纖維纖維。根據(jù)化纖定性的原則，至少要求兩種或兩種以上的方法對其進(jìn)行確認(rèn)，同時其化學(xué)溶解性能上的獨(dú)特性只是限于將其區(qū)別于目前我們所熟知的纖維，隨著纖維種類的不斷增加，具有相似溶解性能的纖維可能也會不斷涌現(xiàn)。而紅外光譜試驗(yàn)、熱重分析法及熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法雖然僅限于鑒別純紡或最終剩余纖維為聚對苯撐苯并二惡唑纖維，但卻可以對該纖維的類別進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。因此，以上6種方法從各種可能的鑒別方法入手，比較全面地研究了聚對苯撐苯并二惡唑纖維的定性分析方法，完全可以順利實(shí)現(xiàn)聚對苯撐苯并二惡唑纖維的鑒別。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪家銘. 聚對苯撐苯并二惡唑纖維發(fā)展概況與應(yīng)用前景[J].高科技纖維與應(yīng)用，2009，（2）：42-47.

[2]欒燕燕，劉雪峰，謝建新. PBO纖維表面超聲化學(xué)處理工藝及作用機(jī)理[J].高分子材料科學(xué)與工程，2009，（9）：86-89.

[3]汪家銘.聚對苯撐苯并二惡唑（PBO）纖維發(fā)展概況與應(yīng)用前景[J].化工新型材料，2009，（10）：23-25.

[4]田欣，全保學(xué)，蔣文偉，等.高分子量聚對苯撐苯并雙口惡唑的合成及性能研究[J].化工新型材料，2012，（11）：88-101.

[5]李金煥，黃玉東，許輝. PBO纖維的合成、紡制、微相結(jié)構(gòu)與性能研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程，2003，（6）：46-50.

[6]張鵬，金子明，宮平，等.PBO纖維及復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用，2011，（10）：107-110.

[7]吳謙，王棟，孫瑾. PBO纖維研究進(jìn)展[J]. 遼寧化工，2013，（11）：1323-1324.

（作者單位：江西省纖維檢驗(yàn)局）endprint