李雪梅，薛孝川，鄭建華，黃潔希，林 海

（廣東省化學(xué)纖維研究所，廣東 廣州510245）

分析測(cè)試

PET切片微量水份測(cè)試溫度的確定*

李雪梅，薛孝川，鄭建華，黃潔希，林 海

（廣東省化學(xué)纖維研究所，廣東 廣州510245）

采用壓差法測(cè)定PET切片干燥后殘存的微量水分，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理公式進(jìn)行了推導(dǎo)，對(duì)k值進(jìn)行了標(biāo)定，通過對(duì)不同測(cè)試溫度下切片含水率和特性黏度的測(cè)定來確定最佳測(cè)試溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，190～210℃為對(duì)應(yīng)切片微量含水實(shí)驗(yàn)的測(cè)試溫度范圍，其中210℃為最佳溫度，水份測(cè)試達(dá)到平衡所用時(shí)間較短為30 min，且切片的特性黏度仍處于可接受范圍。

聚酯切片；水份測(cè)試；壓差法；測(cè)試溫度

切片含水對(duì)紡絲過程和成品絲的質(zhì)量都有嚴(yán)重的影響[1]，含水量超標(biāo)可造成紡絲中聚酯大分子水解，可紡性下降，形成氣泡絲，造成毛絲和斷頭，不利于穩(wěn)態(tài)紡絲，而且紡絲過程含水量的差異還易導(dǎo)致成品絲在后續(xù)產(chǎn)品中染色不均[2]，因而切片含水率的大小一直是紡絲工藝的一個(gè)重要指標(biāo)。GB/T14190-2008《纖維級(jí)聚酯切片 (PET)試驗(yàn)方法》中提到的水份的試驗(yàn)方法有重量法和鹵素水分儀法，且兩種測(cè)試方法的試驗(yàn)溫度均為120℃[3]，這對(duì)于在實(shí)際生產(chǎn)中聚酯切片干燥溫度達(dá)到150～170℃的情況下，切片經(jīng)過干燥，只有微量水分存在（1.5×10-4以下），此時(shí)想要測(cè)量干燥后切片的含水率大小，國(guó)標(biāo)中的方法并不適用。對(duì)此，本文采用壓差法測(cè)量 PET切片中微量含水[4-5]，并對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度的選定進(jìn)行了詳細(xì)探討，為實(shí)際生產(chǎn)中干燥后切片含水率的測(cè)定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與原料

PET切片，RAMA PET-SD2010，半消光，Guangdong IVL PET Polymer Co.Ltd.；高真空硅酯，長(zhǎng)城7501，江陰家寶石化；二水鉬酸鈉（Na2MoO4·2H2O），分析純，上?；瘜W(xué)試劑廠；苯酚，分析純，上海化學(xué)試劑廠；1，1，2，2-四氯乙烷，分析純，上海化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)中涉及的主要儀器設(shè)備如表1所示。

表1 主要儀器設(shè)備

將一定含水量的切片放入密封真空環(huán)境中，通過加熱到一定溫度使切片中的水分完全脫除，脫除的水分在密封真空系統(tǒng)中以水蒸氣的形式存在，使密封真空系統(tǒng)的壓力升高、體積變大，這時(shí)可以通過壓力體積的變化來衡量脫除水份的多少。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT可以推導(dǎo)得出：

當(dāng)體積的變化轉(zhuǎn)化為液柱高度的變化時(shí)：△V·=S橫截面·△h

公式 （1）推導(dǎo)得出：

式中，T—實(shí)驗(yàn)溫度，K；R—比例常數(shù)，J/（mol·K）；M—水的摩爾質(zhì)量，g/mol；P1—平衡狀態(tài)的壓力，Pa；V1—平衡狀態(tài)的體積，mm3；m1—平衡狀態(tài)下的水蒸氣質(zhì)量，g；m—切片的質(zhì)量，g；w—切片的含水率；△h—液柱平衡前后高度的變化，mm；P0、V0、m0—初始狀態(tài)的壓力、體積、水蒸氣質(zhì)量，密封真空系統(tǒng)中P0、m0取0。

因此，根據(jù)式 （3），當(dāng)k和m已知時(shí)，可以根據(jù)△h的值算出切片的含水率w。

1.4 微量水分測(cè)定儀k值的標(biāo)定

專項(xiàng)體能訓(xùn)練中的基礎(chǔ)訓(xùn)練對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員來說至關(guān)重要，只有具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，才能確保專項(xiàng)體能訓(xùn)練的順利開展。一般情況下，基礎(chǔ)訓(xùn)練不需要消耗過多的身體能量，最關(guān)鍵的作用是對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員身體的整體狀態(tài)進(jìn)行良好的調(diào)整與優(yōu)化，保證能夠更好地適應(yīng)后續(xù)強(qiáng)度較大的專項(xiàng)體能訓(xùn)練，有效幫助運(yùn)動(dòng)員緩解身體方面所帶來的壓力。因此，想要達(dá)到滿意的專項(xiàng)體能訓(xùn)練效果，就必須要高度重視基礎(chǔ)項(xiàng)目的訓(xùn)練，在各個(gè)訓(xùn)練階段，按照網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員自身實(shí)際情況，來實(shí)施相應(yīng)的基礎(chǔ)訓(xùn)練，將關(guān)節(jié)的柔韌性盡可能展開，防止運(yùn)動(dòng)員在后續(xù)訓(xùn)練中關(guān)節(jié)出現(xiàn)損傷。

圖1為壓差法微量水分測(cè)定儀示意圖，如圖1所示儀器的k值標(biāo)定[6]步驟如下：接通儀器電源，升溫至210℃恒定；稱取4 mg二水鉬酸鈉 （Na2MoO4·2H2O）于試管中，將試管安裝于儀器右側(cè)測(cè)量接口D處 （如圖1所示），用真空高溫硅酯涂抹接口處，旋緊試管，確保密封良好；打開閥門A、B，關(guān)閉閥門C，打開真空泵，將密閉系統(tǒng)抽真空至麥?zhǔn)险婵毡韷毫ψx數(shù)小于40 Pa，然后關(guān)閉閥門B，關(guān)閉真空泵；記錄硅油U型管左邊刻度的讀數(shù)h0；關(guān)閉閥門A，慢慢升高加熱箱至沒入試管三分之二；每10 min記錄一次硅油U型管左邊刻度h1（h1-h0=△h），直至刻度穩(wěn)定，△h最大；慢慢降低加熱箱，打開閥門A，讓U型管兩邊液柱齊平后再打開閥門B，最后緩緩打開閥門C，慢慢往系統(tǒng)中放入空氣；取下試驗(yàn)完成后的試管，倒出樣品。

圖1 壓差法微量水分測(cè)定儀示意圖

用同樣的方法測(cè)量8 mg、12 mg、16 mg、20 mg二水鉬酸鈉 （Na2MoO4·2H2O）樣品的△h最大值，二水鉬酸鈉 （Na2MoO4·2H2O）的含水率將以上值代入式（3）中，可以得到 （m·w）相對(duì)于△h的直線，直線的斜率即為k值。

1.5 切片中含水率的測(cè)定

室溫下分別取6份2 g PET濕切片于試管內(nèi)，置于150℃烘箱烘2 h；取烘好的裝有PET切片的試管，快速接到涂有高溫硅酯的D端口處，旋緊試管，確保密封良好；然后用與1.4同樣的測(cè)試步驟，分別測(cè)定實(shí)驗(yàn)溫度為180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃時(shí)，U型管液柱每隔10 min的△h值，直至平衡；用1.4中標(biāo)定所得到的k值，將△h代入式 （3），計(jì)算得到不同實(shí)驗(yàn)溫度下測(cè)得的PET切片含水率w。

1.6 特性黏度的測(cè)定

分別取以上不同實(shí)驗(yàn)溫度下，含水實(shí)驗(yàn)完成后的PET切片，按照GB/T14190-2008 《纖維級(jí)聚酯切片 (PET)試驗(yàn)方法》中提到的特性黏度 （毛細(xì)管黏度計(jì)）試驗(yàn)方法[3]，測(cè)定含水實(shí)驗(yàn)完成后的PET切片的特性黏度η；為了做對(duì)比，取于150℃烘2 h之后的PET切片 （未進(jìn)行含水實(shí)驗(yàn)的切片），用同樣的方法測(cè)特性黏度[η0]。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)定k值的結(jié)果

表2為依據(jù)1.4的實(shí)驗(yàn)方法，不同質(zhì)量二水鉬酸鈉所測(cè)得的△h值，由二水鉬酸鈉的含水率w=0.14881得到 （m·w），然后依據(jù)公式（3）， （m·w）對(duì)△h進(jìn)行直線擬合，所得結(jié)果如圖2所示。

表2 不同質(zhì)量二水鉬酸鈉所測(cè)得的△h值

圖2 k值的標(biāo)定擬合直線

式中，w—切片的含水率；△h—液柱平衡前后高度的變化，mm；m—切片的質(zhì)量，g。

2.2 切片中含水率的分析

依據(jù)1.5的實(shí)驗(yàn)方法和公式 （4），得到PET切片在不同實(shí)驗(yàn)溫度下，所測(cè)得的含水率隨時(shí)間的變化，結(jié)果如圖3所示。

圖2中擬合直線的斜率3.564×10-5即為k值，代入公式 （3）可得切片含水率的計(jì)算公式：

圖3 不同實(shí)驗(yàn)溫度下PET切片含水率隨時(shí)間的變化平衡曲線

由圖3平衡曲線可以看出，隨著時(shí)間的增加，PET切片中脫除的水份逐漸增加，直到某個(gè)時(shí)間點(diǎn)曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，之后出現(xiàn)兩種情況：（1）180℃、190℃、200℃、210℃實(shí)驗(yàn)溫度下的曲線逐漸趨于平衡，表明PET切片水份的脫除達(dá)到某個(gè)平衡值，180℃為6.0×10-5，190℃、200℃、210℃為1.05×10-4，而180℃溫度不夠高，并不能使切片中的所有水分完全烘脫出來，這是因?yàn)镻ET切片脫水先是表面和縫隙中較易脫除的自由水，然后才是切片中較難脫除的平衡水；（2）220℃、230℃實(shí)驗(yàn)溫度下，平衡曲線拐點(diǎn)過后曲線出現(xiàn)緩慢升高，意味著PET切片中還在緩慢脫除氣體出來，此時(shí)脫除的為高溫引起PET切片發(fā)生聚合后釋放的小分子氣體。

因此，初步判斷190～210℃為該實(shí)驗(yàn)中所用型號(hào)PET切片微量含水實(shí)驗(yàn)可接受實(shí)驗(yàn)溫度范圍，且210℃為最佳測(cè)試溫度。如圖4所示，實(shí)驗(yàn)溫度越高達(dá)到平衡所需的時(shí)間越短，有利于提高實(shí)驗(yàn)效率，190℃時(shí)60 min平衡曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)達(dá)到平衡含水率1.05×10-4，200℃時(shí)40 min平衡曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)達(dá)到平衡含水率0.97×10-4，210℃時(shí)30 min平衡曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)達(dá)到平衡含水率0.98×10-4，含水率 ±1.0 ×10-5屬于可以接受的誤差范圍。

圖4 190℃、200℃、210℃條件下PET切片含水率隨時(shí)間的變化平衡曲線

2.3 切片的黏度變化

為進(jìn)一步驗(yàn)證PET切片在上述實(shí)驗(yàn)中不同溫度下水份的脫除，按照1.6所述實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定其特性黏度，所得結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，未進(jìn)行含水實(shí)驗(yàn)的PET切片的特性黏度η0=0.66 dL/g，含水實(shí)驗(yàn)中PET切片在真空下加熱脫除水份后，其特性黏度都有不同程度的增加，且含水實(shí)驗(yàn)溫度越高，特性黏度增加值越大，這是因?yàn)闇囟仍礁呙摮乃菰蕉啵?dāng)溫度升高到210℃時(shí)特性黏度增加到0.68 dL/g，比η0=0.66 dL/g增加了0.02 dL/g，達(dá)到特性黏度波動(dòng)可以接受的上線；當(dāng)溫度升高到220℃、230℃時(shí)特性黏度增加到0.7 dL/g和0.72 dL/g，此時(shí)特性黏度的增加不僅因?yàn)樗值拿摮€因?yàn)楦邷匾鸬腜ET分子的聚合。

圖5 不同溫度含水率實(shí)驗(yàn)后PET切片的特性黏度

因此，再次驗(yàn)證210℃為該實(shí)驗(yàn)中所用型號(hào)PET切片微量含水實(shí)驗(yàn)可接受的最高實(shí)驗(yàn)溫度。

3 結(jié)論

190～210℃為實(shí)驗(yàn)中所用型號(hào)PET切片微量含水實(shí)驗(yàn)可接受實(shí)驗(yàn)溫度范圍。溫度太小不利于切片中所有水分的脫除，造成測(cè)試結(jié)果偏??；而溫度太高，切片在脫除水分的同時(shí)會(huì)因?yàn)楦邷匕l(fā)生聚合釋放出小分子氣體，造成測(cè)試實(shí)驗(yàn)難達(dá)到平衡且測(cè)試結(jié)果偏大。

210℃為實(shí)驗(yàn)中所用型號(hào)PET切片微量含水實(shí)驗(yàn)的最佳溫度，此時(shí)達(dá)到平衡含水量所用時(shí)間較短為30 min，且切片的特性黏度仍處于黏度波動(dòng)可以接受的范圍。

[1] 時(shí)文.超高速紡生產(chǎn)滌綸低縮絲的工藝探討 [J].合成技術(shù)及應(yīng)用， 2013，28（1）:37-41.

[2] 李允成，徐心華.滌綸長(zhǎng)絲生產(chǎn)[M].第二版.北京:中國(guó)紡織出版社，1994:27-29.

[3] 中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì).纖維級(jí)聚酯切片 (PET)試驗(yàn)方法:GB/T14190-2008[S].北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2008:2-15.

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CONFIRM OF THE TESTING TEMPERATURE FOR MICRO MOISTURE CONTENT IN PET CHIP

LI Xue-mei，XUE Xiao-chuan，ZHEN Jian-hua，HUANG Jie-xi，LIN Hai
(Guangdong Province Chemical Fiber Research Institute，Guangzhou Guangdong 510245，China)

Tested the micro moisture of after-drying PET chip by pressure-difference method，deduced the experiment formula，calibrated the k value，confirmed the best testing temperature by moisture-content experiment and intrinsic viscosity experiment.Results show that，190～210℃is the appropriate testing temperature range，among which，210℃ is the best for shorten testing time to 30 min while intrinsic viscosity still keep tolerable.

polyester chip，moisture testing，pressure-difference method，testing temperature.

TQ340.7

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2016.04.007

1672-500X(2016)04-0032-05

2016-11-09

李雪梅 （1987-），女，四川簡(jiǎn)陽人，碩士，從事功能性化纖材料的研究工作。

廣東省屬科研機(jī)構(gòu)改革創(chuàng)新領(lǐng)域項(xiàng)目 （2014B070705011）