文/ 劉啟濱 曹月嬋
發(fā)熱纖維是能自行產(chǎn)生熱量的保暖型纖維,吸濕發(fā)熱纖維是目前開發(fā)研究比較多的一類發(fā)熱纖維。吸濕發(fā)熱纖維中的聚丙烯酸鹽系纖維,簡稱EKS纖維,是日本東洋紡所開發(fā)的一種合成纖維,可自行吸濕發(fā)熱而溫暖身體的弱酸性材料,EKS纖維通過將氨基、羧基等親水化基團(tuán)引入聚丙烯酸分子中,并進(jìn)行交聯(lián)處理而得到。EKS纖維可以調(diào)節(jié)人體與服裝之間的溫度及濕度,具有良好的吸濕功能,使穿著空間溫度升高,讓人感到溫暖舒適,同時(shí)具有吸濕、發(fā)熱、控制pH值、阻燃、抗起球和防靜電等多種功能[1-3]。目前EKS纖維主要用于生產(chǎn)女士貼身內(nèi)衣,也被廣泛用于被褥絮棉、男士服裝、運(yùn)動裝等。
目前,國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚沒有關(guān)于EKS纖維定性鑒別的方法,國內(nèi)僅有吸濕發(fā)熱針織內(nèi)衣的行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 73036—2010《吸濕發(fā)熱針織內(nèi)衣》中有描述,但是沒有具體的鑒別方法,在歐盟發(fā)布的EU 2018/122針對(EU)No 1007/2011的修訂版中附錄I第50行增加了該種纖維的名稱“polyacrylate”,但尚未有該類纖維的定性和定量方法。查閱其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也尚無EKS纖維相應(yīng)的定性和定量方法。針對目前國內(nèi)外對EKS纖維定性鑒別方法的缺失,但實(shí)際生產(chǎn)和市場又有檢測需要,本文采用燃燒法、顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法以及熔點(diǎn)法對EKS纖維的燃燒性能、形態(tài)特征、溶解性能、紅外性能以及熔點(diǎn)現(xiàn)象等進(jìn)行研究,總結(jié)出EKS纖維定性鑒別的方法,為EKS纖維的定性檢測分析提供快速、準(zhǔn)確的測試方法[4]。
EKS纖維(送檢庫存樣品)。
20%鹽酸、濃鹽酸、75%硫酸、濃硫酸(98%)、濃硝酸、甲酸/氯化鋅、99%N,N—二甲基甲酰胺(DMF)、0.5mol/L次氯酸鈉溶液、氫氧化鈉/甲醇、冰乙酸、丙酮、二氯甲烷、65%硫氰酸鉀、三級水、氨水、石蠟油、火棉膠。
哈氏切片器、250mL錐形瓶、玻璃棒、DB-3B數(shù)顯恒溫電熱板(常州澳華儀器公司)、AS-16/316L型水浴振蕩器(順德瑞邦機(jī)電設(shè)備廠)、BX51型纖維細(xì)度儀(日本OLYMPUS公司)、Nicolet6700傅里葉變換紅外光譜儀(美國Thermo Nicolet公司)、附有加熱裝置的偏光顯微鏡(日本Nikon公司)。
燃燒法主要根據(jù)纖維靠近火焰時(shí)、在火焰中和離開火焰后的不同燃燒狀態(tài)及熔融情況,燃燒時(shí)散發(fā)的氣味以及燃燒殘留物的顏色、形狀、硬度等來鑒別纖維的方法。燃燒試驗(yàn)采用鑷子夾持EKS纖維的一端,緩慢地移近火焰,分別觀察纖維在整個(gè)燃燒過程中所發(fā)生的現(xiàn)象。EKS纖維燃燒特征如表1所示。
表1 EKS纖維燃燒特征
由表1可知,EKS纖維燃燒時(shí)的狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)中的纖維素纖維、合成纖維等有明顯的燃燒特征區(qū)別,通過燃燒法可以進(jìn)一步縮小對EKS纖維定性時(shí)大概分類的范圍,具體鑒別還需進(jìn)行下一步分析。
因FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第3部分:顯微鏡法》中尚無EKS纖維相應(yīng)的形態(tài)特征描述,故本文采用不同的顯微鏡,纖維細(xì)度儀和偏振光顯微鏡觀察EKS纖維的特征形態(tài),為該纖維的定性鑒別提供依據(jù)。
3.2.1 纖維細(xì)度儀
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第3部分:顯微鏡法》中的操作方法對EKS纖維觀察未知纖維的縱面和橫截面形態(tài),對照纖維標(biāo)準(zhǔn)照片和形態(tài)描述來鑒別未知纖維的類別的方法。
由圖1可知,在纖維細(xì)度儀下,EKS纖維的縱向形態(tài)表面光滑,有一點(diǎn)細(xì)條紋;EKS纖維的橫截面為圓形形態(tài),橫縱截面形態(tài)與絕大部分化纖的形態(tài)接近。由此可知采用細(xì)度儀觀察不能直接鑒別該纖維,故采用偏振光纖維鏡觀察纖維的雙折射現(xiàn)象,為該纖維的定性鑒別提供進(jìn)一步的理論依據(jù)。
3.2.2 偏振光顯微鏡
偏振光顯微鏡是采用偏振光照射,增加檢偏器,觀察纖維的干涉條紋顏色。干涉條紋顏色主要由光程差決定,光程差又是由纖維雙折射率決定,各種纖維都有獨(dú)特的雙折射率,從而有自己獨(dú)特的干涉色,這是偏振光纖維鏡能夠用于鑒別纖維的依據(jù)[5]。測試設(shè)置偏振光的放大倍數(shù)為500倍,起偏角的度數(shù)為120°(檢偏角為0°),纖維與載物臺的夾角分別為+45°、-45°,補(bǔ)償片使用1的補(bǔ)償片。
圖2 EKS纖維在偏振光下的+45°(a)和-45°(b)縱截面圖
由圖2可知,在偏振光顯微鏡下,除外觀形態(tài)和纖維細(xì)度儀觀察的相同外,EKS纖維與載物臺成+45°方向時(shí),纖維呈藍(lán)色;成-45°方向時(shí),纖維呈深黃色。這兩種角度纖維顏色分布均勻,同時(shí)旋轉(zhuǎn)載物臺,纖維的干涉光顏色變化清晰易分辨。該纖維在+45°和-45°的干涉光顏色變化可作為EKS纖維定性鑒別方法依據(jù)。
溶解法是利用纖維在不同溫度下不同化學(xué)試劑中的溶解特性來鑒別纖維。本測試中選用13種常用化學(xué)試劑在相同濃度、處理溫度和溶解時(shí)間下對EKS纖維進(jìn)行溶解試驗(yàn),結(jié)果見表2。
表2 EKS纖維的溶解性能
由表2可以看出,EKS纖維化學(xué)性能穩(wěn)定,既不溶于強(qiáng)酸也不溶于強(qiáng)堿。該纖維除了在0.5mol/L次氯酸鈉溶液煮沸下溶解和在濃硫酸煮沸下發(fā)生部分溶解情況外,在其他常規(guī)試劑基本不溶解,采用溶解法可排除該纖維不是常見的纖維素纖維、合成纖維。
紅外光譜法是利用纖維特有的紅外吸收譜特征來鑒定和分析,不同種類纖維的紅外光譜圖都有各自不同的特征,根據(jù)這些特征就可以鑒別出纖維的類別組分, 從而判斷纖維的種類及名稱。對EKS纖維進(jìn)行紅外光譜測試,每個(gè)樣掃描32次,選擇自動增益,分辨率為4cm-1,測試光譜范圍為4500cm-1~400cm-1,并對測試光譜進(jìn)行自動基線校正處理。該纖維的紅外譜圖如圖3所示。
圖3 EKS纖維的紅外光譜圖
從圖3可以看出EKS纖維具有特有的中紅外吸收光譜圖,3194cm-1的吸收峰寬且強(qiáng)度高,說明纖維中可能存在—OH、—NH官能團(tuán),2925.61cm-1為—CH2官能團(tuán)特征峰,1652.72cm-1為羰基—C=O—振動吸收特征峰,1547.02cm-1為氨基—NH2振動吸收特征峰,1404.24cm-1為氰基—CN振動吸收特征峰,1322.05cm-1為羧基—COOH振動吸收特征峰。由此可知,EKS纖維是一種含—NH2、—COOH、—CN、—OH等主要官能團(tuán)的聚丙烯酸類纖維。通過紅外光譜測試分析可對EKS纖維進(jìn)一步明確定性分析。
采用附有加熱裝置的偏光顯微鏡(日本Nikon公司)進(jìn)行熔點(diǎn)測試,取少量纖維放在兩片玻璃片之間,置加熱裝置上,升溫速率約為3℃/min,并調(diào)焦使纖維成像清晰,觀察纖維在不同溫度下的成像變化。在溫度升至310℃之后,EKS纖維出現(xiàn)炭化現(xiàn)象,并未發(fā)現(xiàn)該纖維具體的熔點(diǎn),EKS纖維在加熱溫度下具體形態(tài)變化如圖4。
從上述試驗(yàn)結(jié)果可知:
(1)通過燃燒法可知EKS纖維具有一定的阻燃性能,在火焰中可緩慢燃燒,離開火焰自滅,有特殊氣味,殘留物為細(xì)軟的黑色絮狀物。
圖4 EKS纖維炭化前纖維(a)和炭化后纖維(b)形態(tài)圖
(2)EKS纖維在細(xì)度儀下縱向截面,橫截面為近圓形;在偏振光顯微鏡下+45°方向時(shí);纖維呈深黃色,-45°方向時(shí),纖維呈藍(lán)色,兩種角度纖維顏色分布均勻,干涉光顏色變化清晰。
(3)EKS纖維化學(xué)穩(wěn)定性好,在0.5mol/L次氯酸鈉溶液煮沸下溶解和在濃硫酸煮沸下部分溶解,在其他常規(guī)試劑基本不溶解。
(4)EKS纖維具有特有的中紅外吸收光譜圖,在譜圖中可得EKS纖維一種含—NH2、—COOH、—CN、—OH主要官能團(tuán)的聚丙烯酸類化合物。
(5)在熔點(diǎn)測試中未發(fā)現(xiàn)EKS纖維的相應(yīng)熔點(diǎn),且該纖維在310℃后出現(xiàn)炭化現(xiàn)象。
因此,依據(jù)EKS纖維相應(yīng)的物理化學(xué)特性,綜合結(jié)合本文中的測試方法,可準(zhǔn)確地鑒別EKS纖維。