聚乳酸纖維的定量分析方法的研究

1、聚乳酸纖維的定量分析方法的研究2010年4月15日 中國纖檢摘要：通過聚乳酸纖維的溶解特性進(jìn)行系統(tǒng)的研究，結(jié)合現(xiàn)有的檢測標(biāo)準(zhǔn)，用化學(xué)溶解試驗(yàn)法測試，推薦性地提供8種聚乳酸纖維混紡產(chǎn)品的定量分析方法。經(jīng)過驗(yàn)證，這8種方法與現(xiàn)有的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的再現(xiàn)性和重復(fù)性相當(dāng)，結(jié)果可靠，因其使用的是實(shí)驗(yàn)室分析的常規(guī)試劑和常規(guī)試驗(yàn)方法，其分析安全、操作簡易。關(guān)鍵詞：聚乳酸纖維；溶解；定量分析用聚乳酸為原料制造的可降解聚乳酸纖維，可以和通常的聚酯纖維一樣制成短纖維、單絲、長絲和非織造布等多種制品1，廣泛應(yīng)用于服裝以及非服裝領(lǐng)域，其加工條件和設(shè)備與目前的聚酯纖維相同，均采用化學(xué)纖維生產(chǎn)中的熔融紡絲法。聚乳酸纖維融合了天

2、然纖維和合成纖維的優(yōu)點(diǎn)，無論在加工過程中還是最終的具體應(yīng)用，其優(yōu)異的性能均很好地保持。這些優(yōu)異性能包括：可生物降解、優(yōu)異的觸感、導(dǎo)濕、回彈、耐燃、對UV穩(wěn)定以及抗污性能等2。聚乳酸纖維作為一種新型的紡織材料，廣泛應(yīng)用于服裝市場、家用及裝飾、非織造布、衛(wèi)生及醫(yī)用等領(lǐng)域。目前，研究關(guān)于聚乳酸纖維與棉或粘膠纖維的混紡定量分析方法較多，但對于聚乳酸和其他纖維的混紡物的定量分析的研究成果較少。本課題是在對聚乳酸定性研究的基礎(chǔ)上，利用了聚乳酸纖維的化學(xué)溶解性能，通過一定量的混紡比，進(jìn)行定量分析試驗(yàn)，摸索聚乳酸纖維定量分析的化學(xué)溶解試驗(yàn)法，并給出修正系數(shù)和本實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)大氣下的平均回潮率。 1試驗(yàn)材料1.1

3、主要試驗(yàn)樣品聚乳酸纖維（脂肪族類聚酯纖維，俗稱玉米纖維，簡稱PLA纖維，樣品由Cargill Dow LLC公司提供）。棉、粘膠纖維、滌綸、腈綸、羊毛、錦綸、醋酯纖維。1.2試驗(yàn)藥品硫酸、鹽酸、甲酸、冰乙酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、丙酮、二氯甲烷等（均為分析純）。1.3試驗(yàn)儀器天平，最小分度值0.0001g；生物顯微鏡，電熱恒溫水浴鍋，最小分度值0.1；量筒，最小分度值1mL； 抽濾機(jī)；通風(fēng)柜；燒杯；250mL三角燒瓶等。2 聚乳酸纖維的定性分析方法2.1聚乳酸纖維物理定性鑒別將纖維切片，對聚乳酸纖維進(jìn)行顯微鏡觀察，其橫截面為近似圓形，縱截面纖維光滑、有明顯斑點(diǎn)。對

4、纖維進(jìn)行熔點(diǎn)試驗(yàn)，纖維在150左右進(jìn)行初熔，至165170完全熔融?？膳卸ɡw維為合成纖維。2.2 聚乳酸纖維的溶解定性鑒別化學(xué)法2.2.1 聚乳酸纖維化學(xué)性能參照FZ/T 01057.4-1999紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 溶解試驗(yàn)方法中常用試劑及其溶解條件，對聚乳酸纖維進(jìn)行溶解試驗(yàn)，結(jié)果見表1。表1 聚乳酸纖維溶解性能表溶劑1硫酸（98%），常溫 硫酸（75%），50 硫酸（59.5%），60 鹽酸（37%），常溫 鹽酸（20%），常溫 甲酸（98%），常溫 甲酸（80%），常溫 甲酸/氯化鋅，75 冰乙酸，常溫 冰乙酸，80 冰乙酸，煮沸 氫氧化鈉（5%），常溫 氫氧化鈉（5%），煮沸 氫氧化鈉

5、（2.5%），煮沸次氯酸鈉（1mol/l），常溫二甲基甲酰胺，常溫 二甲基甲酰胺，煮沸 二氯甲烷，常溫 丙酮，常溫S0 I I I I I I I I I P I P P5 S I I I I I I I I I S I S P10 S I I I I I I I I P S P S P30 S I I I I I I I I S/P S P S S觀察時間/minI I S0 S0 IP S S IP S S IP S S I其中，符號表示S0-立即溶解，S-溶解，P-部分溶解，I-不溶解，-溶脹由表1的溶解特性可見，聚乳酸在75%硫酸、鹽酸、常溫的冰乙酸、甲酸-氯化鋅、丙酮中不溶解，在常溫

6、的二氯甲烷、煮沸的二甲基甲酰胺、煮沸的5%氫氧化鈉、煮沸的冰乙酸中溶解，可利用于在試劑中溶解性能來定性鑒別聚乳酸纖維。2.2.2聚乳酸纖維化學(xué)鑒別根據(jù)表1的溶解性能，將經(jīng)過物理定性的試樣放入75%硫酸中，在50下，攪拌5min，試樣不溶解（可以排除氨綸、錦綸、維綸、腈綸）；將試樣放入冰乙酸中，在常溫下，攪拌5min，試樣不溶解（可以排除醋酯纖維）；將試樣放入二氯甲烷試劑中，在常溫下，攪拌5min，試樣溶解（可以排除滌綸、丙綸、乙綸）。通過2.1和2.2中的方法，可以確認(rèn)纖維為聚乳酸纖維。3 定量分析試驗(yàn)方法在嘗試了多種溶劑對聚乳酸纖維的溶解性能后，應(yīng)用各種溶解法對聚乳酸纖維和其他纖維的混紡樣品

7、進(jìn)行試驗(yàn)、計(jì)算修正系數(shù)。使用的纖維均為已知干重的纖維，設(shè)計(jì)比例聚乳酸纖維均在50%左右。我們推薦使用下列的溶解方法進(jìn)行定量分析。3.1 聚乳酸纖維纖與天然纖維素纖維（簡稱纖維素纖維）或再生纖維素纖維混紡時，可以采用以下的方法3.1.1采用75%（m/m）硫酸法將混合試樣放入三角燒瓶中，加入100ml的75%（m/m）硫酸，在（50±5） 的溫度下，每隔10min搖動1次，1hr后溶解纖維素纖維或再生纖維素纖維，收集剩余的聚乳酸纖維，清洗、烘干、冷卻、稱重。3.1.2聚乳酸纖維與再生纖維素纖維混紡時，采用甲酸/氯化鋅將混合試樣迅速放入盛有100ml的已經(jīng)預(yù)熱達(dá)75的甲酸/氯化鋅試劑的具

8、塞三角燒瓶中，保溫20min，并不時搖動后溶解再生纖維素纖維，收集剩余的聚乳酸纖維，清洗、烘干、冷卻、稱重。3.1.3聚乳酸纖維和纖維素纖維或再生纖維素纖維混紡時，采用5%NaOH法將混合試樣迅速放入盛有100ml已經(jīng)預(yù)熱達(dá)（9095），5%NaOH的具塞三角燒瓶中，保溫1rh，并不時搖動后，溶解聚乳酸纖維，收集剩余的纖維素纖維或再生纖維素纖維，清洗、烘干、冷卻、稱重。3.2 聚乳酸纖維與動物蛋白纖維混紡時，采用二甲基甲酰胺法將混合試樣迅速放入盛有80ml已經(jīng)預(yù)熱達(dá)（9095）的二甲基甲酰胺試劑的具塞三角燒瓶中，保溫1rh，并不時搖動后，溶解聚乳酸纖維，將不溶纖維用60ml二甲基甲酰胺，在（9

9、095）下保溫30min，收集剩余的動物蛋白纖維，清洗、烘干、冷卻、稱重。3.3聚乳酸纖維和錦綸6、錦綸66纖維混紡時，采用80%（m/m）甲酸法將混合試樣放入三角燒瓶中，加入100ml的80%（m/m）甲酸，常溫下放置15min，并不時搖動，溶解錦綸，收集剩余的聚乳酸纖維，清洗、烘干、冷卻、稱重。3.4聚乳酸纖維與聚酯纖維混紡時，采用二氯甲烷法將混合試樣放入三角燒瓶中，加入100ml的二氯甲烷，常溫下放置30min，并不時搖動，溶解聚乳酸纖維，收集剩余的纖維，放入燒杯中，30ml二氯甲烷，用手搖動、過濾，重復(fù)處理2次，收集剩余的聚乳酸纖維，待揮發(fā)1hr后，烘干、冷卻、稱重。3.5聚乳酸纖維和

10、醋酯纖維混紡時，采用丙酮法將混合試樣放入三角燒瓶中，加入100ml的丙酮，常溫下放置1hr，并不時搖動，溶解醋酯纖維，收集剩余纖維，放入燒杯中，加入20ml丙酮，用手搖動、過濾，重復(fù)處理2次，收集剩余的聚乳酸纖維，清洗、烘干、冷卻、稱重。3.6聚乳酸纖維與三醋酯纖維混紡時，采用冰乙酸法將混合試樣放入三角燒瓶中，加入100ml的冰乙酸，常溫下放置20min，并不時搖動，溶解醋酯纖維，收集剩余的纖維，放入燒杯中，30ml冰醋酸，用手搖動、過濾，重復(fù)處理3次，收集剩余的聚乳酸纖維，清洗、烘干、冷卻、稱重。3.7 對試驗(yàn)的補(bǔ)充說明3.7.1目前對含有動物蛋白纖維（尤其是羊毛）的混紡產(chǎn)品很多情況下會采用

11、NaClO（有效濃度為0.9 mol/L1.1mol/L）溶解動物蛋白纖維，課題對此作了論證試驗(yàn)。將混合試樣放入三角燒瓶中，加入100ml的NaClO，20下放置20min，并不時搖動，溶解羊毛，收集剩余的聚乳酸纖維，清洗、烘干、冷卻、稱重。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在1.0mol/lNaClO中聚乳酸纖維損傷嚴(yán)重。3.7.2二氯甲烷是目前常用的溶解聚乳酸纖維與其他纖維的主要方法，但是二氯甲烷對人體有一定的傷害，并對環(huán)境造成污染并不環(huán)保，因此，課題提供了一些常用的普通試劑對聚乳酸與其他纖維混合物進(jìn)行定量分析。4 結(jié)果計(jì)算與分析4.1 試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算方法4.1.1凈干質(zhì)量百分率及質(zhì)量修正系數(shù)參照GB/T 2910

12、-1997中的公式進(jìn)行計(jì)算4。4.1.2置信區(qū)間半寬值的計(jì)算在只考核平均值，不考核標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)的情況下，計(jì)算被測項(xiàng)目的平均值的置信區(qū)間4.2 修正系數(shù)的計(jì)算與分析根據(jù)已知混紡比例的聚乳酸和其他纖維的混合物，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室常用試劑進(jìn)行溶解，計(jì)算不溶纖維在試劑處理時的質(zhì)量修正系數(shù)。設(shè)計(jì)方案為50%聚乳酸纖維和50%其他纖維，根據(jù)使用的試劑不同，按照3.13.7方法進(jìn)行試驗(yàn)，溶解不同的纖維，不溶纖維的修正系數(shù)見表2。混紡產(chǎn)品溶解法修正系數(shù)分別通過20個試驗(yàn)樣品的試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)得出。表2 試驗(yàn)方法和不溶纖維的修正系數(shù)序號 1 2 3 4采用方法 75%（m/m）硫酸法 80%（m/m）甲酸法 甲酸/氯

13、化鋅法 丙酮法設(shè)計(jì)方案 50聚乳酸纖維/50棉 50聚乳酸纖維/50錦綸6 50聚乳酸纖維/50粘膠纖維 50聚乳酸纖維/50醋酯纖維 50聚乳酸纖維/50三醋酯纖維 50聚乳酸纖維/50聚酯纖維 50聚乳酸纖維/50桑蠶絲 50聚乳酸纖維/50棉 100聚乳酸溶解纖維 不溶纖維及修正系數(shù) 棉 錦綸6聚乳酸纖維 0.9992 聚乳酸纖維 0.9985方差 0.0010 0.0010 0.0012 0.004295%置信區(qū)間半寬值/% 0.04 0.04 0.05 0.19粘膠纖維 聚乳酸纖維 1.0000 醋酯纖維 聚乳酸纖維 0.9990 三醋酯纖維 聚乳酸纖維 聚乳酸纖維 聚乳酸纖維 /5

14、 冰乙酸法 聚乳酸纖維 1.0002 0.0137 0.606 7 8 9二氯甲烷法 二甲基甲酰胺法 5%NaOH法 NaClO法聚酯纖維 1.0101 桑蠶絲 0.9997 棉 1.0097 聚乳酸纖維 1.13130.0051 0.0023 0.0050 0.02530.23 0.10 0.22 /5 聚乳酸纖維的回潮率在日常檢測中，纖維的含量百分率經(jīng)常會采用結(jié)合公定回潮率的形式標(biāo)示，通過對50個聚乳酸纖維的試樣進(jìn)行測試，在二級標(biāo)準(zhǔn)大氣下進(jìn)行跟蹤試驗(yàn)，平均回潮率檢測數(shù)據(jù)見表4。表4 聚乳酸纖維回潮率（%）（二級標(biāo)準(zhǔn)大氣條件）序號 回潮率 序號 回潮率 序號 回潮率 序號 回潮率 序號 回潮

15、率1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.3511 0.4097 0.3620 0.3532 0.3153 0.3526 0.3547 0.2894 0.3993 0.379511 12 13 14 15 16 17 18 19 200.3387 0.3060 0.3809 0.3757 0.3414 0.3108 0.3331 0.3649 0.3688 0.339121 22 23 24 25 26 27 28 29 300.3394 31 0.3296 0.3315 0.3733 0.3258 0.2955 0.4101 0.3866 0.3933 0.384932 33 34 35

16、 36 37 38 39 400.3794 0.3590 0.3597 0.3948 0.3858 0.3766 0.4024 0.4163 0.3823 0.356241 42 43 44 45 46 47 48 49 500.3695 0.3515 0.3796 0.3695 0.3767 0.3963 0.3852 0.3645 0.3754 0.3952平均回潮率 0.3634 標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.0300 95%置信區(qū)間半寬值 0.0096 結(jié)論6.1 聚乳酸纖維和纖維素纖維或再生纖維素纖維混紡時，可以采用75%（m/m）硫酸法溶解纖維素纖維或再生纖維素纖維、甲酸/氯化鋅法溶解再生纖維素纖

17、維、5%NaOH法溶解聚乳酸纖維，剩余纖維的質(zhì)量修正值分別為0.9992、1.0000、1.0097。6.2 聚乳酸纖維和動物蛋白纖維混紡時，宜采用二甲基甲酰胺法溶解聚乳酸纖維，剩余纖維的質(zhì)量修正值為0.9997。若采用NaClO法溶解動物蛋白纖維，聚乳酸纖維受損嚴(yán)重。6.3 聚乳酸纖維和錦綸6、錦綸66纖維混紡時，采用80%（m/m）甲酸法溶解錦綸，剩余纖維的質(zhì)量修正值為0.9985。6.4 聚乳酸纖維與聚酯纖維混紡時，采用二氯甲烷法溶解聚乳酸纖維，剩余纖維的質(zhì)量修正值為1.0101。6.5 聚乳酸纖維和醋酯纖維、三醋酯纖維混紡時，分別采用丙酮法溶解醋酯纖維、冰乙酸法（常溫）溶解三醋酯纖維，剩余纖維的質(zhì)量修正值分別為0.9990、1.0002。6.6由以上溶解方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對于混紡均勻的紡織材料，本法置信度95%，置信界限均不超過±1%，符合GB/T 2910方法的要求。6.7聚乳酸纖維在二級標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的平均回潮率為0.36%，計(jì)算建議按0.4%計(jì)算。 本文給出的定性鑒別方法和定量分析的方法可能不是最優(yōu)化的，但在本試驗(yàn)室中，比較常用，而且比較安全，操作也比較簡易，有些方法是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中也未曾提起的（如聚乳酸纖維和醋酯纖維，采用二氯甲烷法；聚乳酸纖維和三醋酯纖維等混