聚乳酸纤维的定量分析方法的研究

1、聚乳酸纤维的定量分析方法的研究2010年4月15日 中国纤检摘要：通过聚乳酸纤维的溶解特性进行系统的研究，结合现有的检测标准，用化学溶解试验法测试，推荐性地提供8种聚乳酸纤维混纺产品的定量分析方法。经过验证，这8种方法与现有的国内外标准的再现性和重复性相当，结果可靠，因其使用的是实验室分析的常规试剂和常规试验方法，其分析安全、操作简易。关键词：聚乳酸纤维；溶解；定量分析用聚乳酸为原料制造的可降解聚乳酸纤维，可以和通常的聚酯纤维一样制成短纤维、单丝、长丝和非织造布等多种制品1，广泛应用于服装以及非服装领域，其加工条件和设备与目前的聚酯纤维相同，均采用化学纤维生产中的熔融纺丝法。聚乳酸纤维融合了天

2、然纤维和合成纤维的优点，无论在加工过程中还是最终的具体应用，其优异的性能均很好地保持。这些优异性能包括：可生物降解、优异的触感、导湿、回弹、耐燃、对UV稳定以及抗污性能等2。聚乳酸纤维作为一种新型的纺织材料，广泛应用于服装市场、家用及装饰、非织造布、卫生及医用等领域。目前，研究关于聚乳酸纤维与棉或粘胶纤维的混纺定量分析方法较多，但对于聚乳酸和其他纤维的混纺物的定量分析的研究成果较少。本课题是在对聚乳酸定性研究的基础上，利用了聚乳酸纤维的化学溶解性能，通过一定量的混纺比，进行定量分析试验，摸索聚乳酸纤维定量分析的化学溶解试验法，并给出修正系数和本实验室标准大气下的平均回潮率。 1试验材料1.1

3、主要试验样品聚乳酸纤维（脂肪族类聚酯纤维，俗称玉米纤维，简称PLA纤维，样品由Cargill Dow LLC公司提供）。棉、粘胶纤维、涤纶、腈纶、羊毛、锦纶、醋酯纤维。1.2试验药品硫酸、盐酸、甲酸、冰乙酸、氢氧化钠、次氯酸钠、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、丙酮、二氯甲烷等（均为分析纯）。1.3试验仪器天平，最小分度值0.0001g；生物显微镜，电热恒温水浴锅，最小分度值0.1；量筒，最小分度值1mL； 抽滤机；通风柜；烧杯；250mL三角烧瓶等。2 聚乳酸纤维的定性分析方法2.1聚乳酸纤维物理定性鉴别将纤维切片，对聚乳酸纤维进行显微镜观察，其横截面为近似圆形，纵截面纤维光滑、有明显斑点。对

4、纤维进行熔点试验，纤维在150左右进行初熔，至165170完全熔融。可判定纤维为合成纤维。2.2 聚乳酸纤维的溶解定性鉴别化学法2.2.1 聚乳酸纤维化学性能参照FZ/T 01057.4-1999纺织纤维鉴别试验方法 溶解试验方法中常用试剂及其溶解条件，对聚乳酸纤维进行溶解试验，结果见表1。表1 聚乳酸纤维溶解性能表溶剂1硫酸（98%），常温 硫酸（75%），50 硫酸（59.5%），60 盐酸（37%），常温 盐酸（20%），常温 甲酸（98%），常温 甲酸（80%），常温 甲酸/氯化锌，75 冰乙酸，常温 冰乙酸，80 冰乙酸，煮沸 氢氧化钠（5%），常温 氢氧化钠（5%），煮沸 氢氧化钠

5、（2.5%），煮沸次氯酸钠（1mol/l），常温二甲基甲酰胺，常温 二甲基甲酰胺，煮沸 二氯甲烷，常温 丙酮，常温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观察时间/minI I S0 S0 IP S S IP S S IP S S I其中，符号表示S0-立即溶解，S-溶解，P-部分溶解，I-不溶解，-溶胀由表1的溶解特性可见，聚乳酸在75%硫酸、盐酸、常温的冰乙酸、甲酸-氯化锌、丙酮中不溶解，在常温

6、的二氯甲烷、煮沸的二甲基甲酰胺、煮沸的5%氢氧化钠、煮沸的冰乙酸中溶解，可利用于在试剂中溶解性能来定性鉴别聚乳酸纤维。2.2.2聚乳酸纤维化学鉴别根据表1的溶解性能，将经过物理定性的试样放入75%硫酸中，在50下，搅拌5min，试样不溶解（可以排除氨纶、锦纶、维纶、腈纶）；将试样放入冰乙酸中，在常温下，搅拌5min，试样不溶解（可以排除醋酯纤维）；将试样放入二氯甲烷试剂中，在常温下，搅拌5min，试样溶解（可以排除涤纶、丙纶、乙纶）。通过2.1和2.2中的方法，可以确认纤维为聚乳酸纤维。3 定量分析试验方法在尝试了多种溶剂对聚乳酸纤维的溶解性能后，应用各种溶解法对聚乳酸纤维和其他纤维的混纺样品

7、进行试验、计算修正系数。使用的纤维均为已知干重的纤维，设计比例聚乳酸纤维均在50%左右。我们推荐使用下列的溶解方法进行定量分析。3.1 聚乳酸纤维纤与天然纤维素纤维（简称纤维素纤维）或再生纤维素纤维混纺时，可以采用以下的方法3.1.1采用75%（m/m）硫酸法将混合试样放入三角烧瓶中，加入100ml的75%（m/m）硫酸，在（50±5） 的温度下，每隔10min摇动1次，1hr后溶解纤维素纤维或再生纤维素纤维，收集剩余的聚乳酸纤维，清洗、烘干、冷却、称重。3.1.2聚乳酸纤维与再生纤维素纤维混纺时，采用甲酸/氯化锌将混合试样迅速放入盛有100ml的已经预热达75的甲酸/氯化锌试剂的具

8、塞三角烧瓶中，保温20min，并不时摇动后溶解再生纤维素纤维，收集剩余的聚乳酸纤维，清洗、烘干、冷却、称重。3.1.3聚乳酸纤维和纤维素纤维或再生纤维素纤维混纺时，采用5%NaOH法将混合试样迅速放入盛有100ml已经预热达（9095），5%NaOH的具塞三角烧瓶中，保温1rh，并不时摇动后，溶解聚乳酸纤维，收集剩余的纤维素纤维或再生纤维素纤维，清洗、烘干、冷却、称重。3.2 聚乳酸纤维与动物蛋白纤维混纺时，采用二甲基甲酰胺法将混合试样迅速放入盛有80ml已经预热达（9095）的二甲基甲酰胺试剂的具塞三角烧瓶中，保温1rh，并不时摇动后，溶解聚乳酸纤维，将不溶纤维用60ml二甲基甲酰胺，在（9

9、095）下保温30min，收集剩余的动物蛋白纤维，清洗、烘干、冷却、称重。3.3聚乳酸纤维和锦纶6、锦纶66纤维混纺时，采用80%（m/m）甲酸法将混合试样放入三角烧瓶中，加入100ml的80%（m/m）甲酸，常温下放置15min，并不时摇动，溶解锦纶，收集剩余的聚乳酸纤维，清洗、烘干、冷却、称重。3.4聚乳酸纤维与聚酯纤维混纺时，采用二氯甲烷法将混合试样放入三角烧瓶中，加入100ml的二氯甲烷，常温下放置30min，并不时摇动，溶解聚乳酸纤维，收集剩余的纤维，放入烧杯中，30ml二氯甲烷，用手摇动、过滤，重复处理2次，收集剩余的聚乳酸纤维，待挥发1hr后，烘干、冷却、称重。3.5聚乳酸纤维和

10、醋酯纤维混纺时，采用丙酮法将混合试样放入三角烧瓶中，加入100ml的丙酮，常温下放置1hr，并不时摇动，溶解醋酯纤维，收集剩余纤维，放入烧杯中，加入20ml丙酮，用手摇动、过滤，重复处理2次，收集剩余的聚乳酸纤维，清洗、烘干、冷却、称重。3.6聚乳酸纤维与三醋酯纤维混纺时，采用冰乙酸法将混合试样放入三角烧瓶中，加入100ml的冰乙酸，常温下放置20min，并不时摇动，溶解醋酯纤维，收集剩余的纤维，放入烧杯中，30ml冰醋酸，用手摇动、过滤，重复处理3次，收集剩余的聚乳酸纤维，清洗、烘干、冷却、称重。3.7 对试验的补充说明3.7.1目前对含有动物蛋白纤维（尤其是羊毛）的混纺产品很多情况下会采用

11、NaClO（有效浓度为0.9 mol/L1.1mol/L）溶解动物蛋白纤维，课题对此作了论证试验。将混合试样放入三角烧瓶中，加入100ml的NaClO，20下放置20min，并不时摇动，溶解羊毛，收集剩余的聚乳酸纤维，清洗、烘干、冷却、称重。结果发现在1.0mol/lNaClO中聚乳酸纤维损伤严重。3.7.2二氯甲烷是目前常用的溶解聚乳酸纤维与其他纤维的主要方法，但是二氯甲烷对人体有一定的伤害，并对环境造成污染并不环保，因此，课题提供了一些常用的普通试剂对聚乳酸与其他纤维混合物进行定量分析。4 结果计算与分析4.1 试验结果的计算方法4.1.1净干质量百分率及质量修正系数参照GB/T 2910

12、-1997中的公式进行计算4。4.1.2置信区间半宽值的计算在只考核平均值，不考核标准偏差和变异系数的情况下，计算被测项目的平均值的置信区间4.2 修正系数的计算与分析根据已知混纺比例的聚乳酸和其他纤维的混合物，应用实验室常用试剂进行溶解，计算不溶纤维在试剂处理时的质量修正系数。设计方案为50%聚乳酸纤维和50%其他纤维，根据使用的试剂不同，按照3.13.7方法进行试验，溶解不同的纤维，不溶纤维的修正系数见表2。混纺产品溶解法修正系数分别通过20个试验样品的试验结果统计得出。表2 试验方法和不溶纤维的修正系数序号 1 2 3 4采用方法 75%（m/m）硫酸法 80%（m/m）甲酸法 甲酸/氯

13、化锌法 丙酮法设计方案 50聚乳酸纤维/50棉 50聚乳酸纤维/50锦纶6 50聚乳酸纤维/50粘胶纤维 50聚乳酸纤维/50醋酯纤维 50聚乳酸纤维/50三醋酯纤维 50聚乳酸纤维/50聚酯纤维 50聚乳酸纤维/50桑蚕丝 50聚乳酸纤维/50棉 100聚乳酸溶解纤维 不溶纤维及修正系数 棉 锦纶6聚乳酸纤维 0.9992 聚乳酸纤维 0.9985方差 0.0010 0.0010 0.0012 0.004295%置信区间半宽值/% 0.04 0.04 0.05 0.19粘胶纤维 聚乳酸纤维 1.0000 醋酯纤维 聚乳酸纤维 0.9990 三醋酯纤维 聚乳酸纤维 聚乳酸纤维 聚乳酸纤维 /5

14、 冰乙酸法 聚乳酸纤维 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法聚酯纤维 1.0101 桑蚕丝 0.9997 棉 1.0097 聚乳酸纤维 1.13130.0051 0.0023 0.0050 0.02530.23 0.10 0.22 /5 聚乳酸纤维的回潮率在日常检测中，纤维的含量百分率经常会采用结合公定回潮率的形式标示，通过对50个聚乳酸纤维的试样进行测试，在二级标准大气下进行跟踪试验，平均回潮率检测数据见表4。表4 聚乳酸纤维回潮率（%）（二级标准大气条件）序号 回潮率 序号 回潮率 序号 回潮率 序号 回潮率 序号 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 标准偏差 0.0300 95%置信区间半宽值 0.0096 结论6.1 聚乳酸纤维和纤维素纤维或再生纤维素纤维混纺时，可以采用75%（m/m）硫酸法溶解纤维素纤维或再生纤维素纤维、甲酸/氯化锌法溶解再生纤维素纤

17、维、5%NaOH法溶解聚乳酸纤维，剩余纤维的质量修正值分别为0.9992、1.0000、1.0097。6.2 聚乳酸纤维和动物蛋白纤维混纺时，宜采用二甲基甲酰胺法溶解聚乳酸纤维，剩余纤维的质量修正值为0.9997。若采用NaClO法溶解动物蛋白纤维，聚乳酸纤维受损严重。6.3 聚乳酸纤维和锦纶6、锦纶66纤维混纺时，采用80%（m/m）甲酸法溶解锦纶，剩余纤维的质量修正值为0.9985。6.4 聚乳酸纤维与聚酯纤维混纺时，采用二氯甲烷法溶解聚乳酸纤维，剩余纤维的质量修正值为1.0101。6.5 聚乳酸纤维和醋酯纤维、三醋酯纤维混纺时，分别采用丙酮法溶解醋酯纤维、冰乙酸法（常温）溶解三醋酯纤维，剩余纤维的质量修正值分别为0.9990、1.0002。6.6由以上溶解方法进行试验验证，对于混纺均匀的纺织材料，本法置信度95%，置信界限均不超过±1%，符合GB/T 2910方法的要求。6.7聚乳酸纤维在二级标准大气条件下的平均回潮率为0.36%，计算建议按0.4%计算。 本文给出的定性鉴别方法和定量分析的方法可能不是最优化的，但在本试验室中，比较常用，而且比较安全，操作也比较简易，有些方法是现有标准中也未曾提起的（如聚乳酸纤维和醋酯纤维，采用二氯甲烷法；聚乳酸纤维和三醋酯纤维等混