聚乳酸纤维定性鉴别方法

                                

【摘要】通过聚乳酸燃烧、显微镜观察及红外光谱等实验，研究了聚乳酸(PLA) 纤维的化学物理特性，提出了PLA纤维的定性鉴别方法，为PLA原料及其产品的成分鉴别提供检验依据。 【关键词】聚乳酸纤维    燃烧试验    溶解    红外光谱    鉴别 1  前言     聚乳酸(PLA)纤维属于家族，与其他纤维不同的是，其原料不是来自于石油副产品，而是来源于农作物。聚乳酸酯可以从玉米、麦子和大豆等产品中分解并提炼出乳酸，再通过缩聚反应生产。目前，用在纺织工业的聚乳酸酯原料主要来源于玉米。其原料来源不仅充分，而且可以再生，能够实现在自然界中无污染循环，是理想的绿色高分子材料。 2  鉴别实验     由于乳酸分子中有一个不对称碳原子，所以具有D-型和L-型2种异构体。以玉米等淀粉发酵得到的乳酸含有99．5％的L一异构体。本文研究的是纺织用的L-型PLA纤维。 2．1  试样     试样来源于2批进口商品，原产地：美国。从进口商品中任意抽取样品约500 g，作为实验室试样。 2．2  实验器具     ——傅立叶红外吸收光谱仪；     ——CYG一055D多功能显微扫描分析系统；     ——试剂(分析纯)若干种，详见表1；     ——抽风柜、烧杯、三角烧瓶、镊子和制片器等辅助工具若干。 2．3 燃烧试验     分别从2批实验室样品中抽取纤维约100 mg，按照FZ／T 01057．2—1999《纺织纤维鉴别试验方法燃烧试验方法》进行试验。     PLA纤维燃烧过程的观察结果如下：     ——靠近火焰时有熔缩现象；     ——在火焰中熔融燃烧，火焰以红色为主，边缘呈蓝色，燃烧平稳，火焰无跳动，无黑烟；     ——燃烧时有淡淡的香甜味；     ——离开火焰，继续燃烧，有黑色珠状物滴下；     ——残留物呈黑色块状，很脆，用手很容易碾碎为粉末状。 2．4 显微镜观察     试验按照FZ／T 01057．3—1999《纺织纤维鉴别试验方法  显微镜观察方法》进行，采用Y172型哈氏切片器制成PLA纤维的纵向和横截面纤维切片，在CYG-055D多功能显微扫描分析系统放大4.0倍观察，图像详见图1和图2。     从图1可以看出，纤维纵面呈透明的圆柱形态，有中腔(黑影部分)影像。从图2可以看出，纤维横截面有中腔，呈规则的圆形(也有多边形的)。  2．5 溶解性能试验     从实验室样品中任意抽取试验样品，按1 g试样100 mL。溶剂的比例分别放进盛有表1所列的溶剂的烧杯中。视溶解的情况，分别搅拌或煮沸1、5、10 min……后静置几秒钟，观察结果详见表1。     注1  I——不溶解。     注2  S——溶解。     注3  △——轻微溶涨。     注4  So——快速溶解。     注5  Pss——溶缩。     注4 ①——PLA纤维在沸腾的冰乙酸溶液中迅速溶解，溶液呈透明状，可用2号砂芯漏斗过滤。冷却至室温，溶液呈透明状，但遇冷水就有浆状物体析出，手感似石蜡。     注5 ②——PLA纤维分别在30、40、50、60、70℃的5％ 氢氧化钠溶液中连续震荡10 mim，不溶解。     注6 ③——PLA纤维在沸腾的5％氢氧化钠煮3～5 mim后溶解，溶液呈透明状，可用2号砂芯漏斗过滤，冷却至室温，溶液仍呈透明状，遇冷水也没有浆状物析出。     注7 ④——10 min试样开始溶缩，15 min后试样不能完全溶解．溶液已经很少。     注8 ⑤——溶缩，从边缘向内缩小。     针对上述溶解反应情况，增加了用2．5％氢氧化钠溶液煮试样的试验，情况如下：     样品与溶剂按浴比1：200进行实验，10 min时试样开始溶缩，15 min后试样还不能完全溶解，溶液呈浑浊液；     样品与溶剂按浴比1：300进行实验，10 min时试样开始溶缩，15 min后试样完全溶解，溶液呈澄清的液体状。     综合试剂用量、时间等因素，使用5％氢氧化钠溶液煮试样的试验效果比使用2．5％氢氧化钠溶液煮试样的效果更佳。 2．6 红外光谱试验     依据FZ／T 01057．8—1 999《纺织纤维鉴别试验方法  红外吸收光谱鉴别方法》，应用傅立叶红外吸收光谱仪对PLA纤维进行扫描，得到谱图见图3。     从图3可见，在(1 750～1 735)／cm附近有1个强吸收峰，在1 300／cm～1 000／cm附近有2个强吸收峰，表明该物质具有酯类特征的吸收峰，属家族。同时，在2 800／cm～3 000／cm波段出现了不饱和碳氢键的特征峰。由此可以分析出PLA纤维分子的结构。 3 定性鉴别程序 3．1  外观     纤维(短纤或长丝)的外形与合成纤维类似，有光滑透明的质感，纤维本身不能延伸l倍以上(自身的伸长率24％～40 9／5)；织物悬垂性好，抗皱性好，手感干爽、且柔软滑润；光泽似绸缎，华丽美观。 3．2 燃烧实验     燃烧时无烟(区别于合成化学纤维)，红蓝色火苗，淡淡的香甜味(区别于天然纤维)，残留物呈很脆的黑色块状(区别于纤维素纤维)。 3．3 显微镜观察     一般不需要制成横截面切片。     在显微镜下，PLA纤维纵面呈透明的圆柱状，有中腔(黑影部分)。 3．4  溶解实验     由以上3个步骤基本能判断它是非天然类纤维、非纤维素类纤维。在此基础上再进行如下步骤的溶解实验，作进一步的判定。 3．4．1  将试样放入88％甲酸试剂中，常温，振荡1min，不溶，则可排除醋酯、锦纶和维纶纤维。 3．4．2  将试样放入5％氢氧化钠溶液中，煮沸5min，溶解，溶液清晰透明，则可排除腈纶、、丙纶、乙纶、氯纶和氨纶纤维。 3．4．3  将试样放入99％的冰醋酸试剂中，煮沸3min，溶解，溶液清晰透明，遇水变白色浑浊液。进一步排除天然类纤维和纤维素类纤维。     以上溶解步骤中只进行3．4．1与3．4．2或3．4．1与3．4．3两步就可以确认该样品是PLA纤维，加另一步骤系进一步的确认。但只进行3．4．2与3．4．3两步就判定该样品是PLA纤维是有错判风险的，因为二醋酯纤维溶于99％的冰醋酸试剂，并在煮沸5％氢氧化钠溶液中部分溶解，且呈透明状。建议鉴定时最好按以上3个步骤进行。 4  结论     通过对PLA纤维一系列的试验表明，采用傅立叶红外吸收光谱的方法准确性高，但费用高。     本文最终制定了以燃烧实验、显微镜观察及其溶解性能的实验为主要内容的PLA纤维的定性鉴别方法和程序。该方法程序不需要大型设备，简便可靠，易于推广，并可以为进出口的PLA原料及其产品的成分鉴别提供客观的检验依据。