聚芳砜酰胺纖維混紡產(chǎn)品定量分析方法研究*

劉貴

（1.福建省紡織產(chǎn)品檢測技術重點實驗室，福建 福州 350026；2.福建省纖維檢驗局，福建 福州 350026）

1 引言

聚芳砜酰胺(Polysulfonamide fiber，PSA)，是一種在大分子的主鏈上含有砜基（-SO2-）的芳香族聚酰胺，通常是由等摩爾的4,4'-二氨基二苯砜(DDS)和對苯二甲酰氯(TPC)在溶液縮聚中反應得到。它不僅具有良好的物理機械性能，而且還具有良好的耐熱、難燃、電絕緣、耐腐蝕、耐輻射和尺寸穩(wěn)定性好等特點，尤其在抗熱氧化老化性能上，顯著地超出現(xiàn)有芳香族聚酰胺纖維、芳綸1313和芳綸1414[1]。在改善環(huán)境保護及治理三廢方面，作為200～250 ℃的高溫煙氣過濾材料有著廣泛的應用，同時作為耐熱、防燃、高級別耐高溫的電機絕緣紙的應用也越來越多。目前，學術界對聚芳砜酰胺的研究多集中在纖維的制備和纖維的應用[1-4]領域，國內(nèi)檢驗機構尚沒有一套系統(tǒng)的檢測方法用于聚芳砜酰胺纖維的定量檢測。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，聚芳砜酰胺纖維的應用也將日益廣泛，研究和開發(fā)聚芳砜酰胺纖維與其他纖維的分析檢測技術也顯得日益迫切。

先前的研究在依據(jù)聚芳砜酰胺纖維燃燒、外觀、化學溶解和紅外光譜特性的基礎上，建立了其纖維定性鑒別方法[5]。本文在此基礎上通過聚芳砜酰胺纖維與其他纖維混紡產(chǎn)品的試驗建立了聚芳砜酰胺纖維與其他纖維混紡的定量檢測的化學方法。

2 定性鑒別試驗

2.1 試驗試劑、儀器和樣品

試劑：硫酸、鹽酸、硝酸、次氯酸鈉、氫氧化鈉、甲酸、冰乙酸、硫氰酸鉀、氫氟酸、氫氧化銅、氫氧化銨、N,N-二甲基甲酰胺，丙酮、四氫呋喃、苯酚、四氯化碳、砒碇、1,4-丁內(nèi)酯、二甲亞砜、環(huán)己酮、二氯甲烷、二氧六環(huán)、雙氧水、二甲苯等。以上試劑均為分析純。

儀器：索氏萃取器、恒溫水浴鍋、分析天平（精度為0.0001 g）、具塞三角燒瓶等玻璃器皿。

樣品：聚芳砜酰胺（PSA）纖維長絲，上海特安綸纖維有限公司提供。

2.2 試樣及預處理

將試樣放在索氏萃取器中用乙醚萃取1 h，待試樣中的乙醚揮發(fā)后，把試樣浸入冷水中，浸泡1 h，然后離心脫水、晾干。

2.3 燃燒試驗

PSA纖維靠近火焰時不熔不縮，接觸火焰時熔融燃燒，離開火焰時自滅。燃燒時略帶漿糊的氣味，殘留物特呈黑色焦炭狀。

2.4 顯微鏡觀察

從圖1可以看出，PSA纖維的縱向形態(tài)為表面平滑，有溝槽，橫向形態(tài)接近圓形。

圖1 PSA纖維的縱向和橫向截面圖

2.5 溶解試驗

聚芳砜酰胺纖維在不同試劑中的溶解性能見表1。

2.6 紅外光譜特性

聚芳砜酰胺纖維的紅外吸收光譜圖如圖2所示。1667cm-1處的吸收峰是C=O的伸縮振動峰；1517cm-1處的吸收峰是苯環(huán)骨架伸縮振動吸收峰；1308cm-1和1131cm-1附近兩個較強峰分別屬于砜基的不對稱伸縮振動吸收峰及對稱伸縮振動吸收峰。

表1 聚芳砜酰胺纖維化學溶解性能

圖2 PSA的紅外光譜圖

2.7 定性結論

聚芳砜酰胺纖維定性方法有：燃燒、顯微鏡觀察、溶解、紅外光譜分析。燃燒試驗和顯微鏡觀察都只能初步對纖維類別進行判定，而無法確認具體是那一種，結合化學溶解試驗則基本上可以確認聚芳砜酰胺纖維的存在與否。根據(jù)化纖定性的原則，至少2種或2種以上的方法對其進行確認，同時其化學溶解性能上的獨特性只是限于將其區(qū)別于目前所熟知的纖維，隨著纖維種類的不斷增加，具有相似溶解性能的纖維可能也會不斷涌現(xiàn)。紅外光譜試驗卻可以對該纖維的類別進行進一步的確認。因此，以上4種方法從各種可能的鑒別方法入手，比較全面的研究了聚芳砜酰胺纖維的定性分析方法，完全可以順利實現(xiàn)聚芳砜酰胺纖維的鑒別。

3 定量分析

3.1 聚芳砜酰胺纖維（芳砜綸）與常規(guī)纖維混紡

對常規(guī)纖維而言，根據(jù)表1中聚芳砜酰胺纖維在不同溶劑中的溶解特性，結合GB/T 2910-2009 以及FZ/T 01095-2002 中規(guī)定的測試條件，采用已知量的聚芳砜酰胺纖維與其他纖維進行混紡，并采用標準的方法進行溶解定量試驗。具體的試驗方法如下：

⑴ 聚芳砜酰胺纖維與纖維素纖維（棉、粘纖、萊賽爾、莫代爾等）、氨綸的二組分混紡產(chǎn)品定量分析法——75% 硫酸法。

⑵ 聚芳砜酰胺纖維與蛋白質(zhì)纖維（羊毛、蠶絲、山羊絨等）的二組分混紡產(chǎn)品定量分析法——堿性次氯酸鈉法。

⑶ 聚芳砜酰胺纖維與聚酯纖維的二組分混紡產(chǎn)品定量分析法——苯酚/四氯乙烷法。

⑷ 聚芳砜酰胺纖維與錦綸或維綸的二組分混紡產(chǎn)品定量分析法——20%鹽酸法或80%甲酸法。

采用上述定量測試方法，用已經(jīng)定量的聚芳砜酰胺纖維和其他常規(guī)纖維按照固定的混紡比進行配比并進行測試，對平行試樣和最大誤差進行分析，結果如表2所示。

表2 聚芳砜酰胺纖維（芳砜綸）與常規(guī)纖維混紡定量試驗

3.2 聚芳砜酰胺纖維（PSA）與性能類似纖維混紡

聚芳砜酰胺纖維混紡產(chǎn)品主要用于做煙氣治理的高溫濾料，產(chǎn)品所含的纖維主要有聚芳砜酰胺纖維(PSA)、芳綸(主要為間位芳綸或芳綸1313，即諾梅克斯Nomex)、聚酰亞胺纖維(PI)、聚苯硫醚 (PPS)、聚四氟乙烯纖維(PTFE)及玻璃纖維等，實際應用中往往采用多種纖維配合。對這些類似纖維存在的混紡產(chǎn)品，具體的測試方法如下：

3.2.1 二組分的混紡產(chǎn)品

3.2.1.1 PSA與芳綸的二組分混紡產(chǎn)品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.2 PSA與PI的二組分混紡產(chǎn)品

采用二甲基甲酰胺法或二甲亞砜法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.3 PSA與PPS的二組分混紡產(chǎn)品

采用95%-98% 硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68% 硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.4 PSA與PBO的二組分混紡產(chǎn)品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.5 PSA與PTFE的二組分混紡產(chǎn)品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.6 PSA與玻璃纖維的二組分混紡產(chǎn)品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉，也可以采用氫氟酸將混合物中的玻璃纖維溶解掉。

3.2.2 三組分混紡產(chǎn)品

3.2.2.1 PSA/芳綸/玻璃纖維的三組分混紡產(chǎn)品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，先將混合物中的PSA溶解掉，剩余芳綸和玻璃纖維，然后再用氫氟酸將玻璃纖維溶解掉，剩余芳綸，從而計算出各自纖維的含量。

3.2.2.2 PSA/PI/玻璃纖維的三組分混紡產(chǎn)品

可以采用二甲基甲酰胺法或二甲亞砜法，先將混合物中的PSA溶解掉，剩余PI和玻璃纖維，然后再用氫氟酸將玻璃纖維溶解掉，剩余PI，從而計算出各自纖維的含量。

3.2.2.3 PSA/PPS/玻璃纖維的三組分混紡產(chǎn)品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，先將混合物中的PSA溶解掉，剩余PPS和玻璃纖維，然后再用氫氟酸將玻璃纖維溶解掉，剩余PPS，從而計算出各自纖維的含量。

3.2.2.4 SA/PTFE/玻璃纖維的三組分混紡產(chǎn)品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，先將混合物中的PSA溶解掉，剩余PTFE和玻璃纖維，然后再用氫氟酸將玻璃纖維溶解掉，剩余PTFE，從而計算出各自纖維的含量。

采用上述定量測試方法，利用已經(jīng)定量的聚芳砜酰胺纖維和類似纖維按照固定的混紡比進行配比并進行測試，對平行試樣和最大誤差進行分析，結果如表3所示。

從表2和表3中得知，在不同的試驗條件下，聚芳砜酰胺纖維和其他纖維的混紡測試穩(wěn)定性良好。2名試驗人員的試驗結果誤差沒有超過1%，符合GB/T 2910-2009 標準的要求。而采用其他溶劑溶解混紡物時，平行試驗的穩(wěn)定性能良好，符合定量分析的要求。表2和表3的定量測試結果表明，采用溶解法可以對聚芳砜酰胺纖維與其另外2種纖維交織或混紡產(chǎn)品進行定量分析。

4 結論

本文采用燃燒、顯微鏡觀察、化學溶解、紅外光譜等4種方法，對聚芳砜酰胺纖維進行綜合定性分析，從而實現(xiàn)定性鑒別。在此基礎上，依據(jù)化學溶解特性建立了定量分析法，通過固定配比的聚芳砜酰胺纖維和常規(guī)纖維及相類似纖維混紡樣品測試進行方法驗證。試驗結果表明，平行試驗的穩(wěn)定性能良好，誤差不超過1%，符合定量分析的要求。采用溶解法可以對聚芳砜酰胺纖維與其他纖維交織或混紡產(chǎn)品進行定量分析。

表3 聚芳砜酰胺纖維（芳砜綸）與類似纖維混紡定量試驗