浅谈醋青纤维与腈纶的鉴别方法

1 引言

纺织行业大力发展的同时，对于多功能合成纤维的性能要求也越来越多，其中腈纶以其出色的柔软、蓬松特性成为需求第三高的合成纤维。目前我国对于腈纶有多种改性产品，如阻燃腈纶、超细腈纶、吸湿腈纶等。针对腈纶的难以降解特性，吉林奇峰将分子级别的醋酸纤维素添加到聚丙烯腈分子主链上，获得了一种全新的环保纤维——醋青纤维[1-3]。醋青纤维既保持了腈纶的柔软度、耐磨性、高强度，又获得了防静电、好降解及较好的吸湿特性，是一种革命性的新型纤维，突破了纤维混纺只能在纺纱阶段进行物理混合的桎梏，达到了很好的功能搭配，是合成纤维的又一重大突破，必将推动新型面料的发展[4]。

目前，国内外对于醋青纤维的基本性能，尤其是力学性能有了一定研究。本文在此基础之上，从醋青纤维微观截面观察、燃烧特性、回潮率、化学溶解性能以及热稳定性等方法出发，对醋青纤维和腈纶进行对比分析，为制定系统的醋青纤维定性标准提供数据。

2 试验

2.1 原料

醋青散纤维，白色，如有需要可进行前处理。

2.2 截面观察方法

按FZ/T 01057.3—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第3部分：显微镜法》进行操作。

2.3 燃烧现象方法

按FZ/T 01057.2—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第2部分：燃烧法》进行操作。

2.4 回潮率测试方法

按照标准GB/T 650—2008《化学纤维回潮率试验方法》进行试验，测定醋青纤维的回潮率。

2.5 化学溶解方法

按FZ/T 01057.4—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第4部分：溶解法》进行操作。

2.6 热失重试验(TG)、差示扫描量热仪 (DSC) 方法

热重分析仪TG 4000 (Perkinelmer)的试验参数如下：氮气保护流速为20mL/min，升温速率为10℃/min，升温范围为25℃～800℃。仪器清零后将经过前处理的干燥样品放入坩埚，待天平数据稳定后开始升温。热分析所用仪器为DSC 8000 (Perkinelmer)。试验温度范围为50℃～300℃，升温速率为30℃/min，观察样品的熔点。取约4mg～6mg的醋青纤维，干燥后在热重分析仪先称重，记录重量后进行压片并置于仪器的加热器。

2.7 热裂解法

仪器型号为PY2020is(Frontier)，热裂解温度设定为500℃，分析裂解的瞬间分解残留物来研究醋青的分子组成。

3 试验结果

3.1 截面观察法

图1为醋青纤维的纵截面。醋青纤维是聚丙烯腈与醋酸反应得到的衍生物，纵向截图表面光滑且有明显的沟槽条纹，与腈纶非常相似，因而仅凭显微镜法不能定性出醋青纤维，仅能判断为腈纶或改性腈纶大类。这可能是由于醋青纤维的生产工艺造成的。另外通过纵向截图还可以观察到，醋青纤维呈近圆柱状，纤维与纤维之间在聚集时依然能有间隙，使得腈纶本身柔软蓬松的特点得到保持。

图1 醋青纤维的纵截面图

3.2 燃烧现象

表 1为醋青纤维的燃烧现象表。醋青纤维的燃烧现象与腈纶类似，燃烧速度很快并且伴有冒黑烟，发出蓝色光的现象。燃烧气味与腈纶有明显区别，除了一般腈纶燃烧发出的辛辣味，能闻到淡淡的醋味，通过这一点经验丰富的试验人员可以区分出腈纶和醋青纤维，做出准确判断。

表1 醋青的燃烧现象

3.3 回潮率对比

回潮率主要用来表示纤维在标准状态下的吸湿能力，国内外不同标准下的回潮率时常有差别，一般国标认为腈纶的回潮率为2.0%。通过试验数据可知醋青纤维的回潮率为2.4% ，比一般腈纶要高，这是由于醋青纤维的回潮率为7.0%，吸湿性好于一般腈纶，将醋酸分子引入到聚丙烯腈分子结构中能改善腈纶的吸湿性能，表现为回潮率值提高。

通过回潮率也能分别出腈纶和醋青纤维，不过回潮率法耗时较长，也不在FZ/T 01057—2007标准（定性分析）系列定性方法中，一般不作为定性方法，仅供佐证。

3.4 化学溶解性能

表2为醋青纤维的溶解性质，许多改性腈纶，如腈纶存在不能完全溶解于75%硫酸的现象，醋青纤维能溶解于室温下的75%硫酸。溶解表中比较注目的在于88%甲酸、苯酚/四氯乙烷溶剂加热中，醋青纤维出现结块现象，这可能是因为接触试剂的部分醋青纤维与试剂反应出现溶胀现象，进而增大表面积，表面的醋青纤维将未接触到试剂的部分包裹，里面的纤维无法溶解呈现结块现象。要区分醋青纤维与腈纶，可以从这两种试剂出发，观察沸腾状态下的纤维状态，鉴别出两种纤维。

3.5 纤维的热性能分析-TG&DSC

图2 醋青纤维的TG曲线图

图2为醋青纤维的TG曲线图，反映了整个试验范围内醋青纤维的物相变化。通过切线法可知醋青纤维的起始分解温度为332.30℃，在341.31℃纤维的分解速率达到最大值，此时醋青纤维的分子链断裂分解成小分子或者其他气体，质量急剧下降。到700℃时残重量为2.277mg，残重率约为38%。在加热过程中，醋青纤维非常容易分解成其他物质，在450℃时失重率可到91%，因此在腈纶基中引入醋青纤维分子会降低其热稳定性，体现在初始分解温度提前，降低残重率，提高分解速率等，通过这一点也可以辅助鉴别腈纶与醋青纤维。

图3 醋青、腈纶的DSC曲线图

表2 醋青纤维的化学溶解性能表

图3为醋青纤维、腈纶的DSC曲线图，在整个试验范围内两种纤维均不出现熔点，这是因为加热过程两种纤维的分子链段无法整齐排布，不是晶态结构。事实上醋青纤维在这个温度范围内加热也不会出现熔点，因而通过DSC难以区分腈纶、醋青纤维和醋酸纤维。

3.6 热裂解谱图及分

图4 醋青纤维的热裂解时间为7.895min、5.818min的荷质比图

图4为醋青纤维的热裂解瞬间荷质比图，在扫描时间为7.895min时通过荷质比，与谱图对比可知生成3-Hexenedinitrile，分子结构如图右上方，即为聚丙烯腈-[-CH2CH(CN)-]-n 的分解碎片，这是腈纶分解的产物。在扫描时间为5.818min时，出现了碎片2-Furancarboxaldehyde, 5-methyl-，这是醋酸纤维分解以后的产物。因此通过热裂解瞬间荷质比图可以清楚地判断出，醋青纤维是由腈纶与醋酸纤维反应得到的。这一点可以作为区分腈纶与醋青纤维的方法。

4 结论

本文主要研究了醋青纤维的基本性能，通过外观观察及显微镜图谱难以区别出腈纶与醋青纤维。不过试验表明，通过结合回潮率法、化学溶解性能以及热裂解法，能够准确地鉴别出两种纤维。然而对于两种纤维的混纺织物的定量分析，仍需要进一步研究。