1研究背景
目前，在對紡織纖維進行定性分析時，根據(jù)FZ/T01057-2007紡織纖維鑒定試驗方法[1]的規(guī)定，可采用顯微鏡、燃燒、化學(xué)溶解和紅外光譜分析。前三種常規(guī)定性方法都有局限性。其中，顯微鏡法不適合區(qū)分形態(tài)特征不明顯的合成纖維；燃燒法不適用于細分合成纖維、復(fù)合纖維、化學(xué)改性纖維和阻燃纖維；化學(xué)溶解法經(jīng)常使用有毒試劑會損害環(huán)境和人員健康。紅外光譜分析作為一種新的定性檢測方法，更適合判斷合成纖維、復(fù)合纖維和化學(xué)改性纖維，正好彌補了前三種常規(guī)定性方法的不足。為了積累紅外光譜定性分析的檢測經(jīng)驗，提高檢測技術(shù)水平，本研究將對聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯纖維和聚丙烯纖維進行紅外光譜定性試驗。
2試驗
2.1原則和方案。
利用纖維分子結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵與紅外光中基團特征吸收峰的差異，利用紅外光譜儀掃描聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯纖維和聚丙烯纖維，得到相應(yīng)的紅外光譜圖，然后根據(jù)光譜圖上的主要吸收光譜帶和特征頻率識別纖維的類型。根據(jù)來源，紅外光譜圖上的吸收峰可分為官能團區(qū)和指紋區(qū)，在分析圖譜時，主要通過官能團區(qū)的特征峰來識別纖維類型。
2.2標準
根據(jù)FZ/T01057.8-2007《紡織纖維鑒定試驗方法》第8部分：紅外光譜法[2]試驗。
2.3試樣
純聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維樣品，約5cm×5cm、聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維標準襯里、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維由江蘇省出入境檢驗檢疫局紡織工業(yè)產(chǎn)品檢驗中心提供。由于相同規(guī)格的樣品來源不同，紅外光譜圖之間會有一些差異，主要體現(xiàn)在指紋區(qū)域的峰值強度不同，但官能區(qū)域的特征吸收峰值基本相同[3]。
2.4儀器
BokIR-100傅里葉紅外光譜儀(波數(shù)范圍:4000~400cm-1）。
2.5試驗條件。
溫度：20℃，相對濕度：60%（紅外光譜對檢測環(huán)境、樣品和檢測人員的生產(chǎn)技術(shù)要求較高）。建議紅外光譜測試室溫度控制在15~25℃，相對濕度不應(yīng)大于60%。應(yīng)有專門的溫度調(diào)節(jié)和除濕設(shè)備，以確保滿足環(huán)境溫度和濕度檢測的特殊要求）；一般來說，ATR測試可以節(jié)省生產(chǎn)環(huán)節(jié)或?qū)崿F(xiàn)樣品的無損檢測。本試驗采用ATR法。
2.6操作
將樣品放置在儀器樣品架上,啟動掃描程序,記錄4000～400 cm-1波數(shù)范圍的紅外光譜圖,根據(jù)譜圖上的主要吸收譜帶及特征頻率來判斷纖維的種類。
3 結(jié)果與討論
3.1聚酯纖維
在1720 cm-1附近有C=O強吸收峰,在1020、1100和1250 cm-1附近有C—O強吸收峰,在2950、725 cm-1附近有苯環(huán)—CH的明顯吸收峰,其他地方并無明顯吸收峰。結(jié)合分子結(jié)構(gòu)式,從C=O、C—O、—CH這些基團推斷此纖維為聚酯纖維。聚酯纖維的主要特征基團羰基C=O、C—O、—CH在紅外光譜中有明顯吸收峰,鑒別比較容易。但是,要準確區(qū)分聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)有一定難度。
3.2聚酰胺纖維(錦綸)
在1659 cm-1、1545 cm-1兩處同時出現(xiàn)代表酰胺基的強吸收峰,在3260 cm-1處出現(xiàn)—NH的強吸收峰,在1718 cm-1處出現(xiàn)了代表芳香酸羧基中C=O的強吸收峰以及位于3100～2500 cm-1的成氫鍵的—OH伸縮振動,結(jié)合分子結(jié)構(gòu)式推斷此纖維為聚酰胺纖維。由于聚酰胺纖維是大分子主鏈重復(fù)單元中含有酰胺基團的高聚物的總稱,主要品種有錦綸6、錦綸66、錦綸11、錦綸12、錦綸610、錦綸612、錦綸1010等。無論是哪個品種的錦綸,都是聚酰胺類聚合物,因而具有相同的官能團,且官能團的譜圖是一樣的。由于(CH2)n基團的長度不同,指紋區(qū)的譜圖稍有差異,但要準確區(qū)分有一定的難度。由于聚酰胺纖維是吸濕性纖維,含有大量的親水性基團如—OH,—NH2,—CONH—等。這些親水性基團吸附水分子后會影響特征基團的紅外吸收,建議在對其進行紅外光譜測試前進行干燥處理。
3.3聚丙烯腈纖維(腈綸)
在2250 cm-1附近有—CN氰基的強吸收峰,具有特征基團—CN氰基的纖維目前有聚丙烯腈纖維及牛奶纖維兩種,要區(qū)分這兩種纖維,主要看譜圖上是否有代表蛋白質(zhì)纖維的特征基團—NH及C=O引起的強吸收峰。在3300、1650、1250 cm-1附近未出現(xiàn)代表—NH的強吸收峰,在1650 cm-1附近未出現(xiàn)C=O的強吸收峰,因此推斷此纖維為聚丙烯腈纖維,從紅外光譜圖的吸收峰可以很明顯地區(qū)分腈綸、牛奶纖維。
3.4聚乙烯纖維(乙綸)
試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),在2919 cm-1處出現(xiàn)—CH2不對稱伸縮振動,在2851 cm-1處出現(xiàn)—CH2—對稱伸縮振動,在1467 cm-1處出現(xiàn)—CH2—彎曲振動,在725 cm-1處出現(xiàn)—(CH2)n—(n≥4)面內(nèi)搖擺振動,結(jié)合分子結(jié)構(gòu)式,推斷此纖維為聚乙烯纖維。各種類型的聚乙烯紅外光譜非常相似,在結(jié)晶聚乙烯中,720 cm-1處的吸收峰常分裂為雙峰。要用紅外光譜區(qū)分不同類型的聚乙烯,需要用到較厚的薄膜測繪紅外光譜。這些光譜之間的差別反映了聚乙烯結(jié)構(gòu)與線性—CH2—鏈之間的差別,主要表現(xiàn)在1000～870 cm-1的不飽和基團吸收不同、甲基濃度不同以及在800～700 cm-1的支化吸收帶不同。
3.5聚丙烯纖維(丙綸)
在2953 cm-1處有—CH3—不對稱伸縮振動,在2917 cm-1有—CH2—不對稱伸縮振動,在2873 cm-1處有—CH3對稱伸縮振動,在2845 cm-1處有—CH2—對稱伸縮振動,在1459 cm-1有—CH2—彎曲振動,在1377 cm-1有—CH3對稱變形振動,在1156 cm-1處有—CH3面外搖擺振動,在971 cm-1處有—CH3面內(nèi)搖擺振動,結(jié)合分子結(jié)構(gòu)式,推斷此纖維為聚丙烯纖維。聚丙烯可分為無規(guī)聚丙烯和等規(guī)聚丙烯,在1250～830 cm-1區(qū)域出現(xiàn)一系列尖銳的中等強度吸收帶(如1165、998、895、840 cm-1),這些吸收與聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和晶型無關(guān),只與其分子鏈的螺旋狀排列有關(guān)。無規(guī)聚丙烯在1250～830 cm-1區(qū)域則不會出現(xiàn)強吸收帶。在利用紅外光譜法定性聚丙烯纖維時,無需分出具體種類,只需分出大類即可。
3.6建議與對策
在利用紅外光譜法對纖維進行分析時,不要過多依賴譜圖庫,應(yīng)先分析譜圖上的強吸收峰是由哪些化學(xué)基團引起的,再結(jié)合分子結(jié)構(gòu)式得出結(jié)論,在人工解譜的過程中逐漸積累經(jīng)驗。紅外光譜法比較適合合成纖維、牛奶及大豆等復(fù)合蛋白質(zhì)纖維的定性。
4 結(jié)語
運用紅外光譜技術(shù)對常見的幾種合成纖維進行掃描分析,結(jié)果表明:可通過譜圖上強吸收峰出現(xiàn)的位置推斷是何種特征基團引起的,再結(jié)合纖維分子結(jié)構(gòu)式來準確鑒別纖維種類。
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