差示掃描量熱法鑒別PET、PTT和PBT纖維

1、差示掃描量熱法鑒別 PET PTT 和 PBT 纖維1 引言隨著生產(chǎn)技術(shù)和工藝的進(jìn)步， 聚酯纖維家族中聚對苯二甲酸 乙二 酯PET纖維、聚對苯二甲酸丙二酯PTT纖維和聚對苯 二甲酸丁二 酯 PBT 纖維的應(yīng)用日漸增多。 PTT 纖維除具有 PET 纖維的根本特性 之外還具備優(yōu)良的可染性、伸長和回彈性；PBT 纖維強(qiáng)度高、 結(jié)晶速度快， 有極好的伸長彈性回復(fù)率和柔軟易染色的特點。 要鑒別這 3 種聚酯纖維， 以現(xiàn)有的纖維定性分析方法 存在一定困難。 目前檢測機(jī) 構(gòu)針對合成纖維的定性分析手段主要 有溶解法、 熔點法和紅外光譜法。 由于 PET PTT 和 PBT 同屬于 芳香族聚酯，分子結(jié)構(gòu)相似，

2、無法通過 化學(xué)溶解法加以區(qū)分，三 者重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的差異僅僅是亞甲基的數(shù)量 不同， 導(dǎo)致其紅外光 譜也十分相似， 難以通過紅外光譜法加以區(qū)分。 熔點法由于依靠 人工判斷被測纖維是否熔融， 測試結(jié)果存在主觀性， 難以對熔點 接近的 PTT 和 PBT 準(zhǔn)確區(qū)分。差示掃描量熱法 DSC 是使樣品處于程序控制的溫度下， 觀察樣 品和參比物之間的熱流差隨溫度或時間變化的函數(shù)，可精 確測定材料的熔融與結(jié)晶過程、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、反響熱、特征溫度、相轉(zhuǎn)變等特性。本文利用差示掃描量熱法測定并研究了 PET PTT 及 PBT 3 種聚 酯纖維的 DSC 曲線，建立了這 3 種聚酯 纖維的定性鑒別方法。2 試驗局

3、部2.1 儀器耗材及樣品儀器耗材：耐馳 ( Netzsch ) STA449 F3 Jupiter 同步熱分 析儀、 鋁坩堝、高純氮氣、哈氏切片器等。樣品： PET 纖維、 PTT 纖維、 PBT 纖維。2.2 試驗步驟用哈氏切片器將纖維切成粉末狀并稱取3m 5mg 做樣品置于鋁坩堝內(nèi)，以氮氣做保護(hù)氣，流量 20mL/min, 初始溫度為 50C, 以 10 C/min 的速率升溫至 300C 并保持 5min ，記錄樣品的第一 次升溫曲 線。取出裝有樣品的坩堝立即投入冷水中淬冷， 再次以 初始溫度 50C、 10C/min的速率升？刂? 300C，記錄樣品的第二 次升溫曲線。2.3 結(jié)果與討

4、論PET纖維、PTT纖維及PBT纖維的第一次升溫曲線如圖1所示，3 條曲線上都僅有一個熔融吸熱峰，峰值溫度分別為252.9 C、226.2 C及221.5 C?？梢娫谠紭悠返?DSC曲線上，PET 纖維比擬容易通過熔點與其他兩種聚酯纖維區(qū)分開來， 而由 于 PTT 纖維和PBT纖維的熔點接近，彼此相差不到 5C,因此根 據(jù)原始樣品的 DSC 測試結(jié)果并不能很好地對 PTT 纖維和 PBT 纖維 加以區(qū)分。圖 2 為 3 種聚酯纖維經(jīng)過淬冷處理后的第二次升溫曲線。 經(jīng) 過 熔融并淬冷后， PET 纖維及 PTT 纖維的熔融峰值溫度分別為 253.2 C及225.9 C,與淬冷處理前的測試結(jié)果相

5、差不大。而PBT纖維淬冷后熔融峰的峰形發(fā)生了變化，由淬冷前的單峰變?yōu)殡p峰，峰值溫度分別為220.5 C和226.0 C。這種現(xiàn)象一般認(rèn)為是由于PBT纖維經(jīng)過淬冷處理后存在的不夠完善的晶區(qū)熔化-再結(jié)晶或結(jié)晶的重組所導(dǎo)致的多重熔融行為1-2。PBT纖維在上述試驗條件下熔融淬冷后產(chǎn)生熔融雙峰的現(xiàn)象可以作為鑒別 PBT 纖維尤其是區(qū) 分與其熔點接近的PTT 纖維的依據(jù)之一。此外，在第二次升溫過程中， PET 纖維和 PTT 纖維均出現(xiàn)了冷結(jié)晶峰，峰 值溫 度分別為139.0 C和65.3 C,而PBT纖維在測試溫度范圍內(nèi) 未出現(xiàn)冷 結(jié)晶峰。 冷結(jié)晶峰是聚合物中應(yīng)當(dāng)結(jié)晶局部受結(jié)晶溫度 和時間限制未 能完全結(jié)晶， 當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度后未完全 結(jié)晶局部的分子鏈 又具有足夠的運動能力重新排列成新的晶區(qū)， 從而在 DSC 曲線上產(chǎn)生 放熱峰。而由于 PET PTT PBT 的結(jié)晶能 力依次增大 3 ，它們在相同 的淬冷條件下的結(jié)晶完善程度也依 次增高，從而造成了三者冷結(jié)晶峰 的差異。因此，根據(jù)樣品淬冷 后不同的冷結(jié)晶峰也能夠?qū)@ 3 種聚酯 纖維進(jìn)行鑒別。3 結(jié)論試驗說明，通過比擬 PET PTT 及 PBT 聚酯纖維 DSC 圖譜上 各個 熱效應(yīng)峰的峰形、 峰位等特征可以準(zhǔn)確地對它們進(jìn)行定性