PET切片微量水份測試溫度的確定*

李雪梅，薛孝川，鄭建華，黃潔希，林 海

（廣東省化學纖維研究所，廣東 廣州510245）

分析測試

PET切片微量水份測試溫度的確定*

李雪梅，薛孝川，鄭建華，黃潔希，林 海

（廣東省化學纖維研究所，廣東 廣州510245）

采用壓差法測定PET切片干燥后殘存的微量水分，對實驗原理公式進行了推導，對k值進行了標定，通過對不同測試溫度下切片含水率和特性黏度的測定來確定最佳測試溫度。實驗結果表明，190～210℃為對應切片微量含水實驗的測試溫度范圍，其中210℃為最佳溫度，水份測試達到平衡所用時間較短為30 min，且切片的特性黏度仍處于可接受范圍。

聚酯切片；水份測試；壓差法；測試溫度

切片含水對紡絲過程和成品絲的質量都有嚴重的影響[1]，含水量超標可造成紡絲中聚酯大分子水解，可紡性下降，形成氣泡絲，造成毛絲和斷頭，不利于穩態紡絲，而且紡絲過程含水量的差異還易導致成品絲在后續產品中染色不均[2]，因而切片含水率的大小一直是紡絲工藝的一個重要指標。GB/T14190-2008《纖維級聚酯切片 (PET)試驗方法》中提到的水份的試驗方法有重量法和鹵素水分儀法，且兩種測試方法的試驗溫度均為120℃[3]，這對于在實際生產中聚酯切片干燥溫度達到150～170℃的情況下，切片經過干燥，只有微量水分存在（1.5×10-4以下），此時想要測量干燥后切片的含水率大小，國標中的方法并不適用。對此，本文采用壓差法測量 PET切片中微量含水[4-5]，并對實驗溫度的選定進行了詳細探討，為實際生產中干燥后切片含水率的測定提供參考。

1 實驗部分

1.1 試劑與原料

PET切片，RAMA PET-SD2010，半消光，Guangdong IVL PET Polymer Co.Ltd.；高真空硅酯，長城7501，江陰家寶石化；二水鉬酸鈉（Na2MoO4·2H2O），分析純，上海化學試劑廠；苯酚，分析純，上海化學試劑廠；1，1，2，2-四氯乙烷，分析純，上海化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

實驗中涉及的主要儀器設備如表1所示。

表1 主要儀器設備

將一定含水量的切片放入密封真空環境中，通過加熱到一定溫度使切片中的水分完全脫除，脫除的水分在密封真空系統中以水蒸氣的形式存在，使密封真空系統的壓力升高、體積變大，這時可以通過壓力體積的變化來衡量脫除水份的多少。

根據理想氣體狀態方程PV=nRT可以推導得出：

當體積的變化轉化為液柱高度的變化時：△V·=S橫截面·△h

公式 （1）推導得出：

式中，T—實驗溫度，K；R—比例常數，J/（mol·K）；M—水的摩爾質量，g/mol；P1—平衡狀態的壓力，Pa；V1—平衡狀態的體積，mm3；m1—平衡狀態下的水蒸氣質量，g；m—切片的質量，g；w—切片的含水率；△h—液柱平衡前后高度的變化，mm；P0、V0、m0—初始狀態的壓力、體積、水蒸氣質量，密封真空系統中P0、m0取0。

因此，根據式 （3），當k和m已知時，可以根據△h的值算出切片的含水率w。

1.4 微量水分測定儀k值的標定

專項體能訓練中的基礎訓練對網球運動員來說至關重要，只有具備扎實的基礎，才能確保專項體能訓練的順利開展。一般情況下，基礎訓練不需要消耗過多的身體能量，最關鍵的作用是對網球運動員身體的整體狀態進行良好的調整與優化，保證能夠更好地適應后續強度較大的專項體能訓練，有效幫助運動員緩解身體方面所帶來的壓力。因此，想要達到滿意的專項體能訓練效果，就必須要高度重視基礎項目的訓練，在各個訓練階段，按照網球運動員自身實際情況，來實施相應的基礎訓練，將關節的柔韌性盡可能展開，防止運動員在后續訓練中關節出現損傷。

圖1為壓差法微量水分測定儀示意圖，如圖1所示儀器的k值標定[6]步驟如下：接通儀器電源，升溫至210℃恒定；稱取4 mg二水鉬酸鈉 （Na2MoO4·2H2O）于試管中，將試管安裝于儀器右側測量接口D處 （如圖1所示），用真空高溫硅酯涂抹接口處，旋緊試管，確保密封良好；打開閥門A、B，關閉閥門C，打開真空泵，將密閉系統抽真空至麥氏真空表壓力讀數小于40 Pa，然后關閉閥門B，關閉真空泵；記錄硅油U型管左邊刻度的讀數h0；關閉閥門A，慢慢升高加熱箱至沒入試管三分之二；每10 min記錄一次硅油U型管左邊刻度h1（h1-h0=△h），直至刻度穩定，△h最大；慢慢降低加熱箱，打開閥門A，讓U型管兩邊液柱齊平后再打開閥門B，最后緩緩打開閥門C，慢慢往系統中放入空氣；取下試驗完成后的試管，倒出樣品。

圖1 壓差法微量水分測定儀示意圖

用同樣的方法測量8 mg、12 mg、16 mg、20 mg二水鉬酸鈉 （Na2MoO4·2H2O）樣品的△h最大值，二水鉬酸鈉 （Na2MoO4·2H2O）的含水率將以上值代入式（3）中，可以得到 （m·w）相對于△h的直線，直線的斜率即為k值。

1.5 切片中含水率的測定

室溫下分別取6份2 g PET濕切片于試管內，置于150℃烘箱烘2 h；取烘好的裝有PET切片的試管，快速接到涂有高溫硅酯的D端口處，旋緊試管，確保密封良好；然后用與1.4同樣的測試步驟，分別測定實驗溫度為180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃時，U型管液柱每隔10 min的△h值，直至平衡；用1.4中標定所得到的k值，將△h代入式 （3），計算得到不同實驗溫度下測得的PET切片含水率w。

1.6 特性黏度的測定

分別取以上不同實驗溫度下，含水實驗完成后的PET切片，按照GB/T14190-2008 《纖維級聚酯切片 (PET)試驗方法》中提到的特性黏度 （毛細管黏度計）試驗方法[3]，測定含水實驗完成后的PET切片的特性黏度η；為了做對比，取于150℃烘2 h之后的PET切片 （未進行含水實驗的切片），用同樣的方法測特性黏度[η0]。

2 結果與討論

2.1 標定k值的結果

表2為依據1.4的實驗方法，不同質量二水鉬酸鈉所測得的△h值，由二水鉬酸鈉的含水率w=0.14881得到 （m·w），然后依據公式（3）， （m·w）對△h進行直線擬合，所得結果如圖2所示。

表2 不同質量二水鉬酸鈉所測得的△h值

圖2 k值的標定擬合直線

式中，w—切片的含水率；△h—液柱平衡前后高度的變化，mm；m—切片的質量，g。

2.2 切片中含水率的分析

依據1.5的實驗方法和公式 （4），得到PET切片在不同實驗溫度下，所測得的含水率隨時間的變化，結果如圖3所示。

圖2中擬合直線的斜率3.564×10-5即為k值，代入公式 （3）可得切片含水率的計算公式：

圖3 不同實驗溫度下PET切片含水率隨時間的變化平衡曲線

由圖3平衡曲線可以看出，隨著時間的增加，PET切片中脫除的水份逐漸增加，直到某個時間點曲線出現拐點，之后出現兩種情況：（1）180℃、190℃、200℃、210℃實驗溫度下的曲線逐漸趨于平衡，表明PET切片水份的脫除達到某個平衡值，180℃為6.0×10-5，190℃、200℃、210℃為1.05×10-4，而180℃溫度不夠高，并不能使切片中的所有水分完全烘脫出來，這是因為PET切片脫水先是表面和縫隙中較易脫除的自由水，然后才是切片中較難脫除的平衡水；（2）220℃、230℃實驗溫度下，平衡曲線拐點過后曲線出現緩慢升高，意味著PET切片中還在緩慢脫除氣體出來，此時脫除的為高溫引起PET切片發生聚合后釋放的小分子氣體。

因此，初步判斷190～210℃為該實驗中所用型號PET切片微量含水實驗可接受實驗溫度范圍，且210℃為最佳測試溫度。如圖4所示，實驗溫度越高達到平衡所需的時間越短，有利于提高實驗效率，190℃時60 min平衡曲線出現拐點達到平衡含水率1.05×10-4，200℃時40 min平衡曲線出現拐點達到平衡含水率0.97×10-4，210℃時30 min平衡曲線出現拐點達到平衡含水率0.98×10-4，含水率 ±1.0 ×10-5屬于可以接受的誤差范圍。

圖4 190℃、200℃、210℃條件下PET切片含水率隨時間的變化平衡曲線

2.3 切片的黏度變化

為進一步驗證PET切片在上述實驗中不同溫度下水份的脫除，按照1.6所述實驗方法測定其特性黏度，所得結果如圖5所示。

由圖5可以看出，未進行含水實驗的PET切片的特性黏度η0=0.66 dL/g，含水實驗中PET切片在真空下加熱脫除水份后，其特性黏度都有不同程度的增加，且含水實驗溫度越高，特性黏度增加值越大，這是因為溫度越高脫除的水份越多，當溫度升高到210℃時特性黏度增加到0.68 dL/g，比η0=0.66 dL/g增加了0.02 dL/g，達到特性黏度波動可以接受的上線；當溫度升高到220℃、230℃時特性黏度增加到0.7 dL/g和0.72 dL/g，此時特性黏度的增加不僅因為水分的脫除，還因為高溫引起的PET分子的聚合。

圖5 不同溫度含水率實驗后PET切片的特性黏度

因此，再次驗證210℃為該實驗中所用型號PET切片微量含水實驗可接受的最高實驗溫度。

3 結論

190～210℃為實驗中所用型號PET切片微量含水實驗可接受實驗溫度范圍。溫度太小不利于切片中所有水分的脫除，造成測試結果偏小；而溫度太高，切片在脫除水分的同時會因為高溫發生聚合釋放出小分子氣體，造成測試實驗難達到平衡且測試結果偏大。

210℃為實驗中所用型號PET切片微量含水實驗的最佳溫度，此時達到平衡含水量所用時間較短為30 min，且切片的特性黏度仍處于黏度波動可以接受的范圍。

[1] 時文.超高速紡生產滌綸低縮絲的工藝探討 [J].合成技術及應用， 2013，28（1）:37-41.

[2] 李允成，徐心華.滌綸長絲生產[M].第二版.北京:中國紡織出版社，1994:27-29.

[3] 中國紡織工業聯合會.纖維級聚酯切片 (PET)試驗方法:GB/T14190-2008[S].北京:中國國家標準化管理委員會，2008:2-15.

[4] 孫晶，馬靜媛，魏佳.壓差法測定聚酯切片含水率的影響因素 [J].聚酯工業， 2000（2）:48-49.

[5] 姚漢樑.壓差法水分測定 [J].合成纖維，2005，34（1）:15-17.

[6] 王吉,梁軍,張杰.壓差法測定微量水份K值的實驗體會 [J].合成纖維,1997（6）:53-54.

CONFIRM OF THE TESTING TEMPERATURE FOR MICRO MOISTURE CONTENT IN PET CHIP

LI Xue-mei，XUE Xiao-chuan，ZHEN Jian-hua，HUANG Jie-xi，LIN Hai
(Guangdong Province Chemical Fiber Research Institute，Guangzhou Guangdong 510245，China)

Tested the micro moisture of after-drying PET chip by pressure-difference method，deduced the experiment formula，calibrated the k value，confirmed the best testing temperature by moisture-content experiment and intrinsic viscosity experiment.Results show that，190～210℃is the appropriate testing temperature range，among which，210℃ is the best for shorten testing time to 30 min while intrinsic viscosity still keep tolerable.

polyester chip，moisture testing，pressure-difference method，testing temperature.

TQ340.7

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2016.04.007

1672-500X(2016)04-0032-05

2016-11-09

李雪梅 （1987-），女，四川簡陽人，碩士，從事功能性化纖材料的研究工作。

廣東省屬科研機構改革創新領域項目 （2014B070705011）