滌綸筒子紗染色過程中白色粉末的分析

劉 燮，王孟澤，陳迎春，李 兵，江立文，陳夢夢

（1.浙江傳化功能新材料，浙江 杭州 310000；2.傳化智聯股份有限公司，浙江 杭州 311215）

滌綸色紗廣泛應用于各種紡織品和服裝面料，其主要生產方式是筒子紗染色。但滌綸筒子紗在染色過程中容易產生白色粉末，該物質容易引起染料、油劑富集，進而粘附在纖維表面，導致色點、色花等瑕疵；此外還容易沉積在設備上，容易形成難以去除、清理的污垢，給生產帶來不便，嚴重影響產品質量［1-3］，染廠一般通過降低染色溫度、高溫排液、堿性染色等［4］手段來解決這些問題。

研究發現，白色粉末主要是低聚物，是聚酯聚合過程和降解過程中產生的副產物，聚合度為2～10，質量分數為1%～3%（對PET 質量），其中環狀三聚體是主要成分，占總低聚物的70%以上［5-6］。

本研究針對滌綸筒子紗工廠取得的“白色粉末”，篩選合適的溶劑，采用氯仿超聲萃取法對其進行定量萃取，運用紅外光譜、薄板層析、DSC、液相色譜-質譜聯用等分析方法對萃取物進行表征，并探討了助劑對其高溫分散性能的影響，旨在為工廠改善低聚物問題提供技術支持。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：白色粉末1#（淺綠色，常熟某筒子紗廠），白色粉末2#（淺灰色，海寧某筒子紗廠）；氯仿、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亞砜（DMSO）、四氫呋喃、甲醇、乙腈、乙醚、丙酮（分析純，西隴科學股份有限公司），層析硅膠（GF245）-薄板（浙江省臺州市路橋四甲生化塑料廠），封口熔點毛細管［100.0 mm×（0.9～1.1）mm，國藥集團化學試劑有限公司］，多功能分散劑TF-252（傳化智聯股份有限公司）。

儀器：KQ-600 型超聲波清洗機（昆山市超聲儀器有限公司），Nicolet IS10 型傅里葉紅外光譜儀（美國熱電公司），6130 型液質聯用儀（美國安捷倫科技有限公司），DSC 型差示掃描量熱儀（美國TA 公司），ZF-1 型三用紫外分析儀［驥輝分析儀器（上海）有限公司］，DLS-6000 型紅外線試色機（DaeLim Star-let有限公司）。

1.2 低聚物的萃取

稱取一定量的樣品，置于15 mL 離心試管中，加入適量的溶劑，置于超聲波清洗機中處理4 h，觀察其溶解現象，篩選合適的溶劑，測定其在溶劑中的質量分數。

1.3 測試

1.3.1 紅外光譜

用KBr 壓片法制樣，用傅里葉紅外光譜儀測試。測試條件：分辨率優于0.4 cm-1，掃描次數為64，掃描范圍為4 000～400 cm-1。

1.3.2 DSC

用DSC 熱分析儀評價樣品的結晶性能，溫度從40 ℃升至330 ℃，升溫速率為20 ℃/min，氮氣保護。

1.3.3 薄板層析

將樣品溶解于氯仿溶液中，用毛細管滴加于薄層板一端的起點上，待干燥后，將薄層板放入密閉的展開劑中展開，薄層板在紫外燈照射下顯色后得到色譜圖。

1.3.4 液相色譜-質譜

液相色譜條件：Bridge?C18 色譜柱（250.0 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相為DMSO；流速為1 mL/min；柱溫為室溫（25 ℃）。

質譜檢測條件：離子源為ESI 源；溫度為350 ℃；干燥氣（N2）的流速為12 L/min；毛細管電壓為3 000 V；正離子方式檢測。

1.3.5 高溫分散性

稱取0.1 g 白色粉末，加入100 mL 水，調節pH 為4～5，加入多功能分散劑TF-252，在紅外染色機中130 ℃運行30 min，降溫至50 ℃，抽濾。評價其在濾紙上的分散狀態，濾紙表面分布越淺且均勻表示去除性越好。

2 結果與討論

2.1 樣品的萃取

2.1.1 樣品在溶劑中的溶解性能

在稱取一定量樣品的試管中加入不同溶劑，超聲振蕩4 h，結果如表1所示。

表1 樣品在不同溶劑中的溶解性能

由表1 可以看出，樣品在氯仿、DMF 和DMSO 中的溶解性能較高。

2.1.2 樣品中低聚物的質量分數

準確稱取0.02 g 1#樣品和2#樣品，分別置于15 mL 離心管中，加入適量的氯仿，超聲振蕩4 h，過濾，烘干。測得氯仿可萃取的質量分數分別是82%和87%。由此可知，采集的樣品大部分可以溶于氯仿。

結合文獻資料［7-8］推測，氯仿溶解的物質可能是環狀三聚體。下面通過一系列方法表征萃取物的化學結構和性質。

2.2 低聚物的表征

2.2.1 紅外光譜

紅外光譜可以分析分子的結構，非常適合用于碳氫有機物的組成與性質測定。樣品的紅外光譜圖見圖1。由圖1 可以看出，1#和2#樣品萃取物的吸收特征峰相似，在1 720 cm-1附近出現了C=O 伸縮振動峰，在1 600～1 450 cm-1內的若干譜帶是由苯環骨架振動引起的吸收峰，在1 258、1 170 cm-1附近出現了酯基中C—O—C 的振動吸收峰，另外在727 cm-1附近出現了單取代苯C—H 變形振動的特征吸收峰，可初步推斷萃取物含有對苯二甲酸乙二醇酯的化學結構［9］。完全一致的紅外譜圖可以說明，不同來源的樣品中含有相同官能團的化學結構。

2.2.2 DSC

在氮氣氣氛下，將氯仿萃取物進行DSC 分析，溫度范圍為30～350 ℃，升溫速率為10 ℃/min，其升溫曲線如圖3 所示。查閱文獻可知，環狀三聚體的熔融吸收峰也在310 ℃附近［10］，由此可進一步推測氯仿萃取物的主要成分是環狀三聚體。

2.2.3 薄層層析

薄層層析法是一種吸附分離法［11］，可根據溶質在展開劑中向前爬行的不同距離將各組分分開，達到分離效果。經一系列溶劑展開劑篩選，在體積比為4∶1 的氯仿/乙醚展開劑中，萃取物基本展開，薄層板在紫外燈照射下顯色。

由圖3 可以看出，1#和2#樣品萃取物展開的色譜圖一致，萃取物有2個組分清晰可見。

2.2.4 液相色譜-質譜

制備1 g/L 萃取物的DMSO 溶液，過0.45 μm 濾膜，用于液相色譜-質譜聯用分析。圖4 是樣品的總離子流圖。

圖5是樣品的質量色譜圖。

由圖4 可以看出，1#和2#樣品萃取物均出現了多個組分，其中離子強度較大的出峰時間大致相同。篩查各組分對應的質量色譜圖，由圖5可以看出，組分2和組分3 對應的高分辨正離子質譜測試值為599［M+Na］+和791［M+Na］+，進而可以推算得到，組分2 和組分3 的相對分子質量為576 和768，與環狀三聚體和環狀四聚體的相對分子質量相符。由此推斷，萃取物組分含有環狀三聚體和環狀四聚體。

2.2.5 分散性

針對生產需要，傳化智聯股份有限公司開發了多功能分散劑TF-252，該產品對低聚物有優異的分散作用。由圖6 可以看出，加入TF-252 的濾紙表面白色粉末分布淺且均勻，表示TF-252 對酸析物的分散性好。TF-252 具有良好的市場前景，已在多家滌綸筒子紗廠應用，染廠普遍反映使用該產品對低聚物去除效果明顯，可以有效改善白粉問題。

3 結論

對滌綸筒子紗白色粉末的一系列研究發現，該物質在氯仿溶劑中溶解度較高。對萃取物的紅外光譜、薄板層析、DSC、液相色譜-質譜進行分析可以得出，白色粉末主要組分是環狀三聚體和環狀四聚體。分散劑TF-252對低聚物有優異的分散效果。