Identifizierungsmethoden für synthetische Fasern- Jiaxing Fuda Chemical Fiber Factory

Gewöhnliche synthetische Fasern beziehen sich hauptsächlich auf die sechs traditionellen Fasern, nämlich Polyester, Nylon, Acryl, Polypropylen, Vinylon und Chloropren. Auch Spandex als häufig verwendetes elastisches Filament ist weit verbreitet.

1. Die Morphologie und Struktur verschiedener synthetischer Fasern

Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung verschiedener synthetischer Fasern variieren auch deren Spinn- und Formungsmethoden. Die Spinn- und Formungsmethoden haben einen erheblichen Einfluss auf die Morphologie und Struktur der Fasern.

Das Schmelzspinnen wird für Polyester-, Nylon- und Polypropylenfasern verwendet. Die meisten Acrylfasern, Vinylon-Stapelfasern und chlorierten Fasern werden nass gesponnen; Spandex-, etwas Vinylon- und Acrylfasern werden trocken geschleudert. Beim Schmelzspinnen wird das geschmolzene Polymer durch das Spinndüsenloch herausgedrückt und an der Luft abgekühlt und verfestigt. Der Faserquerschnitt hängt von der Form des Spinndüsenlochs ab und der herkömmliche Querschnitt ist kreisförmig. Die nassgesponnenen Seidenstreifen verfestigen sich in Lösung aufgrund der Lösungsmittelausfällung und weisen einen meist nicht kreisförmigen Querschnitt und eine offensichtliche Hautkernstruktur auf. Die morphologischen Eigenschaften üblicher synthetischer Fasern in Längsrichtung und im Querschnitt sind in Tabelle 6-1 und Abbildungen 6-1-4 dargestellt.

2. Verbrennungseigenschaften verschiedener synthetischer Fasern

Bei der Verwendung der Verbrennungsmethode zur Identifizierung von Fasern ist es wichtig, sich auf die Beobachtung des Zustands der Fasern zu konzentrieren, wenn sie sich der Flamme nähern, mit ihr in Berührung kommen und sie verlassen, und auf den Geruch zu achten, der bei der Verbrennung entsteht, sowie auf die Eigenschaften der Rückstände nach der Verbrennung. Die Verbrennungseigenschaften häufig verwendeter synthetischer Fasern sind in Tabelle 6-2 dargestellt.

3. Chemische Löslichkeitsleistung verschiedener synthetischer Fasern

Die Stabilität verschiedener Fasermaterialien gegenüber chemischen Reagenzien wie Säuren, Laugen und organischen Lösungsmitteln ist unterschiedlich. Die Löslichkeit häufig verwendeter synthetischer Fasern ist in Tabelle 6-3 dargestellt.

4. Schmelzpunkt verschiedener synthetischer Fasern

Die Temperatur, bei der die Kristalle in einem Polymer vollständig verschwinden, also die Temperatur, bei der die Kristalle schmelzen, wird als Schmelzpunkt bezeichnet. Synthetische Fasern unterliegen bei hohen Temperaturen einer Veränderung der intermolekularen Bindungsstruktur, wobei sie zunächst erweichen und dann schmelzen. Die meisten synthetischen Fasern haben keine genauen Schmelzpunkte wie reine Kristalle, und dieselbe Faser kann aufgrund unterschiedlicher Hersteller oder Chargennummern unterschiedliche Schmelzpunkte haben. Allerdings sind die Schmelzpunkte derselben Faserart innerhalb eines relativ engen Bereichs festgelegt, der die Art der Faser bestimmen kann. Natürliche Zellulosefasern, regenerierte Zellulosefasern und Proteinfasern schmelzen aufgrund ihres über dem Zersetzungspunkt liegenden Schmelzpunkts bei hohen Temperaturen nicht und zersetzen oder karbonisieren nicht.

Die Schmelzpunktmethode ist im Allgemeinen zur Identifizierung synthetischer Fasern mit offensichtlichen Schmelzpunkteigenschaften anwendbar, jedoch nicht für natürliche Zellulosefasern, regenerierte Zellulosefasern und Proteinfasern. Im Allgemeinen wird es nicht als separates Mittel zur qualitativen Identifizierung verwendet, sondern kann als ergänzende Methode zur Bestätigung auf der Grundlage anderer Identifizierungsmethoden verwendet werden.

Beobachtung der Temperatur des Faseraussterbens unter einem Schmelzpunktmessgerät oder einem Polarisationsmikroskop mit Heiz- und Temperaturmessgeräten zur Bestimmung des Schmelzpunkts von Fasern, um den Fasertyp zu identifizieren. Insbesondere bei synthetischen Fasern wie Polyester, Nylon und Polypropylen sind ihre morphologischen Eigenschaften in Längs- und Querschnitt sowie ihre Verbrennungsleistung sehr ähnlich, und die Verwendung der Schmelzpunktmethode zur Identifizierung bietet erhebliche Vorteile. Die Schmelzpunkte der wichtigsten synthetischen Fasern sind in Tabelle 6-4 aufgeführt.

5. Infrarotspektren üblicher Fasern

Die Erforschung der Infrarotspektroskopie (IR) begann im frühen 20. Jahrhundert, als Wissenschaftler Infrarotspektren von über 100 organischen Verbindungen veröffentlicht hatten und damit ein leistungsstarkes Mittel zur Identifizierung unbekannter Verbindungen darstellten. Nach den 1970er Jahren gelangte die experimentelle Technologie der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) auf der Grundlage der Entwicklung der elektronischen Computertechnologie in die Labore moderner Chemiker und wurde zu einem wichtigen Werkzeug für die Strukturanalyse.

(1) Die Grundprinzipien der Infrarotspektroskopie

Wenn ein Infrarotlichtstrahl mit kontinuierlichen Wellenlängen auf die getestete Probe gestrahlt wird und die Schwingungs- oder Rotationsfrequenz einer bestimmten Gruppe im Substanzmolekül mit der Frequenz des Infrarotlichts übereinstimmt, weicht die absorbierte Energie des Moleküls von der ursprünglichen ab vom kinetischen Energieniveau der Grundzustandsschwingung (Rotation) zum kinetischen Energieniveau der Schwingung (Rotation) mit höherer Energie. Nachdem das Molekül die Strahlungsenergie des Infrarotlichts absorbiert hat, kommt es zu einem Übergang der Vibrations- und Rotationsenergieniveaus, und das Licht dieser Wellenlänge wird von der Substanz absorbiert. Zeichnen Sie die Absorption von Infrarotlicht durch Moleküle mit einem Instrument auf, um ein Infrarotspektrogramm zu erhalten. Bei der Infrarotspektroskopie handelt es sich daher um die Analyse der Faserstruktur anhand der Absorptionseigenschaften von Substanzen gegenüber Infrarotlicht. Jede charakteristische Absorptionsbande im Spektrum enthält Informationen über Molekülgruppen und Bindungen der Probe, und verschiedene Substanzen weisen unterschiedliche Infrarotabsorptionsspektren auf.

Infrarotspektrogramme verwenden typischerweise Wellenlänge (λ) oder Wellenzahl (σ). Die horizontale Achse stellt die Position des Absorptionspeaks dar, und die vertikale Achse stellt die Absorptionsintensität unter Verwendung von Transmissionsgrad (T %) oder Absorptionsgrad (A) dar.

(2) Zonierung der Infrarotspektroskopie

Der Wellenlängenbereich des Infrarotspektrums beträgt etwa 0,75 bis 1000 μM. Das Infrarotspektrum wird normalerweise in drei Bereiche unterteilt: Nahinfrarotbereich, Mittelinfrarotbereich und Ferninfrarotbereich. Die Beziehung zwischen Wellenlänge und Wellenzahl ist in Tabelle 6-5 dargestellt.

Rotationsspektren und Schwingungsspektren bestimmter Gruppen. Aufgrund der Tatsache, dass die grundlegenden Absorptionsbanden der meisten organischen und anorganischen Substanzen im mittleren Infrarotbereich liegen, ist der mittlere Infrarotbereich der am meisten untersuchte und angewandte Bereich, und die allgemein als Infrarotspektroskopie bezeichnete Region bezieht sich auf das mittlere Infrarotspektrum.

Je nach Quelle des Absorptionspeaks kann das mittlere Infrarotspektrum grob in zwei Bereiche unterteilt werden: den charakteristischen Frequenzbereich und den Fingerabdruckbereich.

① Charakteristischer Frequenzbereich (4000-1300 cm-1): Die Absorptionsspitzen im charakteristischen Frequenzbereich werden hauptsächlich durch die Streckschwingung der Funktionsgruppen erzeugt, wobei es sich um eine geringe Anzahl, aber starke charakteristische Spitzen handelt. Daher sind sie bei der Gruppenidentifikationsarbeit sehr wertvoll und werden hauptsächlich zur Identifizierung funktioneller Gruppen verwendet. Beispielsweise weisen Carbonylgruppen, egal ob in Verbindungen wie Ketonen, Säuren, Estern oder Amiden, immer eine Streckschwingung von 5,9 μ auf. Ein starker Absorptionspeak erscheint um m herum, wie in Abbildung 5.9 des Spektrums μ dargestellt Liegt der Absorptionspeak um m herum, kann grob festgestellt werden, dass das Molekül Carbonylgruppen enthält.

② Fingerabdruckbereich (1300–400 cm2): Mehrere und komplexe Peaks ohne starke Eigenschaften, die hauptsächlich durch die Vibration einiger Einzelbindungen C-O, C-N, C-H, O-H und anderer funktioneller Gruppen erzeugt werden. Wenn sich die Molekülstruktur geringfügig unterscheidet, gibt es in diesem Bereich geringfügige Unterschiede in der Absorption. In dieser Situation hat jeder Mensch unterschiedliche Fingerabdrücke, weshalb dieser Bereich als Fingerabdruckbereich bezeichnet wird. Der Fingerabdruckbereich ist sehr hilfreich, um Verbindungen mit ähnlichen Strukturen zu unterscheiden.

(3) Infrarotspektren üblicher Fasern

Die charakteristischen Gruppen polymerer Substanzen weisen im Infrarotspektrum drei Hauptmerkmale auf: die Position und Intensität des Absorptionspeaks sowie die Form des Absorptionspeaks. Es gibt erhebliche Unterschiede in den Infrarotspektren verschiedener Substanzen, und dieses Prinzip kann zur Identifizierung von Textilfasern genutzt werden.

Beim Einsatz der Infrarotspektroskopie zur Identifizierung von Textilfasern gibt es zwei Hauptverfahren: „Spektrummessung“ und „Spektrumablesung“. Bei der Spektralmessung handelt es sich um die Messung des Infrarotspektrums unbekannter Fasern. Beim Lesen des Spektrums wird das Infrarotspektrum unbekannter Fasern mit dem Standardspektrum bekannter Fasern verglichen und so die Kategorie unbekannter Fasern bestimmt. Die qualitative Analyse von Textilfasern mittels Infrarotspektroskopie zeichnet sich dadurch aus, dass sie schnell und bequem ist, und wird häufig eingesetzt.

Die Infrarotspektren gängiger Textilfasern sind in den Abbildungen 6-5 bis 6-12 dargestellt, und die wichtigsten charakteristischen Absorptionsspektren verschiedener Fasern sind in anderen Referenzmaterialien zu sehen.