روش های شناسایی الیاف مصنوعی- Jiaxing Fuda Chemical Fiber Factory

الیاف مصنوعی معمولی عمدتاً به شش الیاف سنتی یعنی پلی استر، نایلون، اکریلیک، پلی پروپیلن، وینیلون و کلروپرن اشاره دارد. اسپندکس، به عنوان یک فیلامنت الاستیک متداول، نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

1. مورفولوژی و ساختار الیاف مصنوعی مختلف

با توجه به ترکیبات شیمیایی مختلف الیاف مصنوعی مختلف، روش های ریسندگی و شکل دهی آنها نیز متفاوت است. روش های ریسندگی و شکل دهی تاثیر بسزایی بر مورفولوژی و ساختار الیاف دارند.

ریسندگی مذاب برای الیاف پلی استر، نایلون و پلی پروپیلن استفاده می شود. اکثر الیاف اکریلیک، الیاف اصلی وینیلون و الیاف کلردار به صورت مرطوب ریسیده می شوند. اسپندکس، مقداری وینیلون و الیاف اکریلیک خشک می شوند. در حین ریسندگی مذاب، پلیمر مذاب از طریق سوراخ نخ ریسی به بیرون فشرده می شود و در هوا سرد و جامد می شود. سطح مقطع الیاف مربوط به شکل سوراخ نخ ریسی است و سطح مقطع معمولی دایره ای است. نوارهای ابریشم ریسی شده مرطوب در محلول به دلیل رسوب حلال، با سطح مقطع غیر دایره ای و ساختار هسته پوست آشکار، جامد می شوند. مشخصات مورفولوژیکی طولی و مقطعی الیاف مصنوعی رایج در جدول 6-1 و شکل های 6-1-4 نشان داده شده است.

2. ویژگی های احتراق الیاف مصنوعی مختلف

هنگام استفاده از روش احتراق برای شناسایی الیاف، مهم است که روی مشاهده وضعیت الیاف در هنگام نزدیک شدن، تماس با آنها و ترک شعله تمرکز کنید و به بوی ایجاد شده در حین احتراق و ویژگی های باقیمانده توجه کنید. پس از احتراق مشخصات احتراق الیاف مصنوعی رایج در جدول 6-2 نشان داده شده است.

3. عملکرد حلالیت شیمیایی الیاف مصنوعی مختلف

پایداری مواد الیافی مختلف در برابر معرف‌های شیمیایی مانند اسیدها، قلیاها و حلال‌های آلی متفاوت است. حلالیت الیاف مصنوعی رایج در جدول 6-3 نشان داده شده است.

4. نقطه ذوب الیاف مصنوعی مختلف

دمایی که در آن بلورهای یک پلیمر به طور کامل ناپدید می شوند، یعنی دمایی که در آن بلورها ذوب می شوند، نقطه ذوب نامیده می شود. الیاف مصنوعی در دمای بالا دچار تغییراتی در ساختار پیوند بین مولکولی می شوند، ابتدا نرم می شوند و سپس ذوب می شوند. بیشتر الیاف مصنوعی مانند کریستال های خالص نقطه ذوب دقیقی ندارند و همان الیاف ممکن است به دلیل تولید کنندگان یا شماره دسته های مختلف نقاط ذوب متفاوتی داشته باشد. با این حال، نقطه ذوب همان نوع الیاف در محدوده نسبتاً باریکی ثابت است که می تواند نوع الیاف را تعیین کند. الیاف سلولزی طبیعی، الیاف سلولزی احیا شده و الیاف پروتئینی به دلیل دمای ذوب بالاتر از نقطه تجزیه، در دمای بالا ذوب نمی شوند و تجزیه یا کربن می شوند.

روش نقطه ذوب به طور کلی برای شناسایی الیاف مصنوعی با ویژگی های نقطه ذوب آشکار قابل استفاده است، اما نه برای الیاف سلولز طبیعی، الیاف سلولز بازسازی شده و الیاف پروتئین. به طور کلی، به عنوان یک ابزار جداگانه برای شناسایی کیفی استفاده نمی شود، اما می تواند به عنوان یک روش تکمیلی برای تأیید بر اساس روش های دیگر شناسایی استفاده شود.

مشاهده دمای انقراض الیاف در زیر دستگاه نقطه ذوب یا میکروسکوپ پلاریزه کننده با دستگاه های گرمایشی و اندازه گیری دما جهت تعیین نقطه ذوب الیاف به منظور شناسایی نوع الیاف. به خصوص برای الیاف مصنوعی مانند پلی استر، نایلون و پلی پروپیلن، خصوصیات مورفولوژیکی طولی و مقطعی و عملکرد احتراق آنها بسیار مشابه است و استفاده از روش نقطه ذوب برای شناسایی مزایای قابل توجهی دارد. نقاط ذوب الیاف مصنوعی اصلی در جدول 6-4 نشان داده شده است.

5. طیف مادون قرمز الیاف مشترک

مطالعه طیف‌سنجی فروسرخ (IR) در اوایل قرن بیستم آغاز شد، زمانی که دانشمندان طیف‌های مادون قرمز بیش از 100 ترکیب آلی را منتشر کردند که ابزار قدرتمندی برای شناسایی ترکیبات ناشناخته ارائه می‌کرد. پس از دهه 1970، بر اساس توسعه فناوری رایانه های الکترونیکی، فناوری تجربی طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) وارد آزمایشگاه شیمیدانان مدرن شد و به ابزار مهمی برای تجزیه و تحلیل ساختاری تبدیل شد.

(1) اصول اولیه طیف سنجی مادون قرمز

هنگامی که یک پرتو نور مادون قرمز با طول موج های پیوسته بر روی نمونه آزمایش شده تابیده می شود و فرکانس ارتعاش یا چرخش یک گروه خاص در مولکول ماده با فرکانس نور مادون قرمز برابر است، انرژی جذب شده مولکول از حالت اولیه تغییر می کند. ارتعاش حالت پایه (چرخش) سطح انرژی جنبشی به سطح انرژی جنبشی ارتعاش انرژی بالاتر (چرخش). پس از اینکه مولکول انرژی تابش نور مادون قرمز را جذب کرد، انتقال سطح انرژی ارتعاش و چرخش رخ می دهد و نور در آن طول موج توسط ماده جذب می شود. جذب نور مادون قرمز توسط مولکول ها را با استفاده از ابزاری برای به دست آوردن طیف نگار مادون قرمز ثبت کنید. بنابراین، طیف‌سنجی مادون قرمز، آنالیز ساختار فیبر با استفاده از ویژگی‌های جذب مواد به نور مادون قرمز است. هر باند جذب مشخصه در طیف حاوی اطلاعاتی در مورد گروه‌ها و پیوندهای مولکولی نمونه است و مواد مختلف دارای طیف‌های جذب مادون قرمز متفاوت هستند.

طیف‌نگارهای مادون قرمز معمولاً از طول موج (λ) یا عدد موج (σ) استفاده می‌کنند.

(2) پهنه بندی طیف سنجی مادون قرمز

محدوده طول موج طیف مادون قرمز تقریباً 0.75 تا 1000 میکرومولار است. طیف مادون قرمز معمولاً به سه منطقه تقسیم می شود: منطقه مادون قرمز نزدیک، منطقه مادون قرمز میانی و ناحیه مادون قرمز دور. رابطه بین طول موج و عدد موج در جدول 6-5 نشان داده شده است.

طیف های چرخشی و طیف های ارتعاشی گروه های خاص. با توجه به اینکه باندهای اصلی جذب اکثر مواد آلی و معدنی در ناحیه فروسرخ میانی رخ می‌دهند، ناحیه فروسرخ میانی بیشترین مطالعه و کاربردی‌ترین ناحیه است و طیف‌سنجی فروسرخ که معمولاً به آن طیف‌سنجی فروسرخ می‌گویند به طیف مادون قرمز میانی اشاره دارد.

با توجه به منبع پیک جذب، طیف مادون قرمز میانی را می توان تقریباً به دو منطقه تقسیم کرد: منطقه فرکانس مشخصه و منطقه اثر انگشت.

① محدوده فرکانس مشخصه (4000-1300cm-1): پیک های جذب در محدوده فرکانس مشخصه عمدتاً توسط ارتعاش کششی گروه های عملکردی با تعداد کم اما مشخصه قوی ایجاد می شوند. بنابراین در کار شناسایی گروهی بسیار ارزشمند هستند و عمدتاً برای شناسایی گروه های عملکردی استفاده می شوند. به عنوان مثال، گروه‌های کربونیل، چه در ترکیباتی مانند کتون‌ها، اسیدها، استرها یا آمیدها، همیشه ارتعاش کششی 5.9 μ از خود نشان می‌دهند. اوج جذب قوی در اطراف m ظاهر می‌شود، همانطور که در شکل 5.9 از طیف μ نشان داده شده است. اوج جذب در حدود m، می توان تقریباً تعیین کرد که گروه های کربونیل در مولکول وجود دارد.

② منطقه اثر انگشت (1300-400cm2): قله های متعدد و پیچیده بدون ویژگی های قوی، عمدتاً توسط ارتعاش برخی از پیوندهای C-O، C-N، C-H، O-H و سایر گروه های عملکردی ایجاد می شوند. هنگامی که ساختار مولکولی کمی متفاوت است، تفاوت های ظریفی در جذب در این ناحیه وجود دارد. این وضعیت مانند این است که هر فردی اثر انگشت متفاوتی دارد، از این رو به آن منطقه اثر انگشت می گویند. ناحیه اثر انگشت برای تشخیص ترکیبات با ساختار مشابه بسیار مفید است.

(3) طیف مادون قرمز الیاف مشترک

گروه های مشخصه مواد پلیمری دارای سه ویژگی اصلی در طیف مادون قرمز هستند: موقعیت و شدت پیک جذب و همچنین شکل پیک جذب. تفاوت های قابل توجهی در طیف مادون قرمز مواد مختلف وجود دارد و از این اصل می توان برای شناسایی الیاف نساجی استفاده کرد.

هنگام استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز برای شناسایی الیاف نساجی، دو فرآیند اصلی وجود دارد: «اندازه‌گیری طیف» و «خوانش طیف». اندازه گیری طیفی شامل اندازه گیری طیف مادون قرمز الیاف ناشناخته است. خواندن طیف شامل مقایسه طیف مادون قرمز الیاف ناشناخته با طیف استاندارد الیاف شناخته شده است و در نتیجه دسته الیاف ناشناخته را تعیین می کند. تجزیه و تحلیل کیفی الیاف نساجی با استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز ویژگی‌های سریع و راحت بودن را دارد و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است.

طیف مادون قرمز الیاف نساجی رایج در شکل های 6-5 تا 6-12 نشان داده شده است و طیف جذبی مشخصه اصلی الیاف مختلف در سایر مواد مرجع قابل مشاهده است.