化纤油剂的剖析方法

化纤油剂的剖析方法

摘要：化纤油剂主要由表面活性剂复配而成，用于防止静电、提高纤维抱合力、改善手感及使用性能等，是纤维生产和加工过程中不可缺少的助剂之一．介绍了表面活性剂的分类(阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型和混合型表面活性剂)、定性鉴定[酸化法、染料指示剂法、沉淀法(鉴别非离子表面活性剂)、纸层析显色法、水解系统分析法]、分离(萃取法、离子交换法、色谱法)和结构分析[紫外光谱法(UV)、红外光谱法(IR)、核磁共振光谱法(NMR)、质谱法(MS)]．

关键词：化纤油剂；表面活性剂；剖析方法

合成纤维[1]是由煤、石油、天然气中提炼出来低分子化合物经聚合而成的高分子化合物产品，它湿性小，导电性差，摩擦系数大且本身不含脂肪类化合物，因此，在纺丝加工过程中丝条易滑落，散乱，造成毛丝、废丝．为此，需要在纺丝和卷绕筒管之间用油剂处理，在其表面形成一层油膜，增加纤维间的抱合力和平滑性，降低纤维与机械之间的摩擦系数，减少静电的产生，增加可纺性，提高纺丝效率和保护纤维质量．化纤油剂[2]主要由多种表面活性剂复配而成，是一种增强表面活性的物质．随着科学技术的迅猛发展，现了多种特殊性能的化纤油剂，为了提高油剂的综合性能，对市售性能良好的油剂做剖析，从中获得一些有用的信息．

1 化纤油剂的组成

化纤油剂的主要成分[3]包括平滑剂、乳化剂、抗静电剂，还可根据纤维的不同用途添加其他成分，如抗氧剂、防霉剂、防锈剂、消泡剂、与橡胶附着的促进剂、有机溶剂和水等以形成各种用途的油剂．

1．1 平滑剂

纤维在加工过程中产生的摩擦会影响纤维之间的抱合力，使丝束松散、起毛，产生断裂、静电等现象．吸附一层平滑剂后，可使摩擦发生在互相滑动的憎水基之间，因此会获得柔软效果．憎水基越长，越容易滑动，摩擦就越小，碳原子数为

16～18时效果最佳．平滑剂一般为矿物油、高级醇类、聚氧化乙烯类、多元醇类等非离子表面活性剂．w (平滑剂)为

40％～60％(对油剂质量)．

1．2 乳化剂

化纤油剂中有些成分不溶于水，上油操作不方便需要加入一些乳化剂，配成乳状液，以降低两界面之间的张力，促使溶液稳定，便于纤维上油．化纤油剂一般为水包油型，因此，乳化剂HLB值要求在7～1

8，w（乳化剂)为3O％(对油剂质量)左右．[5]

1．3 抗静电剂

化纤油剂的抗静电原理与其在纤维表面的吸附方式有关：疏水基吸附在纤维表面，亲水基趋向空气而形成一层亲水性膜，从而使其难以产生静电．同时亲水膜吸收空气中的水分形成水层，产生的静电易于传递到大气中去，起到抗静电作用．w

(抗静电剂)为5％～20％(对油剂质量)

2 表面活性剂

化纤油剂中的平滑剂、抗静电剂和乳化剂大部分是表面活性剂，因此，化纤油剂的剖析主要是对表面活性剂的剖析．表面活性剂是这样一种物质嘲，加入很少量即能显著降低溶剂(一般为水)的表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等作用(或反作用)，不同表面活性剂复配可比较全面地满足油剂的使用要求，是油剂的组成主体．表面活性剂分子由两部分组成，一部分为亲水基(极性部分)，另一部分为疏水基(非极性部分／亲油基)．

2．1 表面活性剂的分类

表面活性剂分类方法很多[7]，按其在水中生成的离子种类可分为：(1)阴离子型，极性基带负电，主要有羧酸盐(RCOO-M+)、磺酸盐(RSO3M+)、硫酸酯盐(ROS03 -M+)、磷酸盐(ROPO3-M+)等．其中R为烷基，M主要为碱金属和铵(胺)离子；(2)阳离子型，极性基带正电，主要有季铵盐(NR4+A-)、烷基吡啶(RC

HsNs+A-)盐、胺盐(R nHm+

A-,m+n=4，其中m=l～3,n=l～3)等．其中

A主要为卤素和酸根离子；(3)两性型，分子中带有两个亲水基团，一个带正电，一个带负电．其中的正电性基团主要是氨基和季铵基，负电性基团则主要是羧基和磺酸基．如甜菜碱

RN+ (CH3) CH2 CO0-；(4)非离子型，极性基不带电，主要有聚氧乙烯类化合物[RO(C2H4 On)

H]、多元醇类化合物(如蔗糖、山梨糖醇、甘油、乙二醇等衍生物)、亚砜类化合物(RSOR’)、氧化胺(RNO)等；(5)混合型，此类表面活性剂分子中带有两种亲水基团，一个带电，一个不带电．如醇醚硫酸盐

R(OC2H4)nSO4Na．

2．2 表面活性剂的定性鉴定

定性鉴定[8]是对表面活性剂样品进行初步检验，确定可能存在的表面活性剂种类，为进一步进行结构及定量分析提供依据．

表面活性剂的初步鉴定[9]一般是利用染料的颜色变化、溶剂萃取、产生沉淀或浑浊的办法来进行观察，其主要方法有酸化法、染料指示剂法、沉淀法、纸层析显色法和水解系统分析法等．

2．2．1 酸化法

将样品水溶液搅拌起泡后酸化，若泡沫消失并产生沉淀，说明样品可能含脂肪酸盐表面活性剂；若泡沫不消失，说明样品含其他表面涪眭剂．

2．2．1 酸化法

将样品水溶液搅拌起泡后酸化，若泡沫消失并产生沉淀，说明样品可能含脂肪酸盐表面活性剂；若泡沫不消失，说明样品含其他表面涪眭剂．

2．2．2 染料指示剂法

①亚甲蓝一氯仿法

原理：亚甲蓝属阳离子型染料，与阴离子表面活性剂形成能溶于氯仿的络合物，使溶剂着色而亚甲蓝与阳离子或非离子型表面活性剂均无此反应，不能使溶剂着色，染料仍存在于水溶液中．

分析鉴定：将0．03 g亚甲蓝溶于100 mL水中，吸出30mL放在 1 000mL容量瓶中，加入

500mL水、6．8 mL浓硫酸和50 g磷酸二氢钠(NaH2P04’H2 O)，摇动到完全溶解后稀释至1

000 mL，配成亚甲蓝溶液．

量取 5 mL 1％(对水质量)试样水溶液于25 mL具塞试管中，加入10 mL亚甲蓝溶液和5mL氯仿，充分振摇后静置，观察两层颜色：如果氯仿层呈蓝色，水层(上层)相对无色，表示样品中含有阴离子表面活性剂如果氯仿层无色，水层(上层)呈蓝色，加入少量0．2％(对水质量)十二烷基硫酸钠，若情况不变，表示样品中含有阳离子表面活性剂；若颜色转移到氯仿层中，则可能存在非离子表面活性剂．

②溴酚蓝法(鉴别阳离子表面活性剂)

原理：溴酚蓝属于阴离子型染料，能与季铵基等阳离子活性基团形成络合物，由于阳离子表面活性剂能被纸纤维素所吸附，因此对染料起固色作用，而使纤维间形成色斑，不易被水洗去．

②溴酚蓝法(鉴别阳离子表面活性剂)

原理：溴酚蓝属于阴离子型染料，能与季铵基等阳离子活性基团形成络合物，由于阳离子表面活性剂能被纸纤维素所吸附，因此对染料起固色作用，而使纤维间形成色斑，不易被水洗去．

分析鉴定：制备5O％(对水质量)的待测样品水溶液，取1～2滴滴于定量滤纸上，再加

1～2滴溴酚蓝试剂[O．O4％(对水质量)水溶液]于所形成的斑点上，放置1

min后，用蒸馏水洗涤．如蓝色斑点不被洗去，则表示样品中含有阳离子表面活性剂．2．2．3 沉淀法(鉴别非离子表面活性剂)