CN102721626A - 一种化学纤维油剂含量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用金属箔盘在萃取法检测化学纤维油剂含量的过程中的应用，具体地，本发明公开了在萃取法检测化学纤维油剂含量过程中，用金属箔盘代替蒸馏烧瓶或者其他玻璃器皿蒸发萃取剂。本发明采用的金属箔盘比玻璃器皿质量轻，大大减少器皿原始质量，由金属箔盘替代玻璃器皿，大幅减少实验操作过程中仪器引起的误差，提高了检测准确性，且金属箔盘价格便宜，易于购买，存取方便、安全。本发明还提供了一种以超声法处理萃取过程的方法，操作简便、快速。

Description

一种化学纤维油剂含量检测方法

技术领域

本发明涉及化学纤维领域，特别涉及在使用脂肪抽提器或超声处理萃取样品时，蒸干萃取剂时采用金属箔盘来降低实验误差提高准确度的技术。

背景技术

在化学纤维生产过程中，上油是一道必不可少的工艺。油剂可以在化学纤维表面均匀成膜，从而使纤维平滑柔软、赋予纤维集束性，在防止纤维内单丝发生粘连或并丝的同时，又能避免生产时因摩擦产生断丝。因此在化学纤维生产时正确测量纤维油剂含量显得十分重要。

依据GB/T 6504-2008化学纤维油剂含量实验方法，在对化学纤维油剂含量进行测试时主要包含四种方法：萃取法、中性皂液洗涤法、光折射率法和核磁共振法。其中由于萃取法测试成本较低，良好的重复性及实验操作简单等优点最为常用，但是萃取法在实验过程中萃取完成后，进行蒸干萃取剂时普遍采用玻璃器皿，由于纤维本身油剂含量比较低，操作过程中看起来微不足道的实验误差，就会大大影响实验准确性，所以应尽量减少实验过程中人为误差和仪器误差带来影响。由于玻璃器皿大多原始质量比较重，并且玻璃仪器不易保存在使用过程中容易破碎，划伤操作人员，存在安全隐患。

为了解决萃取法实验过程中，蒸馏烧瓶或玻璃器皿原始质量较重，影响实验准确性的问题。需要寻找一种质量较轻，容易干燥的材料代替玻璃器皿。

发明内容

本发明的目的是将金属箔盘应用于纤维油剂的含量的测定，以减少纤维油剂收集过程中的实验误差，大幅提高了测量精确度的同时，减少实验人员的安全隐患。

在本发明的第一方面，提供了一种化学纤维的油剂含量的测定方法，其特征在于，包括步骤：

(a)测定带有油剂的待测纤维的干重，计为W1；

(b)用萃取油剂的萃取剂处理待测纤维，从而获得溶解有所述油剂的萃取液；

(c)将所述溶解有油剂的萃取液转移至重量为W2的金属箔盘，去除萃取剂并使得所述油剂残留于所述金属箔盘；

(d)上一步骤的所述金属箔盘进行称重，计为W3；和

(e)基于W1、W2和W3，获得所述纤维的油剂含量。

在另一优选例中，所述的金属箔盘可以为市售获得，包括铝盘、锡盘。

在另一优选例中，所述的金属箔盘质量≤10g，较佳地为≤5g，更佳地为≤4g。

在另一优选例中，所述的待测纤维选自：腈纶、锦纶、碳纤维原丝、聚丙烯腈原丝（PAN原丝）、涤纶、粘胶纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维等。

在另一优选例中，步骤(b)中萃取剂可以为选自下组：酮类溶剂、卤化烃类溶剂、醇类溶剂、脂肪烃类溶剂、醚类溶剂、或其组合。

在另一优选例中，所述的酮类溶剂选自下组：丙酮、丁酮、甲乙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、或其组合；和/或

所述的卤化烃类溶剂选自下组：二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、或其组合；和/或

所述的醇类溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、或其组合；和/或

所述的脂肪烃类溶剂包括戊烷、己烷、辛烷、或其组合；和/或

所述的醚类溶剂包括乙醚。

在另一优选例中，在步骤(b)中，用萃取剂进行萃取处理在脂肪抽提器中进行。

较佳地，所述步骤(b)包括：将待测化学纤维置于含萃取剂的脂肪抽提器，所述脂肪抽提器位于恒温水浴中，在10-80℃抽提1-4小时(更佳地为1.5-2小时)。

在另一优选例中，在步骤(b)中，所述萃取是在超声波处理下进行。

在另一优选例中，所述步骤(b)包括：将化学纤维浸于或置于萃取剂中，并用超声波处理所述浸渍有化学纤维的萃取剂，从而促使油剂与化学纤维解离并溶于所述萃取剂中。

在另一优选例中，超声波处理的频率为16,000-100,000Hz。

在另一优选例中，超声波处理时间为10-60分钟，较佳地为20-50分钟。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，首次意外地发现，待测纤维经过脂肪抽提器的抽提萃取后，以金属箔盘取代玻璃器皿收集含有油剂的萃取剂，能大幅提高油剂含量测定的精确度，且不增加实验难度，并能够减少实验人员的安全隐患。

此外，本发明人还意外地发现，将含有油剂的化学纤维浸没于有机溶剂并用超声波处理，可以极其快速有效地促使油剂完全解离并溶解于有机溶剂，从而大幅缩短化学纤维油剂含量测定时间，可从2-3个多小时缩短至约20分钟。

本发明方法

本发明提供了一种以测定纤维上油剂含量的方法，包括：测定带有油剂的纤维干重W1的步骤，将待测纤维经脂肪抽提器或超声处理法进行萃取抽提的步骤，称取金属箔盘的干重W2和所萃取出油剂与金属箔盘总重W3的步骤，以及基于W1、W2、W3计算油剂含量的步骤。所述方法的主要改进之处在于：将所属待测纤维萃取后，使用金属箔盘取代传统玻璃器皿对含有油剂的萃取剂进行收集，所得出的待测纤维的油剂含量更为精确。

在另一优选例中，所述方法包括步骤：

(a)测定带有油剂的待测纤维的干重，计为W1；

(b)用萃取油剂的萃取剂处理待测纤维，从而获得溶解有所述油剂的萃取液；萃取方法可以为脂肪抽提器萃取，更佳地，将待测化学纤维浸于或置于有机溶剂中，并用超声波处理所述浸渍有待测化学纤维的萃取剂，从而促使油剂与化学纤维解离并溶于所述萃取剂中。

(c)将所述溶解有油剂的萃取液转移至重量为W2的金属箔盘，去除萃取剂并使得所述油剂残留于所述金属箔盘；

(d)上一步骤的所述金属箔盘进行称重，计为W3；和

(e)基于W1、W2和W3，获得所述纤维的油剂含量。

金属箔盘

可用于本发明的金属箔盘没有特别限制，可以是各种不与油剂或萃取剂产生反应的金属箔盘，可以为铝盘、锡盘。在另一优选例中，所述的金属箔盘为铝盘。

可用于本发明的金属箔盘的质量没有特别限制，通常可选用总质量≤10g的金属箔盘，较佳地，金属箔盘的总质量≤5g；更佳地，≤4g。

虽然可用于本发明的金属箔盘的质量下限没有特别限定，然而通常金属箔盘的总质量下限≥0.5g；较佳地，≥1g；更佳地，≥2g。

纤维

可用于本发明方法的纤维没有特别限制，可以是各种具有或带有油剂的纤维。代表性的纤维例子包括(但并不限于)：腈纶、锦纶、碳纤维原丝、聚丙烯腈原丝（PAN原丝）、涤纶、粘胶纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维等。

油剂

化学纤维在纺丝和纺织加工过程中因不断摩擦而产生静电,必须使用助剂以防止或消除静电积累,同时赋于纤维以柔软平滑等特性，使其顺利通过后道工序。这种助剂统称为化学纤维油剂(简称为“油剂”)。

可用本发明方法测量的油剂没有特别限制，可以是各种能被萃取剂萃取，并在所述纤维油剂含量测定过程中，经萃取后烘干且不会分解、挥发、气化的各种油剂。

通常，油剂含有润滑油和表面活性剂。润滑油有矿物油、合成脂等；表面活性剂又分为阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型等类型。

代表性的化学纤维油剂的组成包括(但并不限于)：

(a)平滑剂：如各种粘度的白油、二羧酸酯、高级脂肪醇和高级脂肪酸酯、多元醇酯、高分子聚醚等。

(b)乳化剂：如脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、蓖蔴油聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚、高分子聚醚等。

(c)抗静电剂：如烷基磷酸酯、烷基硫酸酯、季胺盐等。

(d)调整剂：如高级脂肪醇、高级脂肪酸等。

萃取剂

可用于本发明的萃取剂没有特别限制，可以是各种能够萃取纤维油剂且能在所述发明方法中能完全挥发(或蒸发)的萃取剂。代表性的萃取剂例子包括(但并不限于)：酮类溶剂(丙酮、丁酮、甲乙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、或其组合)、卤化烃类溶剂(二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、或其组合)、醇类溶剂(甲醇、乙醇、异丙醇、或其组合)、脂肪烃类溶剂(戊烷、己烷、辛烷、或其组合)、醚类溶剂(乙醚)、或上述溶剂的组合。

一般地，萃取剂的用量没有特别限制，只要该用量的萃取剂能够萃取所述的纤维油剂的量。通常，萃取剂的容积与待测纤维重量之比为20-200ml：1-10g；较佳地，所述的比例为20-100：1-5g。

通常，萃取温度为室温至回流温度，如10-80℃，时间通常为0.5-6小时，较佳地1-5小时。

一种优选的萃取条件是在恒温水浴条件下进行萃取。恒温水浴可以是各种温度恒定的水浴，通常恒定温度设定值可以为10-80℃。萃取时间为2-4小时。

萃取条件

通常，萃取条件没有特别限制，可采用常规的萃取容器，在合适的萃取条件下进行萃取，如水浴下脂肪抽提器的萃取。更佳地，可在超声处理的条件下进行萃取。

以脂肪抽提器的萃取为例，萃取温度为室温至回流温度，如10-80℃，时间通常为0.5-6小时，较佳地，1-4小时（如1.5-2小时）。

一种优选的萃取条件是在恒温水浴条件下进行萃取。恒温水浴可以是各种温度恒定的水浴。

超声萃取

一种特别优选的萃取方式是超声处理下的萃取。

可用于本发明方法的超声波频率没有特别限制，可以为各种频率位于16,000-200,000Hz，较佳地20,000-200,000Hz，更佳地为30,000-100,000Hz的超声波。

可用于本发明方法的超声波处理时间为5-60分钟，较佳地10-60分钟，更佳地为20-50分钟。

可用于本发明方法的超声波处理温度为4℃至萃取剂的回流温度，较佳地为10-80℃。

烘干及冷却

一旦获得了含有油剂的萃取剂(即萃取液)，则可将萃取液转移至金属箔盘，然后进行烘干及冷却。

通常，可用于本发明的烘干温度为50-120℃。在优选例中，烘干温度为70-110℃，如100℃和105℃。烘干时间没有特别限制(通常为0.1-2小时，较佳地0.1-1小时)，只要能够使萃取剂充分挥发或蒸发(可回收利用)。

为了安全起见，宜在烘干之后对金属箔盘进行冷却，通常冷却至室温至50℃，如4-25℃，所述的冷却时间没有特殊限制，可以为冷却至室温的任何时间，如10、20、60分钟。当然，也可不进行冷却，在烘干处理后直接进行称重。

本发明的的主要有益效果包括：

1.测量精准：金属箔盘在烘干前后质量误差在0.001的范围内，而测量误差控制在0.01的范围内。

2.测量快速：采用超声法萃取，萃取时间从2个多小时缩短为约20分钟，并且萃取油剂充分，故测量更准确。

3.实验过程简便：金属箔盘易取易存，且一次性使用，不会造成清洗不净引起的二次污染。

4.减少实验人员安全隐患：非易碎品，无安全隐患。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。

实施例1

分别把原始质量为3.006g、3.2130g的两个铝盘(1a和1b)，放入105℃烘箱中干燥两个小时，取出放入干燥器中冷却，冷却10min后，称量铝盘质量分别为：3.006g、3.2130g，冷却20min后，称量铝盘质量分别为：3.007g、3.2130g，冷却60min后，称量铝盘质量分别为：3.006g、3.2130g。

实施例2

精确称取4.5050g碳纤维原丝，将纤维放入脂肪抽提器中；加入75ml萃取剂并将其放置于恒温水浴(60℃)中抽提2h。将萃取液转移至已知质量且恒重后(3.2130g)的铝盘中蒸干后，将铝盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出铝盘冷却后，称量并计算碳纤维原丝油剂含量为1.26%。

实施例3

精确称取4.6722g碳纤维原丝，将原丝纤维充分浸渍在玻璃容器内，使用超声波装置在温度70℃条件下进行超声处理(超声波频率为20000Hz)，处理时间为10分钟。将萃取液转移至已知质量且恒重后(3.1820g)的铝盘中蒸干后，将铝盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出铝盘冷却后，称量并计算碳纤维原丝油剂含量为1.35%。

实施例4

精确称取4.5611g碳纤维原丝，将纤维经超声法萃取20min(方法同实施例3，超声波频率为30000Hz)，将萃取液转移至已知质量且恒重后(3.0006g)的铝盘中蒸干后，将铝盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出铝盘冷却后，称量并计算碳纤维原丝油剂含量为1.37%。

实施例5

精确称取4.5532gPAN原丝将纤维放入脂肪抽提器中；加入75ml萃取剂并将其放置于恒温水浴(70℃)中抽提2.5h，将萃取液转移至已知质量且恒重后(3.1209g)的锡盘中蒸干后，将锡盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出锡盘冷却后，称量并计算PAN原丝油剂含量为1.60%。

实施例6

精确称取4.5440gPAN原丝，将纤维经超声法萃取20min(方法同实施例3)，将萃取液转移至已知质量且恒重后(3.2001g)的锡盘中蒸干后，将锡盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出锡盘冷却后，称量并计算PAN原丝油剂含量为1.65%。

对比例1

在与实施例1相同条件(同一批次进行试验)下，分别把原始质量为66.9484g(1a)、67.8074g(1b)的两个玻璃器皿，放入105℃烘箱中干燥两个小时，取出放入干燥器中冷却，冷却10min后，称量玻璃器皿质量为：66.9480g、67.7974g，冷却20min后，称量玻璃器皿质量为：66.9482g、67.7980g，冷却60min后，称量玻璃器皿质量为：66.9489g、67.8080g。

对比例2

精确称取4.4986g实施例2中同一种类的碳纤维原丝，将纤维放入脂肪抽提器中；加入75ml萃取剂并将其放置于恒温水浴(60℃)中抽提2h，将萃取液转移至已知质量且恒重(66.9484g)的玻璃盘蒸干后，将玻璃盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出蒸馏烧瓶冷却后，称量并计算碳纤维原丝油剂含量为1.11%。

对比例3

精确称取4.6202g实施例2中同一种类的碳纤维原丝，将纤维放入脂肪抽提器中；加入75ml萃取剂并将其放置于恒温水浴(70℃)中抽提2h；将萃取液转移至已知质量且恒重(67.8074g)的玻璃盘中蒸干后，将玻璃盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出蒸馏烧瓶冷却后，称量并计算碳纤维原丝油剂含量为0.99%。

对比例4

精确称取4.5090g实施例2中同一种类的碳纤维原丝，将纤维放入脂肪抽提器中；加入75ml萃取剂并将其放置于恒温水浴(50℃)中抽提2h；将萃取液转移至已知质量且恒重(66.5806g)的玻璃盘中蒸干后，将玻璃盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出蒸馏烧瓶冷却后，称量并计算碳纤维原丝油剂含量为1.01%。

对比例5

精确称取4.4628g实施例5中同一种类的PAN原丝，将纤维放入脂肪抽提器中；加入75ml萃取剂并将其放置于恒温水浴(50℃)中抽提2h，将萃取液转移至已知质量且恒重(66.7059g)的玻璃盘中蒸干后，将玻璃盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出蒸馏烧瓶冷却后，称量并计算碳纤维原丝油剂含量为1.32%。

对比例6

精确称取4.4990g实施例5中同一种类的PAN原丝，将纤维经超声法萃取20min(方法同实施例3)，将萃取液转移至已知质量且恒重(67.8526g)的玻璃盘中蒸干后，将玻璃盘放置在105℃温度下进行烘干处理，取出蒸馏烧瓶冷却后，称量并计算碳纤维原丝油剂含量为1.56%。

各实施例和对比例的试验结果如表1～4所示。

表1金属箔盘在烘干前后的质量变化(实施例1)

表2玻璃器皿在烘干前后的质量变化(对比例1)

从实施例1和对比例1的结果(表1和表2)可以看出，各类金属箔盘在烘干前后不同时段质量基本上可在控制在小于0.001g的范围内；而玻璃器皿在烘干前后不同时段的质量变化差为±0.005g或更大。由于纤维上油剂的含量很低，例如对于4克化学纤维而言，其油剂油剂质量为约0.04-0.06(约1-1.5wt％)，因此玻璃器皿在烘干前后不同时段的质量差异会导致测量值约8-10％的误差。

表3纤维油剂含量的测定-（实施例2-6）

该PAN原丝的油剂含量平均为约1.65%，碳纤维原丝的油剂含量平均为约1.35%。而且超声波处理10分钟、20分钟时的测定结果相差很小。因此，一般情况下超声波处理10分钟就足够了，当然也可以适当延长超声波处理时间。当超声波处理10分钟时，超声法的总处理时间最短为约20分钟。

与之相反，而萃取法至少需要耗时2小时。采用超声波处理可大幅缩短了处理时间，采用金属箔盘有助于减少试验误差。这样，可以有效提高了检测效率和检测准确性。本发明方法还可用于各种不同化学纤维上油率的检测。

表4纤维油剂含量的测定-（对比例2-6；采用玻璃器皿）

从表4可看出，采用玻璃器皿时，试验误差较大。这与表2的数据是相符的。

综上所述，可以看出：

(1).采用金属箔盘测量的结果误差可以控制在百分之一范围内，而采用玻璃器皿测量的结果误差为十分之一，甚至更大。

(2).采用超声法处理的萃取过程，结果较脂肪抽提法相同甚至更精准，超声处理法萃取更完全，但耗时缩短到10-30min，较脂肪抽提法更快速、简便。

因此，本发明方法能够有效减少纤维油剂测定中的实验误差，更精准、更快捷。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种化学纤维的油剂含量的测定方法，其特征在于，包括步骤：

(a)测定带有油剂的待测纤维的干重，计为W1；

(b)用萃取油剂的萃取剂处理待测纤维，从而获得溶解有所述油剂的萃取液；

(c)将所述溶解有油剂的萃取液转移至重量为W2的金属箔盘，去除萃取剂并使得所述油剂残留于所述金属箔盘；

(d)上一步骤的所述金属箔盘进行称重，计为W3；和

(e)基于W1、W2和W3，获得所述纤维的油剂含量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属箔盘可以为市售获得，包括铝盘、锡盘。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属箔盘质量≤10g，较佳地为≤5g，更佳地为≤4g。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的待测纤维选自：腈纶、锦纶、碳纤维原丝、聚丙烯腈原丝（PAN原丝）、涤纶、粘胶纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维等。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中萃取剂可以为选自下组：酮类溶剂、卤化烃类溶剂、醇类溶剂、脂肪烃类溶剂、醚类溶剂、或其组合。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述的酮类溶剂选自下组：丙酮、丁酮、甲乙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、或其组合；和/或

所述的卤化烃类溶剂选自下组：二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、或其组合；和/或

所述的醇类溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、或其组合；和/或

所述的脂肪烃类溶剂包括戊烷、己烷、辛烷、或其组合；和/或

所述的醚类溶剂包括乙醚。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，用萃取剂进行萃取处理在脂肪抽提器中进行；

较佳地，所述步骤(b)包括：将待测化学纤维置于含萃取剂的脂肪抽提器，所述脂肪抽提器位于恒温水浴中，在10-80℃抽提1-4小时。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述萃取是在超声波处理下进行。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：将化学纤维浸于或置于萃取剂中，并用超声波处理所述浸渍有化学纤维的萃取剂，从而促使油剂与化学纤维解离并溶于所述萃取剂中。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，超声波处理的频率为16,000-100,000Hz；超声波处理时间为10-60分钟，较佳地为20-50分钟。