Identificazione delle fibre aromatiche di poliammide-immide

Astratto
Le fibre aromatiche di poliammide-immide sono state identificate mediante combustione, microscopia, dissoluzione e spettroscopia infrarossa. Sono state confrontate con la meta-aramide, para-aramide , e fibre P84, che presentano proprietà simili. Le fibre di poliammide-immide aromatiche emettono luce rossa quando bruciano, hanno una sezione trasversale circolare e si dissolvono in N,N-dimetilformammide a temperatura ambiente. Il loro spettro di assorbimento infrarosso presenta frequenze caratteristiche. L'identificazione accurata di questa fibra può essere ottenuta utilizzando una o più di queste caratteristiche.

0 Introduzione

Le fibre di poliammide aromatiche possono essere classificate in base alla loro struttura molecolare in: fibre di poliammide aromatiche legate da gruppi ammidici, tipicamente rappresentate da fibre meta-aramidiche ( meta-aramide ) e fibre para-aramidiche (para-aramide); fibre di poliimmide aromatiche legate da gruppi immidici, come le fibre di polifenilenetetrametilimmide e fibre di poliimmide (P84); e fibre di poliammide-immide composte da gruppi ammidici e immidici alternati.

Attualmente, sono stati stabiliti standard di identificazione corrispondenti per alcune fibre di poliammide aromatica. L'Appendice A della norma GB/T 41418—2022, "Analisi chimica quantitativa dei tessuti - Miscele di fibre meta-aramidiche e para-aramidiche (metodo cloruro di litio/N,N-dimetilacetammide)", fornisce chiaramente i metodi di identificazione per le fibre meta-aramidiche e para-aramidiche; l'Appendice A della norma GB/T 36976—2018, "Analisi chimica quantitativa dei tessuti - Miscele di fibre di poliimmide e altre fibre", riporta il metodo di identificazione per la fibra P84. Tuttavia, al momento non esiste un metodo di identificazione specifico per le fibre di poliammide-immide aromatica.

Questo studio utilizza il metodo di combustione, la microscopia, il metodo di dissoluzione e la spettroscopia infrarossa per analizzare qualitativamente le fibre aromatiche di poliammide-immide e le confronta con meta-aramide, para-aramide e P84, strutturalmente simili, sviluppando un metodo di identificazione completo per le fibre aromatiche di poliammide-immide e fornendo una base per i test di routine.

1. Sezione sperimentale

1.1 Reagenti e strumenti

Reagenti: paraffina liquida, acido solforico (grado analitico, 70%), acido solforico concentrato (grado analitico, 95%~98%), acido nitrico concentrato (grado analitico, 65%~68%), ipoclorito di sodio (purezza chimica), idrossido di sodio (grado analitico, 30%), dimetilsolfossido (grado analitico, ≥99,5%), tiocianato di potassio (grado analitico, ≥98,5%), N,N-dimetilformammide (grado analitico, ≥99,5%), bromuro di potassio [purezza spettrale, 99,99%].

Strumenti: analizzatore di finezza delle fibre E5723 CU-6, spettrometro a trasformata di Fourier a infrarossi Nicolet Summit Lite, pompa a vuoto 2XZ-4D, agitatore a bagno termostatico, crogiolo in vetro sinterizzato, beuta di Erlenmeyer, estrattore Soxhlet, cilindro graduato, becher, affettatrice in Hastelloy.

1.2 Preparazione del campione

Come oggetti di prova sono state selezionate le fibre aromatiche di poliammide-immide, meta-aramide, para-aramide e la fibra sfusa P84. Per garantire l'accuratezza e l'affidabilità dei dati di prova, sono stati selezionati quattro campioni per ciascuna fibra utilizzando un metodo di campionamento multipunto.

1.3 Metodi di prova

1.3.1 Metodo di combustione

Secondo i requisiti di prova delle norme pertinenti, i campioni sono stati osservati e registrati come segue: quando il campione è stato avvicinato alla fiamma, è stata osservata la sua reazione al calore, annotando se si verificava restringimento o fusione; durante il contatto del campione con la fiamma, è stato registrato il suo stato di combustione, compresa l'eventuale emissione di luce e il colore della fiamma; dopo aver rimosso il campione dalla fiamma, la situazione di combustione è stata osservata continuamente; quando la fiamma del campione si è spenta, ne è stato annusato l'odore; dopo il raffreddamento del campione, è stato registrato lo stato del residuo, compresi il colore e la forma.

1.3.2 Metodo di microscopia

Secondo le procedure standard, sono stati prelevati fasci di fibre e da questi sono stati ricavati segmenti di fibre di dimensioni adeguate utilizzando un microtomo Hartsch. Paraffina liquida è stata applicata su un vetrino per distribuire uniformemente le fibre, ottenendo così un vetrino longitudinale. Successivamente, è stato applicato del collodio al microtomo Hartsch. Dopo l'evaporazione, sono state tagliate sezioni di fibre con uno spessore di 10-30 μm, ottenendo così vetrini trasversali. Infine, i vetrini longitudinali e trasversali preparati sono stati osservati al microscopio con un ingrandimento di 500x per analizzare attentamente le caratteristiche morfologiche delle sezioni trasversali delle fibre e registrare i risultati.

1.3.3 Metodo di dissoluzione

Seguendo le normative vigenti, campioni e reagenti sono stati posti in un rapporto di 1:50 in diverse condizioni ambientali per l'osservazione. Un gruppo è stato mantenuto a temperatura ambiente (20–30 °C) con agitazione continua per 5 minuti, e la dissoluzione delle fibre durante questo periodo è stata attentamente osservata e registrata. L'altro gruppo è stato portato a ebollizione, mantenendo la soluzione in ebollizione per 3 minuti, e la dissoluzione delle fibre durante questo processo è stata monitorata e registrata tempestivamente.

1.3.4 Spettroscopia infrarossa

Secondo le norme pertinenti, i campioni di film sono stati preparati utilizzando il metodo delle pastiglie di bromuro di potassio. La spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier è stata utilizzata per scansionare e registrare lo spettro infrarosso nell'intervallo di numeri d'onda di 4000–400 cm⁻¹.

2 Risultati e discussione

2.1 Risultati delle prove di combustione

Nella Tabella 1 sono riportati i risultati delle prove di combustione per quattro tipi di fibre: fibra di poliammide-immide aromatica, meta-aramide, para-aramide e P84.


Come illustrato nella Tabella 1, la fibra di poliammide-immide aromatica emette una fiamma rossa durante la combustione, lasciando un residuo nero e duro al termine della combustione. Questo comportamento di combustione è molto simile a quello del para-aramide e del P84, mentre il meta-aramide non presenta una fiamma rossa durante la combustione. Sulla base di questa caratteristica, il metodo di combustione può distinguere efficacemente la fibra di poliammide-immide aromatica dal meta-aramide.

2.2 Risultati dei test microscopici

Nella Tabella 2 sono riportate le descrizioni morfologiche trasversali e longitudinali delle quattro fibre.


Facendo riferimento alle descrizioni morfologiche delle quattro fibre nella Tabella 2, si può osservare che la sezione trasversale delle fibre di poliammide-immide aromatica è circolare. Questa caratteristica è simile a quella delle fibre meta-aramidiche e para-aramidiche, mentre la sezione trasversale delle fibre P84 è trilobata, il che la distingue significativamente da quella delle fibre di poliammide-immide aromatica. In termini di morfologia longitudinale, le fibre di poliammide-immide aromatica presentano la caratteristica superficie liscia tipica delle fibre chimiche, mentre le fibre para-aramidiche mostrano una morfologia segmentata ben visibile nella loro sezione longitudinale. Pertanto, osservando la morfologia longitudinale, è possibile distinguere le fibre di poliammide-immide aromatica dalle fibre para-aramidiche.

In sintesi, un'attenta osservazione al microscopio della morfologia trasversale e longitudinale delle fibre permette di distinguere chiaramente le fibre di poliammide-immide aromatica dalle fibre di para-aramide e P84.

2.3 Risultati del test di dissoluzione

Le proprietà di dissoluzione delle quattro fibre sono riportate nella Tabella 3.


La Tabella 3 mostra la solubilità delle quattro fibre. A temperatura ambiente e in condizioni di ebollizione, sono stati condotti test utilizzando acido solforico al 70%, acido solforico concentrato, acido nitrico concentrato, idrossido di sodio al 30% e tiocianato di potassio al 65%. Le prestazioni di solubilità della fibra di poliammide-immide aromatica, meta-aramide, para-aramide e P84 hanno mostrato piccole differenze. In condizioni di acido solforico al 70%, la fibra P84 si è parzialmente disciolta, mentre le altre tre fibre non si sono disciolte. In acido solforico concentrato, la fibra di poliammide-immide aromatica, la meta-aramide e la P84 si sono tutte disciolte, mentre solo la para-aramide si è parzialmente disciolta a temperatura ambiente. In acido nitrico concentrato, quasi tutte e quattro le fibre non si sono disciolte, con la sola fibra di poliammide-immide aromatica e la P84 che si sono parzialmente disciolte in condizioni di ebollizione. La situazione era simile con l'idrossido di sodio al 30%; la fibra di poliammide-immide aromatica, la meta-aramide e la P84 si sono disciolte solo parzialmente in condizioni di ebollizione. In presenza di una concentrazione di tiocianato di potassio del 65%, nessuna delle quattro fibre si è dissolta.

In presenza di ipoclorito di sodio, tutte e quattro le fibre sono insolubili a temperatura ambiente. Tuttavia, se portate a ebollizione, la fibra di poliammide-immide aromatica si dissolve, mentre le altre tre rimangono insolubili. Questa caratteristica di solubilità può essere utilizzata per distinguere la fibra di poliammide-immide aromatica dalle altre tre. In N,N-dimetilformammide, la differenza di solubilità tra le quattro fibre è ancora più pronunciata. La fibra di poliammide-immide aromatica si dissolve a temperatura ambiente, una condizione di prova facilmente raggiungibile che la distingue agevolmente dalle altre fibre. In presenza di dimetilsolfossido a temperatura ambiente, tutte e quattro le fibre sono insolubili. Se portate a ebollizione, la fibra di poliammide-immide aromatica e la P84 si dissolvono. Questa proprietà di solubilità può essere utilizzata per distinguere la fibra di poliammide-immide aromatica dalle fibre di meta-aramide e para-aramide.

Il dimetilsolfossido (DMSO) può essere utilizzato per distinguere le fibre di poliammide-immide aromatiche dalle fibre di meta-aramide e para-aramide tramite un metodo di dissoluzione. La N,N-dimetilformammide (NDM) e l'ipoclorito di sodio (NSC) possono distinguere le fibre di poliammide-immide aromatiche dalle fibre di meta-aramide, para-aramide e P84. La NDM, in particolare, è semplice da utilizzare e le condizioni sperimentali sono facili da realizzare.

2.4 Risultati della spettroscopia infrarossa

Nella Tabella 4 sono riportate le principali bande di assorbimento e le frequenze caratteristiche degli spettri di assorbimento infrarosso delle quattro fibre.


Nella Tabella 4, i picchi di assorbimento infrarosso delle fibre di poliammide-immide aromatica compaiono a 3379, 2923, 1704, 1505, 1361, 1081 e 719 cm⁻¹. Questa caratteristica spettrale è significativamente diversa da quella delle fibre di meta-aramide, para-aramide e P84. In particolare, rispetto alle fibre P84, la differenza è molto evidente e facilmente distinguibile. Sulla base di ciò, la spettroscopia infrarossa non solo può identificare con precisione le fibre di poliammide-immide aromatica, ma anche distinguerle facilmente dagli altri tre tipi di fibre.

3. Conclusioni

(1) Combustione e microscopia Il metodo di combustione può distinguere efficacemente le fibre di poliammide-immide aromatiche dalle fibre di meta-aramide; mentre la microscopia può essere utilizzata per distinguere le fibre di poliammide-immide aromatiche dalle fibre di para-aramide e dal P84. La combinazione dei metodi di combustione e microscopia può ulteriormente distinguere le fibre di poliammide-immide aromatiche dalle fibre di meta-aramide, dalle fibre di para-aramide e dal P84.

(2) Metodo di dissoluzione: L'ipoclorito di sodio e la N,N-dimetilformammide possono essere utilizzati per distinguere le fibre di poliammide-immide aromatiche dalle fibre di meta-aramide, dalle fibre di para-aramide e dal P84; il dimetilsolfossido può essere utilizzato per distinguere le fibre di poliammide-immide aromatiche dalle fibre di meta-aramide e dalle fibre di para-aramide. Tra questi solventi, la N,N-dimetilformammide è il metodo più semplice e conveniente per identificare le fibre di poliammide-immide aromatiche e presenta un'elevata fattibilità nelle applicazioni pratiche.

(3) Spettroscopia infrarossa: La spettroscopia infrarossa è in grado di distinguere le fibre di poliammide-immide aromatiche da quelle di meta-aramide, para-aramide e P84. Analizzando le posizioni dei picchi caratteristici nello spettro di assorbimento infrarosso, è possibile identificare con precisione le fibre di poliammide-immide aromatiche, rendendola un metodo di identificazione altamente efficace.

Sulla base dei risultati sperimentali sopra riportati, le fibre aromatiche di poliammide-immide possono essere identificate in base a diverse caratteristiche significative: emettono luce rossa quando bruciano; la loro sezione trasversale è circolare se osservata al microscopio; sono solubili in N,N-dimetilformammide a temperatura ambiente; e possiedono specifiche frequenze caratteristiche nel loro spettro di assorbimento infrarosso. Nell'identificazione pratica, possiamo fare affidamento su una di queste caratteristiche o combinarne più di una in modo flessibile per ottenere un'identificazione più accurata e affidabile.