การระบุเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติก

เชิงนามธรรม
เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์ที่มีกลิ่นหอมถูกระบุโดยใช้การเผาไหม้ กล้องจุลทรรศน์ การละลาย และสเปกโทรสโกปีอินฟราเรด และนำมาเปรียบเทียบกับเมตา-อะรามิด พารา-อะรามิด , และเส้นใย P84 ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกจะเปล่งแสงสีแดงเมื่อถูกเผา มีหน้าตัดเป็นวงกลม และละลายใน N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ที่อุณหภูมิห้อง สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของเส้นใยนี้แสดงความถี่เฉพาะ การระบุเส้นใยนี้ได้อย่างแม่นยำสามารถทำได้โดยใช้คุณลักษณะอย่างน้อยหนึ่งอย่างเหล่านี้

0 บทนำ

เส้นใยโพลีอะไมด์อะโรมาติกสามารถจำแนกตามโครงสร้างโมเลกุลได้ดังนี้: เส้นใยโพลีอะไมด์อะโรมาติกที่ยึดติดกันด้วยหมู่เอไมด์ ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงด้วยเส้นใยเมตาอะรามิด ( เมตา-อะรามิด ) และเส้นใยพาราอะรามิด (para-aramid); เส้นใยโพลีอิไมด์อะโรมาติกที่ยึดติดด้วยหมู่ไอไมด์ เช่น เส้นใยโพลีฟีนิลีนเตตราเมทิลไอไมด์ และ เส้นใยโพลีอิไมด์ (P84); และเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์ที่ประกอบด้วยกลุ่มอะไมด์และอิไมด์สลับกัน

ปัจจุบัน มีการกำหนดมาตรฐานการระบุชนิดที่เกี่ยวข้องสำหรับเส้นใยโพลีอะไมด์อะโรมาติกบางชนิดแล้ว ภาคผนวก A ของ GB/T 41418—2022 “การวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณของสิ่งทอ—ส่วนผสมของเส้นใยเมตาอะรามิดและพาราอะรามิด (วิธีลิเธียมคลอไรด์/N,N-ไดเมทิลอะเซตาไมด์)” ได้ระบุวิธีการระบุชนิดสำหรับเส้นใยเมตาอะรามิดและพาราอะรามิดไว้อย่างชัดเจน และภาคผนวก A ของ GB/T 36976—2018 “การวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณของสิ่งทอ—ส่วนผสมของเส้นใยโพลีอิไมด์และเส้นใยอื่นๆ บางชนิด” ได้บันทึกวิธีการระบุชนิดสำหรับ P84 ไว้ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันยังไม่มีวิธีการระบุชนิดเฉพาะสำหรับเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติก

งานวิจัยนี้ใช้วิธีการเผาไหม้ กล้องจุลทรรศน์ วิธีการละลาย และสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติก และเปรียบเทียบกับเมตา-อะรามิด พารา-อะรามิด และ P84 ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน เพื่อสร้างวิธีการระบุเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกที่สมบูรณ์ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการทดสอบในงานประจำ

1. ส่วนการทดลอง

1.1 สารเคมีและอุปกรณ์

สารเคมีที่ใช้: พาราฟินเหลว, กรดซัลฟิวริก (เกรดวิเคราะห์, 70%), กรดซัลฟิวริกเข้มข้น (เกรดวิเคราะห์, 95%~98%), กรดไนตริกเข้มข้น (เกรดวิเคราะห์, 65%~68%), โซเดียมไฮโปคลอไรต์ (บริสุทธิ์ทางเคมี), โซเดียมไฮดรอกไซด์ (เกรดวิเคราะห์, 30%), ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (เกรดวิเคราะห์, ≥99.5%), โพแทสเซียมไทโอไซยาเนต (เกรดวิเคราะห์, ≥98.5%), เอ็น,เอ็น-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (เกรดวิเคราะห์, ≥99.5%), โพแทสเซียมโบรไมด์ [บริสุทธิ์ทางสเปกตรัม, 99.99%]

อุปกรณ์: เครื่องวิเคราะห์ความละเอียดของเส้นใย E5723 CU-6, เครื่องสเปกโทรเมตรอินฟราเรดแบบฟูริเยร์ทรานส์ฟอร์ม Nicolet Summit Lite, ปั๊มสุญญากาศ 2XZ-4D, เครื่องเขย่าอ่างน้ำควบคุมอุณหภูมิคงที่, เบ้าหลอมแก้วสำหรับกรองอนุภาค, ขวดรูปทรงกรวย Erlenmeyer, เครื่องสกัดแบบ Soxhlet, กระบอกตวง, บีกเกอร์, มีดหั่น Hastelloy

1.2 การเตรียมตัวอย่าง

เส้นใยอะโรมาติกโพลีอะไมด์-อิไมด์ เส้นใยเมตา-อะรามิด เส้นใยพารา-อะรามิด และเส้นใยหลวม P84 ถูกเลือกเป็นวัตถุทดสอบ เพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของข้อมูลการทดสอบ จึงได้เลือกตัวอย่างจำนวน 4 ตัวอย่างสำหรับเส้นใยแต่ละชนิดโดยใช้วิธีการสุ่มตัวอย่างแบบหลายจุด

1.3 วิธีการทดสอบ

1.3.1 วิธีการเผาไหม้

ตามข้อกำหนดการทดสอบของมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างจะถูกสังเกตและบันทึกดังนี้: เมื่อนำตัวอย่างเข้าใกล้เปลวไฟ จะสังเกตปฏิกิริยาต่อความร้อน โดยบันทึกว่ามีการหดตัวหรือหลอมเหลวหรือไม่ ในระหว่างที่ตัวอย่างสัมผัสกับเปลวไฟ จะบันทึกสถานะการเผาไหม้ รวมถึงการเปล่งแสงและสีของเปลวไฟ หลังจากนำตัวอย่างออกจากเปลวไฟแล้ว จะสังเกตสถานการณ์การเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง เมื่อเปลวไฟของตัวอย่างดับลง จะดมกลิ่น หลังจากตัวอย่างเย็นลงแล้ว จะบันทึกสภาพของสารตกค้าง รวมถึงสีและรูปร่าง

1.3.2 วิธีการทางกล้องจุลทรรศน์

ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ขั้นตอนแรกคือการนำเส้นใยมาแยกเป็นมัด แล้วใช้เครื่องตัดไมโครโทมแบบฮาร์ทช์ตัดเส้นใยในปริมาณที่เหมาะสม จากนั้นหยดพาราฟินเหลวลงบนแผ่นกระจกเพื่อกระจายเส้นใยให้ทั่วถึง จึงได้แผ่นกระจกสำหรับตัดตามแนวยาว ต่อมาจึงใช้คอลโลเดียนกับเครื่องตัดไมโครโทมแบบฮาร์ทช์อีกครั้ง หลังจากระเหยแล้ว จึงใช้เครื่องตัดไมโครโทมตัดเส้นใยเป็นชิ้นส่วนที่มีความหนา 10–30 ไมโครเมตร จึงได้แผ่นกระจกสำหรับตัดตามขวาง สุดท้าย นำแผ่นกระจกสำหรับตัดตามแนวยาวและตามขวางที่เตรียมไว้ไปวางใต้กล้องจุลทรรศน์ที่กำลังขยาย 500 เท่า เพื่อสังเกตลักษณะทางสัณฐานวิทยาของหน้าตัดเส้นใยอย่างละเอียดและบันทึกผลการค้นพบ

1.3.3 วิธีการละลาย

ตามข้อกำหนดมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างและสารเคมีถูกจัดวางในอัตราส่วน 1:50 ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกันเพื่อทำการสังเกต กลุ่มหนึ่งเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้อง (20–30°C) พร้อมกับการเขย่าอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 5 นาที และสังเกตและบันทึกการละลายของเส้นใยในช่วงเวลานั้นอย่างละเอียด อีกกลุ่มหนึ่งนำไปต้ม โดยต้มสารละลายเป็นเวลา 3 นาที และสังเกตและบันทึกการละลายของเส้นใยในระหว่างกระบวนการนี้ทันที

1.3.4 สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด

ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ฟิล์มตัวอย่างถูกเตรียมโดยใช้วิธีการอัดเม็ดโพแทสเซียมโบรไมด์ และใช้สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบฟูริเยร์ทรานส์ฟอร์มในการสแกนและบันทึกสเปกตรัมอินฟราเรดในช่วงเลขคลื่น 4000–400 cm⁻¹

2. ผลการวิจัยและการอภิปราย

2.1 ผลการทดสอบการเผาไหม้

ตารางที่ 1 แสดงบันทึกการทดสอบการเผาไหม้ของเส้นใยสี่ชนิด ได้แก่ เส้นใยอะโรมาติกโพลีอะไมด์-อิไมด์ เส้นใยเมตาอะรามิด เส้นใยพาราอะรามิด และเส้นใย P84


ดังแสดงในตารางที่ 1 เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกจะปล่อยเปลวไฟสีแดงระหว่างการเผาไหม้ และทิ้งสารตกค้างสีดำแข็งไว้หลังการเผาไหม้ พฤติกรรมการเผาไหม้นี้คล้ายคลึงกับพารา-อะรามิดและ P84 มาก ในขณะที่เมตา-อะรามิดไม่แสดงเปลวไฟสีแดงระหว่างการเผาไหม้ จากลักษณะเฉพาะนี้ วิธีการเผาไหม้จึงสามารถแยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเมตา-อะรามิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2.2 ผลการทดสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์

ตารางที่ 2 แสดงรายละเอียดทางสัณฐานวิทยาของเส้นใยทั้งสี่ชนิดทั้งในแนวขวางและแนวยาว


เมื่อพิจารณาจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเส้นใยทั้งสี่ชนิดในตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าหน้าตัดของเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกมีลักษณะเป็นวงกลม ลักษณะนี้คล้ายกับเส้นใยเมตา-อะรามิดและพารา-อะรามิด ในขณะที่หน้าตัดของเส้นใย P84 มีลักษณะเป็นสามแฉก ซึ่งแตกต่างจากเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกอย่างเห็นได้ชัด ในแง่ของสัณฐานวิทยาตามแนวยาว เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกแสดงลักษณะพื้นผิวเรียบซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของเส้นใยเคมี ในขณะที่เส้นใยพารา-อะรามิดแสดงสัณฐานวิทยาเป็นส่วนๆ ที่เห็นได้ชัดในภาคตัดตามยาว ดังนั้น การสังเกตสัณฐานวิทยาตามแนวยาวจึงสามารถแยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเส้นใยพารา-อะรามิดได้

โดยสรุป การสังเกตอย่างละเอียดของหน้าตัดและลักษณะตามยาวของเส้นใยโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ สามารถแยกแยะเส้นใยอะโรมาติกโพลีอะไมด์-อิไมด์ ออกจากเส้นใยพารา-อะรามิด และเส้นใย P84 ได้อย่างชัดเจน

2.3 ผลการทดสอบการละลาย

คุณสมบัติการละลายของเส้นใยทั้งสี่ชนิดแสดงอยู่ในตารางที่ 3


ตารางที่ 3 แสดงความสามารถในการละลายของเส้นใยทั้งสี่ชนิด ภายใต้สภาวะอุณหภูมิห้องและสภาวะเดือด ได้ทำการทดสอบโดยใช้กรดซัลฟิวริก 70%, กรดซัลฟิวริกเข้มข้น, กรดไนตริกเข้มข้น, โซเดียมไฮดรอกไซด์ 30% และโพแทสเซียมไทโอไซยาเนต 65% ประสิทธิภาพการละลายของเส้นใยอะโรมาติกโพลีอะไมด์-อิไมด์, เมตา-อะรามิด, พารา-อะรามิด และเส้นใย P84 แสดงความแตกต่างเพียงเล็กน้อย ภายใต้สภาวะกรดซัลฟิวริก 70% เส้นใย P84 ละลายบางส่วน ในขณะที่เส้นใยอีกสามชนิดไม่ละลาย ในกรดซัลฟิวริกเข้มข้น เส้นใยอะโรมาติกโพลีอะไมด์-อิไมด์, เมตา-อะรามิด และ P84 ละลายทั้งหมด ในขณะที่พารา-อะรามิดละลายบางส่วนที่อุณหภูมิห้อง ในกรดไนตริกเข้มข้น เส้นใยเกือบทั้งหมดไม่ละลาย มีเพียงเส้นใยอะโรมาติกโพลีอะไมด์-อิไมด์และ P84 เท่านั้นที่ละลายบางส่วนภายใต้สภาวะเดือด สถานการณ์คล้ายคลึงกันกับโซเดียมไฮดรอกไซด์ 30% เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติก เมตา-อะรามิด และ P84 ละลายเพียงบางส่วนเมื่อต้ม ภายใต้สภาวะโพแทสเซียมไทโอไซยาเนต 65% เส้นใยทั้งสี่ชนิดไม่ละลายเลย

ภายใต้สภาวะโซเดียมไฮโปคลอไรต์ เส้นใยทั้งสี่ชนิดไม่ละลายที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม เมื่อต้ม เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์ชนิดอะโรมาติกจะละลาย ในขณะที่เส้นใยอีกสามชนิดยังคงไม่ละลาย คุณสมบัติการละลายนี้สามารถใช้แยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์ชนิดอะโรมาติกออกจากเส้นใยอีกสามชนิดได้ ใน N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ ความแตกต่างของการละลายระหว่างเส้นใยทั้งสี่ชนิดนั้นชัดเจนยิ่งขึ้น เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์ชนิดอะโรมาติกละลายที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งเป็นสภาวะการทดสอบที่ทำได้ง่ายและแยกแยะออกจากเส้นใยอื่นๆ ได้อย่างชัดเจน ภายใต้สภาวะไดเมทิลซัลฟอกไซด์ที่อุณหภูมิห้อง เส้นใยทั้งสี่ชนิดไม่ละลาย เมื่อต้ม เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์ชนิดอะโรมาติกและ P84 จะละลาย คุณสมบัติการละลายนี้สามารถใช้แยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์ชนิดอะโรมาติกออกจากเส้นใยเมตา-อะรามิดและพารา-อะรามิดได้

ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) สามารถใช้แยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเส้นใยเมตา-อะรามิดและพารา-อะรามิดได้โดยใช้วิธีการละลาย ส่วนเอ็น,เอ็น-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (NDM) และโซเดียมไฮโปคลอไรต์ (NSC) สามารถใช้แยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเส้นใยเมตา-อะรามิด พารา-อะรามิด และ P84 ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NDM นั้นใช้งานง่ายและเงื่อนไขการทดลองก็ง่ายต่อการควบคุม

2.4 ผลการวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปีอินฟราเรด

ตารางที่ 4 แสดงแถบการดูดกลืนหลักและความถี่ลักษณะเฉพาะของสเปกตรัมการดูดกลืนอินฟราเรดของเส้นใยทั้งสี่ชนิด


ในตารางที่ 4 พีคการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกปรากฏที่ 3379, 2923, 1704, 1505, 1361, 1081 และ 719 cm⁻¹ ลักษณะสเปกตรัมนี้แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากเส้นใยเมตา-อะรามิด พารา-อะรามิด และ P84 โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเส้นใย P84 ความแตกต่างนั้นชัดเจนมากและแยกแยะได้ง่าย จากข้อมูลนี้ สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดไม่เพียงแต่สามารถระบุเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกได้อย่างแม่นยำเท่านั้น แต่ยังสามารถแยกแยะออกจากเส้นใยอีกสามประเภทได้อย่างง่ายดายอีกด้วย

3. บทสรุป

(1) การเผาไหม้และกล้องจุลทรรศน์ วิธีการเผาไหม้สามารถแยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเส้นใยเมตา-อะรามิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่กล้องจุลทรรศน์สามารถใช้แยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเส้นใยพารา-อะรามิดและ P84 ได้ การผสมผสานวิธีการเผาไหม้และกล้องจุลทรรศน์เข้าด้วยกันจะช่วยให้สามารถแยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเส้นใยเมตา-อะรามิด เส้นใยพารา-อะรามิด และ P84 ได้ดียิ่งขึ้น

(2) วิธีการละลาย: โซเดียมไฮโปคลอไรต์และเอ็น,เอ็น-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์สามารถใช้แยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเส้นใยเมตา-อะรามิด เส้นใยพารา-อะรามิด และ P84 ได้ ในขณะที่ไดเมทิลซัลฟอกไซด์สามารถใช้แยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเส้นใยเมตา-อะรามิดและเส้นใยพารา-อะรามิดได้ ในบรรดาตัวทำละลายเหล่านี้ เอ็น,เอ็น-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์เป็นวิธีที่ง่ายและสะดวกที่สุดในการระบุเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติก และมีความเป็นไปได้สูงในการนำไปใช้งานจริง

(3) สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด: สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดสามารถแยกแยะเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกออกจากเมตา-อะรามิด พารา-อะรามิด และ P84 ได้ โดยการวิเคราะห์ตำแหน่งยอดลักษณะเฉพาะในสเปกตรัมการดูดกลืนอินฟราเรด ทำให้สามารถระบุเส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์อะโรมาติกได้อย่างแม่นยำ ส่งผลให้เป็นวิธีการระบุที่มีประสิทธิภาพสูง

จากผลการทดลองข้างต้น เส้นใยโพลีอะไมด์-อิไมด์ที่มีกลิ่นหอมสามารถระบุได้จากลักษณะสำคัญหลายประการ ได้แก่ เมื่อเผาไหม้จะเปล่งแสงสีแดง เมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์จะเห็นเป็นหน้าตัดวงกลม สามารถละลายได้ใน N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ที่อุณหภูมิห้อง และมีคลื่นความถี่เฉพาะในสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีอินฟราเรด ในการระบุในทางปฏิบัติ เราสามารถใช้ลักษณะใดลักษณะหนึ่ง หรือผสมผสานลักษณะหลายอย่างเข้าด้วยกันอย่างยืดหยุ่นเพื่อให้ได้การระบุที่แม่นยำและน่าเชื่อถือยิ่งขึ้น