一种纤维不同状态水含量的表征方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纤维水含量测试领域，特别是涉及一种利用低场核磁的方法表征纤维 不同状态水含量的方法。
【背景技术】
[0002] 理想舒适性服用纤维在水分管理方面具有吸湿快干的特点，常规的合成纤维如聚 酯纤维缺乏吸湿基团，对水分的吸附能力差易产生闷热、静电现象。天然纤维如棉纤维含 有大量的吸湿官能团可以对水分形成氢键，但结合力大难于脱附造成了吸湿凉感。纤维对 水分的吸附种类及强弱对舒适性具有重要影响。纤维吸湿基团、超分子结构及表面微孔结 构形成了吸附水分的多样化。围绕纤维不同状态水含量表征方面还没有形成较为科学的 方法，这一方面是由于聚合物本身体系复杂性，另一外方面先进科学测试手段并未普及。 在聚合物与水结合形式研究中，目前主要以差式扫描量热仪方法（DSC)与1H-NMR为主。 Analysisofthestateofwaterinpolyvinylpyrrolidoneaqueoussolutionsusing DSCmethod中Furushima等人利用DSC对聚乙稀吡略烧酮水溶液中聚合物与水分子的结合 形式进行表征，在Identificationofthethermaltransitionsinpotatostarchat lowwatercontentasstudiedbypreparativeDSC中Peter同样借助DSC对天然高分 子的含水量进行测试。DSC方法在一定程度上反映了聚合物对水分吸附量，但是建立在多个 吸附假设方面：（1)聚合物吸附的水分从内部结构到外部结构水分扩散过程忽略；(2)将聚 合物在升温过程中〇°C对应的吸热焓为自由水部分。基于这些假设进行测试计算的结果与 聚合物实际吸附量存在较大的差异。通过 1H-NMR对样品水含量表征需要用氘代试剂将样 品超分子结构破坏，样品与水结合的形式被破坏，在溶解过程中通常还会借助加热或微波 使得水分易从核磁管中逸出，测试结果误差较大。
[0003] 从服用纤维机理研究及舒适性评价方面，简单的将纤维所吸附的水分归结为外在 水与内在水已经不能满足目前研究的要求。而应该根据纤维内部结构吸附强弱定量将吸附 水的种类及分布进行表征。纤维吸附水分的种类及强弱不仅影响其作为服用纤维的舒适 性，同时所吸附的水分亦对纤维本身结构产生作用，将纤维吸附的水分按照吸附机理的差 异分为：结合水、中间水及表面的自由吸附水更为合理。纤维中强吸附结合水形成过程伴随 着热量的变化；中间态的水分可以使纤维产生溶胀现象，造成纤维尺寸稳定性下降；表面 吸附水可以形成快吸易脱附的效果。
[0004] 因此，对纤维中不同状态水含量进行定量表征可以进一步阐明纤维吸湿机理建立 不同类别纤维的吸附模型，同时为从人体对服用纤维舒适度角度考虑设计新型纤维提供了 科学依据。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是提供一种纤维水含量的表征方法，特别是涉及一种利用低场核磁的 方法表征纤维不同状态水含量的方法，解决了如何定量表征纤维不同状态水含量的问题。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种纤维不同状态水含量的表征方法，其特征 在于，包括：
[0007] 步骤1 :对待测试的纤维样品进行去油剂预处理，冷冻干燥；
[0008] 步骤2 :将冷冻干燥后的纤维样品放入去离子水中浸润并擦拭表面自由水，或者 将冷冻干燥后的纤维样品放入标准温湿度环境下进行水分吸附平衡；
[0009] 步骤3 :对纤维样品进行低场核磁测试，获得纤维样品的横向弛豫时间1~2谱，计算 单位质量纤维样品1谱中不同状态水产生的各谱峰的积分面积；
[0010] 步骤4 :配制不同浓度的标准样品，对标准样品进行低场核磁测试，建立标准样品 的T2谱中不同状态水产生的各谱峰的积分面积与溶液质量关系；
[0011] 步骤5 :根据步骤3得到的单位质量纤维样品T2谱中不同状态水产生的各谱峰的 积分面积以及步骤4得到的标准样品的T2谱中不同状态水产生的各谱峰的积分面积与溶 液质量关系，计算纤维样本中不同状态水含量。
[0012] 优选地，所述的步骤2中的标准温湿度环境为20°C、65RH%。
[0013] 优选地，所述的步骤1中的纤维样本为合成纤维或天然纤维。
[0014] 更优选地，所述的合成纤维为聚酯纤维、尼龙、腈纶、维尼纶、丙纶及其改性纤维中 的一种。
[0015] 更优选地，所述的改性合成纤维为共聚改性纤维。
[0016] 更优选地，所述的天然纤维为纤维素纤维。
[0017] 优选地，所述的步骤2中的浸润时间为12-36小时，所述的水分吸附平衡的时间为 12-36小时。
[0018] 优选地，所述的步骤3中纤维样品1~2谱中不同状态水产生的各谱峰包括结合水产 生的谱峰T21、中间水产生的谱峰T22和表面吸附水产生的谱峰T23。
[0019] 更优选地，在计算结合水产生的谱峰T21的积分面积A21、中间水产生的谱峰T22的 积分面积A22和表面吸附水产生的谱峰T23的积分面积A23时，不同谱峰间以两峰之间的最低 点或谱峰的转折点为界。
[0020] 优选地，所述的标准样品的1~2谱中不同状态水产生的各谱峰的积分面积与溶液质 量关系为y=cX+d，其中，y为不同状态水产生的各谱峰的积分面积，X为不同浓度的标准 样品的质量。
[0021] 优选地，所述的步骤4中的标准样品以去离子水与氯化锰（MnCl2)为原料配制得 到。
[0022] 优选地，所述的步骤4中的不同浓度的标准样品通过等间隔质量地取MnCl2配制 而成，浓度配置误差小于或等于5%。
[0023] 优选地，所述的步骤4中，先对不同浓度的标准样品进行低场核磁测试，建立标准 样品的T2谱中的横向弛豫时间T2与标准样品的浓度C之间的关系1/T2=a+b*C，确定标准 样品的适合的浓度范围，所述的适合的浓度范围所对应的横向弛豫时间1的范围包含不同 状态水产生的各谱峰；然后再配制在所述的适合的浓度范围中的不同浓度的标准样品，建 立标准样品的T2谱中不同状态水产生的各谱峰的积分面积与溶液质量关系。
[0024] 优选地，所述的步骤3和步骤4中的低场核磁测试均在温度32°C、相对湿度65% 条件下进行。
[0025] 与现有技术方法相比，本发明的有益效果为：
[0026] (1)本发明采用低场核磁方法，所述的低场核磁方法是根据纤维吸附的水，在外场 强度下从平衡所经过的弛豫时间的差异进行分类精度高，可以实现准确计算，具有科学理 论依据；
[0027] (2)本发明测试的样品无需经过特别的处理过程，无需传统1H-NMR表征方法中使 用的氘代试剂，更加环保、高效；
[0028] (3)本发明测试过程对样品无损伤、无损耗，测试特别适合量少的样品，不受测试 过程外界因素的干扰。
[0029] (4)本发明同时适用于对于模拟人体静态气态吸湿性和人体动态液态吸水性的测 试，对于模拟人体静态气态吸湿性将纤维样品放入到标准温湿度气氛中进行平衡；模拟人 体动态液态吸水性将纤维样品浸没在去离子水中后，擦拭样品表面的水分进行测试。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明测量纤维不同状态水含量的方法流程图
[0031] 图2冷冻干燥处理后纤维及浸没在液态去离子水中平衡24h后纤维样品的横
[0032] 向弛豫时间T2谱图
[0033] 图3不同质量标准样品T2信号强度谱图
[0034] 图4标准样品低场核磁T2谱拟合的标定曲线图
【具体实施方式】
[0035] 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发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，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。
[0036] 本发明主要是通过低场核磁共振技术测试纤维中不同状态水分含量。对于纤维样 品，低场核磁共振技术测试的是样品中H原子核在去除外场下