化学纤维中二氧化钛含量检测方法的研究进展
摘要：本文介绍了目前现有的几种检测化学纤维中二氧化钛含量的方法，并将各种方法的优劣进行了比较，从而对化纤中二氧化钛含量的检测方法有个全面的认识，并对今后化纤中二氧化钛含量的测定进行了展望。
关键词：化学纤维；二氧化钛；含量；检测
1 二氧化钛在化学纤维中的应用
钛白粉消光剂的添加不仅对化学纤维的消光起重要作用，而且对纤维聚合物性能、机器磨损程度、过滤组件使用周期、纺丝的断头率、纤维的物理机械性能产生影响。因此，化学纤维中二氧化钛消光剂的用量一般不会太高，如微消光聚酯切片中钛白粉的加入量仅为0.07%；半消光切片为0.1%～0.3%，全消光切片加入量为0.5%～2.5%[1]。通常情况下，在实际应用中钛白粉的加入量在0.2%～0.5%时就可达到很好的消光和增白效果，得到与天然纤维相仿的不透明度，而且对纤维强度、延伸度无明显影响。
此外，二氧化钛消光剂的适用范围也很广，在化学纤维生产中，锦纶、涤纶、腈纶、粘纤、丙纶等都可选用钛白粉做消光剂，不同的是钛白粉在纤维生产中加入的时间段。如在锦纶6生产中，钛白粉是在己内酰胺中分散后参加聚合反应，然后在纺丝时分散到每根单丝中去。在锦纶66生产中，钛白粉是先于水中分散，然后在尼龙盐聚合过程中加入。而在聚酯纤维生产中，钛白粉是加入到乙二醇中且均匀分散后，再在聚合中加入。在腈纶生产中，钛白粉是在硫氰酸钠水溶液中分散后混入聚丙烯腈纺丝原液中，得到含有定量消光剂的均匀消光原液，从而纺得消光纤维。在粘纤的生产中，消光粘胶丝的生产工艺有两种，一种是整体加入法，即将钛白粉配成悬浮液，在粘胶生产过程的磺化或溶解工序加入，直接借助设备的搅拌，均匀分散于粘胶中。第二种是纺丝前注射法，借助于一套纺丝前注射装置，把配成悬浮液钛白粉在纺丝机前与粘胶均匀混合后注入纺丝机。对于消光丙纶的生产，钛白粉主要是以色母粒的方式加入[2-3]。
2 化学纤维中二氧化钛含量的检测方法
目前，化学纤维中二氧化钛含量的测定还没有建立相关的统一的方法标准，常见的检测方法主要有紫外可见分光光度法、XRD法、ICP-AES法、ICP-MS法以及灰化法等。
2.1 紫外可见分光光度法（UV法）
紫外可见分光光度法是目前检测聚酯切片及腈纶中二氧化钛含量的普遍方法[4-5]。它的测试原理是二氧化钛在加热的条件下可溶于强酸，溶解后的四价钛离子能与过氧化氢形成黄色的络合物，使用分光光度计在410nm处测定其吸光度，从而达到定量检测的目的。该测试方法的难点在于要使化纤中的二氧化钛完全均匀溶解在测试溶液中，要达到这种效果，一般采用焦硫酸钾法和浓硫酸加硫酸铵法这两种方法。罗敏[6]采用焦硫酸钾法和浓硫酸加硫酸铵法两种方法，测定聚酯纤维中的二氧化钛含量。结果发现采用浓硫酸加硫酸铵法比较快捷方便，只要一次加热就能把二氧化钛转变成可溶性物质，而焦硫酸钾法需要二次加热，费时，而且需要添加高温电炉等设备，在灰化过程中还有毒气放出，具有一定危险性。综合比较后认为，浓硫酸加硫酸铵法样品处理方法简便，在保证检测精度的前提下更能实现快速、正确的检测要求。
此外，针对紫外可见分光光度法灵敏度及准确性的不足之处，姚燕春[7]等改进了样品量及溶液酸度的控制，将原有的灵敏度从0.01%提升至0.0001%，而刘加平[8]通过提高称样量并使用高氯酸替代过氧化氢褪色，提高了紫外分光光度法的准确率。
2.2 X射线衍射法（XRD法）
在GB/T 14190—2008《纤维级聚酯切片（PET）试验方法》[4]中还提供一种二氧化钛的定量检测方法——X射线衍射法。该法的测试原理是钛元素在X射线作用下能够产生荧光。在试样表面，荧光强度与钛元素含量成正比。通过测试试样表面荧光强度，定量其中二氧化钛含量。测试过程中要使用热压机将聚酯切片制作成测试样板，并根据二氧化钛标样样板制作的标准曲线确定样品中二氧化钛的具体含量。该方法仅适用于颗粒状的聚酯切片，不适用于纤维状的聚酯。
2.3 ICP-AES法
ICP-AES法，即采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定化纤中的二氧化钛的含量。其原理是利用四价钛离子与过氧化氢生成黄色络合物的显色反应，采用ICP-AES测定其吸光值，根据其吸光值对应标准曲线得到溶液中钛的浓度，并计算出二氧化钛含量。
华正江等[9]采用ICP-AES法测定聚酯切片中的二氧化钛、灰分含量。结果发现，ICP-AES法测得二氧化钛的加标回收率为98%～102% ，相对标准偏差为0.62 （n=8），其准确度、精密度和可靠性都较分光光度法优秀，尤其是当化纤中二氧化钛含量较低，低于0.5g/mL时，由于标准曲线中钛含量的范围为0～16mg/L，标准曲线中段的钛含量和测试样品溶液中的钛含量有近一个数量级的差异，从而导致在测试极低钛含量的样品溶液时标准曲线的线性关系差，数据偏离大，而ICP-AES法检测限较低，可以很好地满足微消光化纤中二氧化钛含量的检测需求。
2.4 ICP-MS法
ICP-MS法，即采用电感耦合等离子体质谱联用仪测定化纤中的二氧化钛的含量。花金龙[10]等采用湿法和微波法对聚酯纤维样品进行消解，再利用电感耦合等离子体质谱联用仪对样品中TiO2含量进行了测定。测试结果显示，湿法消解的检出限比微波消解的低，湿法消解平均测定值大于微波消解，同时加标回收试验结果也证明，湿法消解更有利TiO2的消解，可实现TiO2含量的准确测定。
2.5 灰化法
灰化法是利用二氧化钛耐高温的特性（TiO2的熔点为1800℃，TiO2粉末冷却时为白色，受热则呈浅黄色）来进行二氧化钛含量的检测。灰化法相较于其他几种方法，其最大的优势在于不需要任何化学试剂就能进行二氧化钛的检测，且步骤简单，设备要求不高，比较适合日常检验。但其准确性并未得到充分验证且相对差异率较高，故并未得到广泛的使用。
陈士琢等[11]采用灼烧法将醋酯纤维丝束灰化，通过剩余的固体物（包括TiO2和纯醋酯纤维丝束本身的灰分在内的总灰分），计算醋酯纤维丝束中的TiO2含量，结果显示，不同醋酯纤维二氧化钛含量的相对差异率均在20%以下，满足测试的要求。
3 结语
化学纤维中二氧化钛的检测方法各有不同，但是每种方法都有其自身的优势与不足，故在选择方法时，必须首先考虑方法的准确性和适用性。在保证准确、适用的前提下，应选用最简便、最快速和最安全的方法，同时也必须考虑设备条件等客观因素。此外，也应该进一步建立一种统一的、适用于不同化学纤维的二氧化钛检测方法标准，以便进一步规范化学纤维产品质量的控制，提高我国化学纤维的整体品质。
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[10] 花金龙，姜逊，张玉莲，等. ICP-MS法测定聚酯纤维中TiO2的含量[J]. 化学分析计量，2011， 20（2）： 30-31.
[11] 陈士琢，蔡剑锋.进口醋酯纤维丝束中二氧化钛 （TiO2） 含量测定方法的探讨[J]. 纤维标准与检验，1992， （11）： 13-14.
（作者单位：上海市纤维检验所）