PHBV/PLA共混長絲性能及上漿工藝研究

陳艷華 王瑄

PHBV/PLA共混長絲性能及上漿工藝研究

陳艷華 王瑄

通過PHBV與PLA熔融共混紡絲制備PHBV/PLA長絲，并通過改變上漿方案對PHBV/PLA長絲進行上漿實驗。通過對純PLA長絲和未上漿的PHBV/PLA長絲以及上漿的PHBV/PLA長絲的強伸性能、吸濕性能、沸水收縮率和外觀形態的測試分析，討論了熔融共混紡絲制備PHBV/PLA長絲上漿方案。

PHBV；PLA；長絲；上漿工藝

PHBV（聚羥基丁酸戊酸共聚酯）在寧波有較好的生產條件，它是一種生物高分子聚酯，是以可再生資源——淀粉為主要原料，通過淀粉糖加丙酸發酵的生物工程生產PHBV，它具有良好的生物相容性、生物降解和生物可吸收性，在各種環境中都具備完全的生物降解能力，其分子降解或灰化后，形成二氧化碳氣體，不對土壤和空氣產生毒害。然而由于PHBV本身的缺點，如結晶速率慢、結晶度高、熱穩定性差、斷裂伸長率低以及成型加工困難等，極大地限制了PHBV的應用，因此，研究人員過物理改性(也稱共混改性)和化學改性對其進行改性，試圖提高PHBV的性能，拓展其應用。然而，對于PHBV與PLA共混改性研究的報道仍以制備復合材料或復合纖維膜為主[1-5]。本文采用PHBV與PLA共混熔融紡絲制備PHBV/PLA共混長絲來拓展PHBV的紡織應用，通過對上漿前后PHBV/PLA共混長絲的結構及物理性能的測試分析，掌握纖維的基本性能，為后續合理設計織造工藝、染整工藝，且開發出性能優異的新產品奠定基礎。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

PHBV/PLA共混長絲，共混比為30/70，規格為109dtex/72f；PLA長絲，規格為109dtex/72f。以上兩種長絲均由中國科學院寧波材料技術與工程研究所制備。

長絲專用漿料A，寧波新大昌織造有限公司提供；長絲專用漿料B，PS-320A型，立明集團提供。

1.2 試驗設備

全電子式單紗上漿機，GA392型，江陰市通源紡機有限公司；電子單紗強力儀，YG0G1F型，萊州元茂儀器有限公司；電子恒溫鼓風干燥箱，DHG-9053A型，上海精宏實驗設備有限公司；電子天平，AB204-N型，梅特勒托利多儀器(上海)有限公司；通風式快速八籃恒溫烘箱，YG747型，寧波紡織儀器廠；彩色閉路監控攝像機，WV-CP470/CH型，蘇州松下系統科技有限公司；縷紗測長儀，YG086，寧波紡織儀器廠。

1.3 漿紗工藝

本研究選用兩種漿料，一種是新寧波新大昌織造有限公司提供（長絲專用漿料A），另一種是立明集團提供（長絲專用漿料B）。通過對漿料含固量，漿紗工藝參數設置的改變進行漿紗實驗。漿紗過程中未添加其他任何助劑。根據漿料和漿紗工藝不同，將漿紗方案分為3種，列于表1中。

表1 漿紗方案及工藝參數表

1.4 性能測試

1.4.1 強伸性能測試

用YG0G1F型電子單紗強力儀對長絲進行力學性能測試，拉伸性能主要包括強力和伸長兩方面。參照GBT14344-2008《化學纖維長絲拉伸性能試驗方法》[6]對樣品進行測試。夾持距離500mm，拉伸速度500 mm/min，預加張力5cN，每一試樣測試50次。將實測數據取平均值。

1.4.2 吸濕性能測試

參照GBT6503-2008《化學纖維回潮率試驗方法》[7]對長絲進行測試。取試樣約10g，放入稱量盒一起稱量，精確至0.001g；開啟烘箱電源開關盒分源升溫開關，并將烘箱的溫度計調整到所需控制溫度105±2°C；將已裝試樣的稱量盒放入烘箱，打開稱量盒蓋，將試樣烘干2h后，迅速蓋上稱量盒蓋放入干燥器，冷卻至室溫后稱量。稱量前應瞬時打開盒蓋在蓋上。纖維與紡織材料的吸濕性用回潮率W和含水率M來表示?；爻甭蔠和含水率M的計算公式為：

式中：G為未干燥樣品的重量；G0為干燥樣品的重量。將測試所得數據按照公式計算出樣品的回潮率W和含水率M。

1.4.3 沸水收縮率測試

測量長絲經沸水處理前的長度和處理后的長度，可以計算沸水收縮率。參照GBT 6505-2008《化學纖維長絲熱收縮率試驗方法》[8]對長絲進行測試。采用小絞試驗法。用周長為1m的紗框測長器，卷曲25m長的樣絲，成為一小絞，進行煮前平衡，平衡時間為2h。然后掛在立式量尺上，并掛5cN預加張力重錘，30s后測量其煮前長度。把各絲絞扭成8字形，再對折使之形成四層圈狀，按順序用網袋包好，放在沸水中煮30min，取出水平放置，打開包裝取出試樣，用吸水紙吸干水份。在無張力和松弛狀態下將試樣置于烘箱中55±5°C烘干。將烘干后的試樣松弛無張力地掛起，進行熱處理后平衡，時間4h以上。再將平衡后的干燥試樣掛在立式直尺上，掛上5cN預加張力重錘，30s后測量其煮后收縮長度。沸水收縮率的計算公式為：

式中：L0為煮前長度（cm）；L1為煮后長度（cm）。將測試所得數據按照上述公式計算出樣品的沸水收縮率。

1.4.4 形態結構分析

取一段長絲，整理平直，按在載玻片上，另一只手蓋上蓋玻片，使附在載玻片上的纖維平直；然后在蓋玻片的兩對頂角上各滴一滴甘油，使蓋玻片粘著并增加視野的清晰度。通過改變放大倍數，得到清晰顯微鏡照片。

2 結果與討論

2.1 長絲強伸性能

按照GBT 14344-2008《化學纖維長絲拉伸性能試驗方法》對未上漿PLA長絲和PHBV/PLA長絲以及不同上漿方案的PHBV/PLA長絲樣品進行強伸性能測試，測試結果列于表2中。

表2 PLA長絲和PHBV/PLA長絲強伸性能測試結果

由表2可以看出，未上漿PHBV/PLA長絲的斷裂強度約是純PLA長絲的斷裂強度1/2，但是，上漿后PHBV/PLA長絲的斷裂強度有所變化，按方案3上漿的PHBV/PLA長絲的斷裂強度較未上漿長絲提高了約33%，這表明方案3上漿后的PHBV/PLA長絲更有利于上機織造。紗線的斷裂伸長率反映紗線的彈性大小，斷裂伸長率大則紗線的彈性較大，對于上漿經紗，斷裂伸長率還反映漿膜的堅韌性，斷裂伸長率大則漿膜堅韌完整，在織造過程中不易落漿[9]。斷裂伸長率測試結果可以看出，未上漿PHBV/PLA長絲的斷裂伸長率大于純PLA長絲的斷裂伸長率，表明未上漿PHBV/PLA長絲的彈性大于純PLA；因為方案2上漿后的PHBV/PLA長絲斷裂伸長率大于方案1和方案3上漿后的PHBV/PLA長絲，所以方案2上漿后的PHBV/PLA長絲漿膜堅韌更為完整。

2.2 長絲吸濕性能

對未上漿PLA長絲和PHBV/PLA長絲每種樣品選取5個試樣進行吸濕性能測試。測試按照GBT 6503-2008《化學纖維回潮率試驗方法》進行，測試結果列于表3中。

由表3可以看出，未上漿PHBV/PLA長絲的回潮率和含水率均大于PLA長絲。因材料吸濕性對其力學性能影響很大，絕大多數纖維隨著回潮率的增加而強力下降[7]。結合表2中的測試結果可以看出，未上漿PHBV/PLA長絲的斷裂強度比純PLA長絲的斷裂強度減小了一半。另外，所有纖維的斷裂伸長率都隨著回潮率的升高而增大，表2中的斷裂伸長率值也體現了這一理論。

表3 未上漿長絲吸濕性能測試結果

2.3 長絲熱收縮性能

按照GBT 6505-2008《化學纖維長絲熱收縮率試驗方法》對未上漿PLA和PHBV/PLA長絲做沸水收縮率測試，并按公式3求出兩種長絲的沸水收縮率列于表4中。

化學纖維是線型或支鏈型的高分子聚合物，在加工過程中已經過了多次的拉伸和熱定型，大分子間的取向和結晶已達到了一定的程度。但由于大分子間還有一定的內應力，當纖維遇干熱和濕熱時，會改變原來大分子間的取向度與結晶狀態，松弛了有序排列的分子鏈段，發生了鏈折疊和重結晶現象，使纖維產生了不可逆的收縮[10]，由表4可以看出，與純PLA長絲相比，PHBV/PLA長絲的沸水收縮率明顯減小，說明與純PLA長絲相比，PHBV/PLA共混長絲分子間的取向度較好且結晶較為完整。因此，PHBV/ PLA長絲織物的尺寸穩定性也好于PLA長絲織物。

表4 未上漿PLA和PHBV/PLA長絲沸水收縮率測試結果

2.4 長絲外觀形態

對未上漿和不同方案上漿的PHBV/PLA長絲在顯微鏡下觀察，得到一組圖片，如圖1所示。

從圖1 PHBV/PLA未上漿長絲和上漿長絲的顯微鏡照片（放大40倍）可以看出，方案1和方案3上漿后的PHBV/PLA長絲表面被覆完整，滲透較好，漿紗表面均勻、光滑，且上漿后長絲抱合較好。然而，用方案2上漿后的PHBV/PLA長絲表面被覆完整，但抱合差，單纖維處于完全分散狀態，不能用于上機織造。

3 結語

1）通過對未上漿PHBV/PLA長絲和純PLA長絲的強伸性能、吸濕性能和沸水收縮率的測試分析表明，未上漿的PHBV/PLA長絲的斷裂強度約低于純PLA長絲的斷裂強度，而斷裂伸長率大于純PLA長絲的斷裂伸長率；未上漿PHBV/PLA長絲的回潮率和含水率均大于純PLA長絲；與純PLA長絲相比，未上漿PHBV/PLA長絲的沸水收縮率明顯減小。

2）通過對不同方案上漿后的PHBV/PLA長絲的強伸性能測試分析表明，按方案3上漿的PHBV/PLA長絲的斷裂強度提高，且斷裂伸長率減小，更易于上機織造；方案2上漿后的PHBV/PLA長絲漿膜堅韌更為完整。

3）通過對未上漿和不同方案上漿的PHBV/PLA長絲外觀形態觀察結果表明，方案1和方案3上漿后的PHBV/PLA長絲上漿效果較好。

圖1 PHBV/PLA未上漿長絲和上漿長絲顯微鏡照片（放大40倍）

[1] Boufarguine Majdi, Guinault Alain, et al. PLA/PHBV Films with Improved Mechanical and Gas Barrier Properties[J]. MacromolecularMaterials and Engineering, 2013, 298(10):1065-1073.

[2]Zembouai Idris,Kaci Mustapha, et al. A study of morphological, thermal, rheological and barrier properties of Poly(3-hydroxybutyrate-Co-3-Hydroxyvalerate)/ polylactide blends prepared by melt mixing[J]. Polymer Testing, 2013, 32(5): 842-851.

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[5]Zhao Haibin,Cui Zhixiang, et al. Processing and characterization of solid and microcellular poly(lactic acid)/polyhydroxybutyrate-valerate (PLA/PHBV) blends and PLA/PHBV/Clay nanocomposites[J]. Composites Part B-Engineering, 2013, 51: 79-91.

[6]中國國家標準化管理委員會.GBT 14344-2008中國標準書號[S].北京：中國標準出版社，2008.

[7]中國國家標準化管理委員會.GBT 6503-2008中國標準書號[S].北京：中國標準出版社，2008.

[8]中國國家標準化管理委員會.GBT 6505-2008中國標準書號[S].北京：中國標準出版社，2008.

[9]賈立霞，劉君妹.噴水織機滌綸短纖經紗用漿料配方的選擇[J].上海紡織科技，2011,39（2）：31-33.

[10]姚穆.紡織材料學（第二版）[M].北京：中國紡織出版社，1990:322-347.

（責任編輯：田犇）

服飾行業進軍銀行領域“美邦版”銀行注資縮減

服飾行業涉足銀行領域的熱潮依舊涌動，由均瑤集團和美邦服飾發起的，上海第一批民營銀行“華瑞銀行股份有限公司”如今又有了新動態。

日前，美邦服飾發布公告，董事會確定華瑞銀行的注冊資本為30億元，美邦服飾持股比例仍為15%，擬出資額為4.5億元。

此次公布有關華瑞銀行的注冊資本較11月公布的35億元注冊資本減少14.2%。美邦服飾持股比例仍為15%，擬出資額較之前公布的減少0.75億元。據美邦服飾三季報顯示，美邦服飾報告期內營業收入17億元，上年同期減少16.02%，歸屬上市公司股東凈利潤0.47億元，上年同期減少70.57%。業內人士指出，由于服裝市場的不景氣，此后該公司的經營業績仍有下降壓力。

據了解，服飾行業進軍銀行領域，美邦服飾并不是第一家。去年，百圓褲業發布公告，稱擬參與山西省民營銀行的設立事宜；主營品牌女裝的朗姿股份也發布公告，稱參與籌建設立民營銀行已獲預先核準。

雅戈爾因為其投資的寧波銀行權益計入合并報表，投資凈利潤大幅增加。一季度，雅戈爾投資業務實現凈利潤8.7億元，其中寧波銀行貢獻8億元，占比92%。(摘自中國紡織經濟信息網2014-12-16)

On the Performance and Sizing Process of PHBV/PLA Blend Filaments

CHEN Yan-hua WANG Xuan

PHBV/PLA blend filaments have been prepared by means of melt blending and sizing experiments of PHBV/PLA blend filamenthave been made by changing the sizing programs.Based on the testand analysis of the strength and elongation,the moisture absorption,the boiling water shrinkage and the appearance of the pure PLA filaments,and the unsized and sized PHBV/PLA filaments,the paper discusses the sizing program of PHBV/PLA filaments.

PHBV;PLA;filament;sizing process

TQ325.3 TS193.6

C

1674-2346（2014）04-0001-05

10.3969/j.issn.1674-2346.2014.04.001

2014－06－12

浙江紡織服裝職業技術學院科研創新團隊項目[編號：2012-T-002]，浙江紡織服裝職業技術學院重大項目

[編號：2012-2A-001]，寧波市科研創新團隊項目[編號：2012B82014]

陳艷華，女，浙江紡織服裝職業技術學院，寧波市先進紡織技術與服裝CAD重點實驗室。研究方向：生物基纖維面料開發與應用（浙江 寧波 315211）