PLA/PHBV共混纖維溶液的紫外光譜分析

楊福斌 關立平 翟震宇 朱軍軍 沈華

摘 要：為了了解PLA/PHBV共混纖維的光學性能，將PLA/PHBV共混纖維溶解于NaOH溶液中，對溶液的紫外吸收光譜進行了系統的測試與分析，探討了溶液的紫外光吸收特點，研究了溶液特征峰、吸光度與NaOH濃度、纖維濃度、溶解時間、溶解溫度以及測試溫度的關系。結果表明：PLA/PHBV共混纖維溶液的紫外特征峰位于231nm處。NaOH的濃度越大，對溶液的吸光度影響越大，當纖維濃度較高時，溶液的吸光度與纖維的濃度成線性關系。纖維分子在NaOH溶液中會發生降解，但溶液在常溫狀態下具備較好的穩定性。

關鍵詞：PHBV;纖維;紫外光譜

中圖分類號：TS157? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：B? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-2346（2021）01-0014-05

PLA/PHBV共混纖維簡稱PHBV纖維，是以 -羥基丁酸-羥基戊酸共聚物（PHBV）為基體，加入一定量的聚乳酸（PLA），通過熔融紡絲而制得的一種新型可降解的紡織纖維材料，[1]它克服了PLA纖維耐熱性差的缺點[2]，又具有良好的生物可降解性[3]、生物組織相容性[4]和抗凝血性[5]等獨特優點，使其在工業、農業、包裝、生物醫學等領域有著廣泛的應用前景[5]。PHBV與PLA具有相似的分子結構，[6]其分子結構如圖1所示。

PLA/PHBV共混纖維已經在紡織品領域得到了廣泛的應用，但對該纖維光學性能的研究未見報導。本研究將PLA/PHBV共混纖維溶解于一定濃度的NaOH溶液中，對溶液的紫外光譜進行測試與分析，探討纖維的紫外光學性能。

1? ? 實驗材料與藥品

PLA/PHBV共混纖維長絲（寧波新大昌紡織有限公司，1.5D）、NaOH（分析純AR）、去離子水（自制）。

2 實驗設備、內容與方法

2.1 實驗設備 UV-1801紫外/可見分光光度計（北京北分瑞利分析儀器公司）、FA2004S電子天平（萬分之一）、HH-6數顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）、燒杯、50ml比色管、玻璃棒、量筒、500ml燒瓶、移液管，溫度計、剪刀。

2.2 實驗內容與方法

NaOH溶液的配制：先用量筒量取一定體積的去離子水放入燒杯，然后根據所需NaOH溶液的濃度稱取一定量的NaOH，邊攪拌邊加入裝有去離子水的燒杯中，直至完全溶解，然后將溶液倒入溶量瓶中定積，得到相應濃度的NaOH溶液。

纖維溶液的配制：用移液管移取一定量的NaOH溶液加入比色管，在水浴鍋中加熱到一定溫度后，再稱取一定量洗干凈的纖維，剪碎后放入NaOH溶液，使PLA/PHBV共混纖維溶解后達到一定的濃度，蓋好后不停振蕩使纖維逐漸溶解，溶解后在溶解溫度條件下靜置相應的時間，靜置時間計入溶解時間。

纖維溶液的紫外光譜檢測：以去離子水為參比，在紫外/可見分光光度計上測試各試樣的吸收光譜。光譜范圍取215nm～500nm，先對溶液進行波長掃描，獲取溶液的紫外吸收光譜，再分別測試各試樣的特征吸收峰的吸光度（A）。每個試樣測10次，A值取平均值。

3 結果與討論

3.1 纖維溶液的可見/紫外吸收光譜

50g/L NaOH溶液的可見/紫外吸收光譜如圖2所示，測試溫度25℃。從圖中可以發現，NaOH溶液在229nm處出現了明顯的特征吸收峰。

圖3是PLA/PHBV共混纖維溶液的可見/紫外吸收光譜，其中NaOH濃度為50g/L，纖維濃度為1g/L，纖維溶解溫度25℃，溶解時間24h，測試溫度25℃。圖中顯示，纖維溶液的吸收特征峰非常顯著，且只有一個峰值，但其峰值出現在231nm處。

3.2? ? NaOH濃度對纖維溶液紫外光譜的影響

圖4是不同濃度NaOH溶液在229nm處的紫外吸收特征峰值的關系曲線，測試溫度為25℃。吸光度與NaOH的濃度呈現出明顯的線性關系，NaOH濃度越高，吸光度越高。

將1g/L量的PLA/PHBV共混纖維在25℃下溶解于不同濃度的NaOH溶液中，溶解時間24h，在25℃條件下測試溶液的可見/紫外吸收光譜，發現在231nm處均有唯一的顯著吸收峰，與圖2相似，PLA/PHBV共混纖維溶液在231nm處的吸光度與NaOH濃度的關系曲線如圖5所示。圖5顯示，在纖維濃度一定的條件下，溶液的吸光度受到了NaOH濃度的影響，起初溶液的吸光度隨著NaOH濃度的增高而有所增大，當NaOH濃度超過60g/L后，隨著NaOH濃度的繼續增大，溶液的吸光度卻呈現逐漸下降的趨勢。這主要是由于NaOH與PLA/PHBV共混纖維具有不同的特征吸收峰，在NaOH溶液中溶入PLA/PHBV共混纖維后，兩者的吸光性產生了交叉影響，導致特征吸收峰從229nm處偏移到231nm處，且混合溶液的吸光度與NaOH濃度不呈線性關系，當NaOH的濃度超過60g/L后，NaOH對混合溶液吸光度的影響增大，導致纖維溶液在231nm處的吸光度呈現出下降的趨勢。這說明，NaOH對PLA/PHBV共混纖維在特征吸收峰的吸光度有負面影響，NaOH含量越高，這種負面影響越大，但在NaOH濃度低于100g/L的條件下并沒有影響特征吸收峰的波長。

3.3? ? 纖維濃度對其溶液紫外光譜的影響

不同PLA/PHBV共混纖維溶液的可見/紫外吸收光譜的特征吸收峰的吸光度如圖6所示，NaOH濃度為50g/L，纖維溶解溫度25℃，溶解時間24h，測試溫度25℃，特征吸收峰均在231nm處。圖6表明，隨著PLA/PHBV共混纖維溶液濃度的增大，溶液的吸光度增大，當纖維濃度超過0.8g/L后，溶液的吸光度與纖維的濃度呈明顯的線性關系。這說明，當纖維的濃度較小時，其溶液的吸光度受NaOH的影響較大，隨著纖維濃度的增大，NaOH對溶液的吸光度影響減弱，當纖維濃度超過0.8g/L后，NaOH對溶液吸光度的負面影響已經很小。這表明，在50g/LNaOH溶液中，0.8g/L以上的PLA/PHBV共混纖維溶液吸光度曲線可以有效地反映纖維的紫外吸光性能。

3.4? ? 溶解時間對纖維溶液紫外光譜的影響

將PLA/PHBV共混纖維以2g/L濃度溶解于50g/L的NaOH溶液中，25℃靜置不同時間后測試溶液的紫外吸光度，將靜置時間計入溶解時間，在25℃條件下測試所得溶解時間與溶液吸光度的關系曲線如圖7所示。圖7顯示，溶解時間在低于80h范圍內，纖維溶液的吸光度基本保持穩定，說明此時纖維溶液處于穩定狀態;而在溶解時間超過80h后，纖維溶液的吸光度呈現出明顯下降的趨勢，說明纖維大分子在NaOH溶液中經過長時間的溶解后會發生一定程度的降解，80h后纖維的吸光度顯著下降，時間越長，吸光度越低。要使PLA/PHBV共混纖維溶液保持較穩定的狀態，溶液不能放置過長的時間，而溶解時間過短有可能造成纖維溶解不完全，造成溶液紫外吸光度不穩定。因此，穩定溶液的溶解時間不要超過80 h。

3.5? ? 溫度對纖維溶液紫外光譜的影響

3.5.1? ? 溶解溫度

PLA/PHBV共混纖維是一種可以自然降解的纖維，圖7顯示纖維在NaOH溶液中溶解后也會發生降解。溶解溫度對溶液吸光性能的影響如圖8所示，NaOH濃度50g/L，纖維濃度1g/，溶解時間24h，測試溫度25℃。從圖8可以看出，PLA/PHBV共混纖維溶液的吸光度受到了溶解的影響。當溶解濕度在10℃～30℃范圍內時，溶解溫度的變化對溶液在24小時內的吸光度沒有顯著影響，對纖維高分子的降解影響不大;但超過30℃后，隨著溫度的升高，溶液的吸光度明顯下降，說明在較高溫度環境下，PLA/PHBV共混纖維在NaOH溶液中的降解速度加快，溫度越高，降解越快。

3.5.2? ? 測試溫度

圖9顯示了PLA/PHBV共混纖維溶液在不同測試溫度條件下得到的紫外吸收峰吸光度，NaOH濃度50g/L，纖維濃度1g/L，溶解時間24h，溶解溫度25℃。圖中曲線說明，溶液在較低溫度下（不高于30℃）吸光度幾乎不受測試溫度的影響，但當溫度較高時，溶液的吸光度變化較大，一方面可能是由于在較高溫度條件下測試時可見/紫外分光光度計內產生了水蒸汽，導致測試結果不準確;另一方面可能是在較高溫度條件下溶液自身的穩定性變差。所以，PLA/PHBV共混纖維溶液在測試其紫外光譜時，測試溫度最好不要高于30℃。

4? ? 結論

將PLA/PHBV共混纖維溶解于NaOH溶液中，對溶液的可見/紫外光譜及特征峰吸光度進行了系統的測試與分析，得出了以下結論：

1）PLA/PHBV共混纖維溶液的紫外光譜特征吸收波長為231nm;

2）NaOH濃度對溶液的特征峰沒有影響，但對吸光度值存在一定的影響，NaOH濃度越大，對吸光度的影響越大;

3）溶液的吸光度隨纖維濃度的增大而增大，在50g/L NaOH溶液中，纖維濃度大于0.8g/L后纖維濃度與溶液的吸光度呈線性關系;

4）PLA/PHBV共混纖維在NaOH溶液中會發生降解，為了較長時間保持溶液的穩定性，溶解溫度與測試溫度不宜過高，最好低于30℃。

參考文獻

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Analysis on the Ultra-Violet Spectrum of the PLA & PHBV Blended Fibre Solution

YANG Fu-bin1? ? GUAN Li-ping2? ? ZAI Zhen-yu1? ? ZHU Jun-jun1? ? SHEN Hua1

（1.Ningbo Fibre Inspection Institute，Ningbo，Zhejiang 315048，China;

（2.Zhejiang Fashion Institute of Technology，Ningbo，Zhejiang 315211，China）

Abstract：In order to find the optical performance of PLA & PHBV blended fibre，the fibre was dissolved in NaOH solution.The ultra-violet absorption spectrum of the solution was tested and analyzed.This paper discusses the ultraviolet absorption characteristics of the solution and studies the relationship between characteristic peak，absorbance and NaOH concentration，fiber concentration，dissolution time，dissolution temperature， and test temperature.The result shows that the ultra-violet characteristic peak of the PLA & PHBV blended fibre solution was located at 231nm.The higher the concentration of NaOH is，the greater the influence on the absorbance of the solution will be.When the concentration of the fiber is high，the absorbance of the solution is linearly related to the concentration of the fiber.Fiber molecules can degrade in NaOH solution，but the solution has good stability under normal temperature.

Key words： PHBV;fibre;ultra-violet spectrum