PLA/PHBV共混纖維結(jié)構(gòu)及其低溫染色性能

徐智泉

（南陽(yáng)師范學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473061）

PHBV（聚羥基丁酸戊酸酯）即新型生物高分子3-羥基丁酸酯和3-羥基戊酸酯的共聚物，是一種以淀粉為原料，使用發(fā)酵工程技術(shù)生產(chǎn)出來的生物材料；PLA（聚乳酸）則是一種環(huán)境友好型的脂肪族聚酯類生物材料，二者共混的纖維材料具備良好的特性，可以運(yùn)用于不同領(lǐng)域，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展極為重要。因此，本研究針對(duì)PLA/PHBV共混纖維結(jié)構(gòu)及其低溫染色性能進(jìn)行了闡述。

1 試驗(yàn)部分

1.1 相關(guān)材料和儀器

1.1.1 材料

PLA/PHBV共混纖維長(zhǎng)絲（中國(guó)科學(xué)院寧波纖維研究所）；PLA纖維長(zhǎng)絲（中國(guó)科學(xué)院寧波纖維研究所）。試驗(yàn)之前，將兩種長(zhǎng)絲織成相應(yīng)的雙股襪片，為后續(xù)的試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)[1]。

1.1.2 試劑

冰醋酸、丙酮、非離子表面活性劑、緩沖堿液等（寧波青黃貿(mào)易有限公司）。

1.1.3 儀器

XMTD-204恒溫水浴鍋、XW400013紅外染色小樣機(jī)、低噪常溫振蕩式染樣機(jī)、Instron5567萬能材料試驗(yàn)機(jī)和UV1801紫外分光光度計(jì)等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 前處理工藝

取PLA/PHBV針織物樣品各10 g，使用0.5 g/L緩沖堿液處理，保持在60 ℃下處理0.5 h左右，后續(xù)洗凈瀝干備用。

1.2.2 染色工藝處理

染色工藝配方：分散染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，pH為5，溫度為90~100 ℃，時(shí)間為60 min，浴比為10∶1。

工藝曲線如圖1所示[2]。

圖1 工藝曲線

1.2.3 還原清洗

工藝配方：保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度為0.5 g/L，無水碳酸鈉質(zhì)量濃度為1.0 g/L，溫度為60 ℃，時(shí)間為20 min，浴比為20∶1。

1.3 具體測(cè)試

1.3.1 拉伸性能

本試驗(yàn)在測(cè)試PLA/PHBV共混纖維材料的拉伸性能過程中，使用萬能材料測(cè)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，夾距為250 mm，夾持速度為200 mm/min，最終測(cè)量值需要取10個(gè)測(cè)試結(jié)果的平均值。

1.3.2 熱性能

PLA/PHBV共混纖維的熱性能測(cè)試主要由掃描量熱儀完成[3]。

1.3.3 上染率

在測(cè)試過程中，需要將PLA/PHBV共混纖維樣品剪成碎末并放置在丙酮溶液中處理15 min，反復(fù)萃取4次左右，剝色直到PLA/PHBV共混纖維樣品無色為止，具體的上染率計(jì)算公式：

E=上染到纖維上的染料量/具體的染料用量×100%

1.3.4K/S值

利用DatacolorSF600電腦測(cè)色配色儀，在D光源、10°視角條件下測(cè)定織物染色后在波長(zhǎng)400~700 nm下的表面深度K/S值。

2 結(jié)果與探討

2.1 PLA/PHBV共混纖維的拉伸性能

PLA/PHBV共混纖維的拉伸性能測(cè)試主要包含斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和模量測(cè)試[4]。

PLA/PHBV共混纖維的模量與純PLA纖維相比，具有一定的下降情況。簡(jiǎn)單來說，PLA/PHBV共混纖維比純PLA纖維更加柔軟，盡管柔軟度并不完全取決于模量這一因素。在研究過程中還發(fā)現(xiàn)，PLA/PHBV共混纖維的斷裂伸長(zhǎng)率也低于純PLA纖維結(jié)構(gòu)，主要原因是PHBV的降解情況相對(duì)比較嚴(yán)重，分子取向度降低[5]。

2.2 PLA/PHBV共混纖維熱性能

熱性能對(duì)纖維材料來說是一種非常重要的特性，在一定程度上決定了纖維處理和使用的溫度，對(duì)不同領(lǐng)域的纖維材料運(yùn)用至關(guān)重要。

PLA/PHBV共混纖維的熔點(diǎn)與純PLA纖維材料相比具有一定的下降趨勢(shì)，而PLA/PHBV共混纖維的結(jié)晶度會(huì)有所提高。玻璃化溫度變化反映了無定形區(qū)分子鏈運(yùn)動(dòng)情況，決定了PLA/PHBV共混纖維的染色溫度參數(shù)，表明即便在溫度較低的情況下，PLA/PHBV共混纖維也能成功染色，這也是PLA/PHBV共混纖維自身所具備的重要優(yōu)勢(shì)之一。

另外，在PLA/PHBV共混纖維結(jié)構(gòu)中，PHBV材料能延伸到整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)，因此在PLA/PHBV共混纖維的制造過程中，如果能浸潤(rùn)高流動(dòng)性的PHBV無定形區(qū)，就能使PLA鏈段的擴(kuò)散性得到提升。因此，與單純的PLA纖維相比，PLA/PHBV共混纖維無定形鏈段的連續(xù)性得到提升，纖維自身的柔軟性、染色性均能得到一定的提升。

2.3 PLA/PHBV共混纖維的染色性能

傳統(tǒng)的PLA材料纖維通常使用分散染料進(jìn)行染色，并且為了達(dá)到良好的染色效果，使染料有效吸附，還需控制染色溫度，最好控制在100~110 ℃。本試驗(yàn)在90、95、100 ℃下進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)在90 ℃下，PLA纖維的染色情況并不理想，而PLA/PHBV共混纖維織物在90 ℃下的上染率得到了較大的提升，均超過了70%，這是傳統(tǒng)PLA纖維材料難以實(shí)現(xiàn)的，而且隨著溫度的升高，PLA/PHBV共混纖維的上染率明顯提高。對(duì)于織物而言，上染率是一個(gè)重要的影響因素，因此在某種程度上，PLA/PHBV共混纖維雖然其他方面的性能較低，但是整體上因傳統(tǒng)PLA、PHBV材料的加入產(chǎn)生了更多的無定形區(qū)，能吸附更多的染料粒子，上染率會(huì)得到較大的提升。

2.4 PLA/PHBV共混纖維的色牢度

PLA/PHBV共混纖維的色牢度也十分重要，如果不能保持良好的色牢度，會(huì)使相關(guān)的織物在后期應(yīng)用上受到較大的負(fù)面影響，從整體角度來看，不利于PLA/PHBV共混纖維的應(yīng)用。經(jīng)過實(shí)際的研究和分析之后發(fā)現(xiàn)，PLA/PHBV共混纖維的色牢度情況良好，尤其是淺色試樣的色牢度表現(xiàn)更加明顯。

3 結(jié)論

低溫染色是一種染色溫度低于常規(guī)溫度的染色工藝，隨著時(shí)間的推移，不同織物的低溫染色需求得到了較大的提升。染料領(lǐng)域的用水量比較大，對(duì)染料企業(yè)來說，能否成功節(jié)水是影響企業(yè)發(fā)展的重要因素，因此，低溫染色變得更加重要，只有實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，尤其是技術(shù)創(chuàng)新，才能找到節(jié)水減排的新途徑。當(dāng)前，活性染料的新應(yīng)用技術(shù)相繼問世，表明低溫染色是節(jié)水的好方法。國(guó)內(nèi)外開發(fā)了在40 ℃下染色的低溫型活性染料，我國(guó)研究和開發(fā)的Anozol L型染料就是代表之一。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PLA/PHBV共混纖維具備良好的低溫染色特性，并且在染色過程中，色牢度比較好，其與三原色相近的上染性能可以保證良好的色彩重現(xiàn)性，鑒于其水解率低、染料利用率高、水解染料不易二次沾污、浮色少且易洗，值得后續(xù)推廣運(yùn)用，對(duì)染色企業(yè)的環(huán)保發(fā)展、高性價(jià)比發(fā)展具有重要的意義和價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)PLA/PHBV共混纖維結(jié)構(gòu)及其低溫染色性能的相關(guān)研究和分析可見，隨著時(shí)間的推移，傳統(tǒng)的PLA纖維材料已經(jīng)難以滿足不同領(lǐng)域的織物需求，在此情況下，如果向其中加入PHBV材料，使其形成PLA/PHBV共混纖維結(jié)構(gòu)，就能提升其低溫染色性能。同時(shí)，采用這種PLA/PHBV共混纖維結(jié)構(gòu)的材料，用水量可減少20%，排污量可降低20%，用時(shí)縮短約1.0 h。因此，在后續(xù)的發(fā)展過程中，需要推廣應(yīng)用PLA/PHBV共混纖維結(jié)構(gòu)，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行持續(xù)性的研究和開發(fā)，滿足不同領(lǐng)域的纖維材料需求，同時(shí)還需要重視相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)，使纖維材料領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)入良性循環(huán)。