PLA/PHBV共混纖維結構及其低溫染色性能

徐智泉

（南陽師范學院，河南 南陽 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，使用發酵工程技術生產出來的生物材料；PLA （聚乳酸）則是一種環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，可以運用于不同領域，對社會經濟的發展極為重要。因此，本研究針對PLA/PHBV共混纖維結構及其低溫染色性能進行了闡述。

1 試驗部分

1.1 相關材料和儀器

1.1.1 材料

PLA/PHBV共混纖維長絲（中國科學院寧波纖維研究所）；PLA纖維長絲（中國科學院寧波纖維研究所）。試驗之前，將兩種長絲織成相應的雙股襪片，為后續的試驗奠定基礎[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、低噪常溫振蕩式染樣機、Instron5567萬能材料試驗機和UV1801紫外分光光度計等。

1.2 試驗方法

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：分散染料質量分數為1%，pH為5，溫度為90~100 ℃，時間為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：保險粉質量濃度為0.5 g/L，無水碳酸鈉質量濃度為1.0 g/L，溫度為60 ℃，時間為20 min，浴比為20∶1。

1.3 具體測試

1.3.1 拉伸性能

本試驗在測試PLA/PHBV共混纖維材料的拉伸性能過程中，使用萬能材料測驗機進行測試，夾距為250 mm，夾持速度為200 mm/min，最終測量值需要取10個測試結果的平均值。

1.3.2 熱性能

PLA/PHBV共混纖維的熱性能測試主要由掃描量熱儀完成[3]。

1.3.3 上染率

在測試過程中，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，具體的上染率計算公式：

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

2 結果與探討

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試主要包含斷裂強度、斷裂伸長率和模量測試[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。在研究過程中還發現，PLA/PHBV共混纖維的斷裂伸長率也低于純PLA纖維結構，主要原因是PHBV的降解情況相對比較嚴重，分子取向度降低[5]。

2.2 PLA/PHBV共混纖維熱性能

熱性能對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，對不同領域的纖維材料運用至關重要。

PLA/PHBV共混纖維的熔點與純PLA纖維材料相比具有一定的下降趨勢，而PLA/PHBV共混纖維的結晶度會有所提高。玻璃化溫度變化反映了無定形區分子鏈運動情況，決定了PLA/PHBV共混纖維的染色溫度參數，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勢之一。

另外，在PLA/PHBV共混纖維結構中，PHBV材料能延伸到整個纖維結構，因此在PLA/PHBV共混纖維的制造過程中，如果能浸潤高流動性的PHBV無定形區，就能使PLA鏈段的擴散性得到提升。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

傳統的PLA材料纖維通常使用分散染料進行染色，并且為了達到良好的染色效果，使染料有效吸附，還需控制染色溫度，最好控制在100~110 ℃。本試驗在90、95、100 ℃下進行染色，發現在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PLA纖維材料難以實現的，而且隨著溫度的升高，PLA/PHBV共混纖維的上染率明顯提高。對于織物而言，上染率是一個重要的影響因素，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PLA、PHBV材料的加入產生了更多的無定形區，能吸附更多的染料粒子，上染率會得到較大的提升。

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，會使相關的織物在后期應用上受到較大的負面影響，從整體角度來看，不利于PLA/PHBV共混纖維的應用。經過實際的研究和分析之后發現，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更加明顯。

3 結論

低溫染色是一種染色溫度低于常規溫度的染色工藝，隨著時間的推移，不同織物的低溫染色需求得到了較大的提升。染料領域的用水量比較大，對染料企業來說，能否成功節水是影響企業發展的重要因素，因此，低溫染色變得更加重要，只有實現創新，尤其是技術創新，才能找到節水減排的新途徑。當前，活性染料的新應用技術相繼問世，表明低溫染色是節水的好方法。國內外開發了在40 ℃下染色的低溫型活性染料，我國研究和開發的Anozol L型染料就是代表之一。

本試驗發現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，值得后續推廣運用，對染色企業的環保發展、高性價比發展具有重要的意義和價值。

4 結語

根據對PLA/PHBV共混纖維結構及其低溫染色性能的相關研究和分析可見，隨著時間的推移，傳統的PLA纖維材料已經難以滿足不同領域的織物需求，在此情況下，如果向其中加入PHBV材料，使其形成PLA/PHBV共混纖維結構，就能提升其低溫染色性能。同時，采用這種PLA/PHBV共混纖維結構的材料，用水量可減少20%，排污量可降低20%，用時縮短約1.0 h。因此，在后續的發展過程中，需要推廣應用PLA/PHBV共混纖維結構，并且在此基礎上進行持續性的研究和開發，滿足不同領域的纖維材料需求，同時還需要重視相關技術人才的培養，使纖維材料領域發展進入良性循環。