PLA/PHBV共混纖維溶液的紫外光譜分析

楊福斌 關(guān)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(xué)性能，將PLA/PHBV共混纖維溶解于NaOH溶液中，對(duì)溶液的紫外吸收光譜進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試與分析，探討了溶液的紫外光吸收特點(diǎn)，研究了溶液特征峰、吸光度與NaOH濃度、纖維濃度、溶解時(shí)間、溶解溫度以及測(cè)試溫度的關(guān)系。結(jié)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(duì)溶液的吸光度影響越大，當(dāng)纖維濃度較高時(shí)，溶液的吸光度與纖維的濃度成線性關(guān)系。纖維分子在NaOH溶液中會(huì)發(fā)生降解，但溶液在常溫狀態(tài)下具備較好的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PHBV;纖維;紫外光譜

中圖分類號(hào)：TS157? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-2346（2021）01-0014-05

PLA/PHBV共混纖維簡(jiǎn)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(diǎn)[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(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、包裝、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[5]。PHBV與PLA具有相似的分子結(jié)構(gòu)，[6]其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

PLA/PHBV共混纖維已經(jīng)在紡織品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但對(duì)該纖維光學(xué)性能的研究未見報(bào)導(dǎo)。本研究將PLA/PHBV共混纖維溶解于一定濃度的NaOH溶液中，對(duì)溶液的紫外光譜進(jìn)行測(cè)試與分析，探討纖維的紫外光學(xué)性能。

1? ? 實(shí)驗(yàn)材料與藥品

PLA/PHBV共混纖維長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)設(shè)備、內(nèi)容與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 UV-1801紫外/可見分光光度計(jì)（北京北分瑞利分析儀器公司）、FA2004S電子天平（萬分之一）、HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（國(guó)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(jì)、剪刀。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(jù)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(yīng)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(dá)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(yīng)的時(shí)間，靜置時(shí)間計(jì)入溶解時(shí)間。

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

3 結(jié)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(cè)試溫度25℃。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，NaOH溶液在229nm處出現(xiàn)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(shí)間24h，測(cè)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(gè)峰值，但其峰值出現(xiàn)在231nm處。

3.2? ? NaOH濃度對(duì)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(guān)系曲線，測(cè)試溫度為25℃。吸光度與NaOH的濃度呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān)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(shí)間24h，在25℃條件下測(cè)試溶液的可見/紫外吸收光譜，發(fā)現(xiàn)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(guān)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(dāng)NaOH濃度超過60g/L后，隨著NaOH濃度的繼續(xù)增大，溶液的吸光度卻呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。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(chǎn)生了交叉影響，導(dǎo)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(guān)系，當(dāng)NaOH的濃度超過60g/L后，NaOH對(duì)混合溶液吸光度的影響增大，導(dǎo)致纖維溶液在231nm處的吸光度呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。這說明，NaOH對(duì)PLA/PHBV共混纖維在特征吸收峰的吸光度有負(fù)面影響，NaOH含量越高，這種負(fù)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(zhǎng)。

3.3? ? 纖維濃度對(duì)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(shí)間24h，測(cè)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(dāng)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(guān)系。這說明，當(dāng)纖維的濃度較小時(shí)，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(duì)溶液的吸光度影響減弱，當(dāng)纖維濃度超過0.8g/L后，NaOH對(duì)溶液吸光度的負(fù)面影響已經(jīng)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(shí)間對(duì)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(shí)間后測(cè)試溶液的紫外吸光度，將靜置時(shí)間計(jì)入溶解時(shí)間，在25℃條件下測(cè)試所得溶解時(shí)間與溶液吸光度的關(guān)系曲線如圖7所示。圖7顯示，溶解時(shí)間在低于80h范圍內(nèi)，纖維溶液的吸光度基本保持穩(wěn)定，說明此時(shí)纖維溶液處于穩(wěn)定狀態(tài);而在溶解時(shí)間超過80h后，纖維溶液的吸光度呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢(shì)，說明纖維大分子在NaOH溶液中經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的溶解后會(huì)發(fā)生一定程度的降解，80h后纖維的吸光度顯著下降，時(shí)間越長(zhǎng)，吸光度越低。要使PLA/PHBV共混纖維溶液保持較穩(wěn)定的狀態(tài)，溶液不能放置過長(zhǎng)的時(shí)間，而溶解時(shí)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(wěn)定。因此，穩(wěn)定溶液的溶解時(shí)間不要超過80 h。

3.5? ? 溫度對(duì)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(huì)發(fā)生降解。溶解溫度對(duì)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(shí)間24h，測(cè)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(dāng)溶解濕度在10℃～30℃范圍內(nèi)時(shí)，溶解溫度的變化對(duì)溶液在24小時(shí)內(nèi)的吸光度沒有顯著影響，對(duì)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(huán)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(cè)試溫度

圖9顯示了PLA/PHBV共混纖維溶液在不同測(cè)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(shí)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(cè)試溫度的影響，但當(dāng)溫度較高時(shí)，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(cè)試時(shí)可見/紫外分光光度計(jì)內(nèi)產(chǎn)生了水蒸汽，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確;另一方面可能是在較高溫度條件下溶液自身的穩(wěn)定性變差。所以，PLA/PHBV共混纖維溶液在測(cè)試其紫外光譜時(shí)，測(cè)試溫度最好不要高于30℃。

4? ? 結(jié)論

將PLA/PHBV共混纖維溶解于NaOH溶液中，對(duì)溶液的可見/紫外光譜及特征峰吸光度進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試與分析，得出了以下結(jié)論：

1）PLA/PHBV共混纖維溶液的紫外光譜特征吸收波長(zhǎng)為231nm;

2）NaOH濃度對(duì)溶液的特征峰沒有影響，但對(duì)吸光度值存在一定的影響，NaOH濃度越大，對(duì)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(guān)系;

4）PLA/PHBV共混纖維在NaOH溶液中會(huì)發(fā)生降解，為了較長(zhǎng)時(shí)間保持溶液的穩(wěn)定性，溶解溫度與測(cè)試溫度不宜過高，最好低于30℃。

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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