廖杏梅，周露露，王祥榮

（蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州 215123）

聚羥基脂肪酸酯（PHA）是一類由微生物在氮、磷、微量元素等營養(yǎng)缺乏，碳源充足的不均衡條件下合成的脂肪族聚酯［1］，具有生物可降解性、生物相容性和多變的材料學(xué)性能，現(xiàn)已引起醫(yī)學(xué)、生物、材料、紡織等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注［2-4］。

在紡織領(lǐng)域，靜電紡絲是PHA 纖維成形的主要手段［5］，由靜電紡絲纖維構(gòu)成的無紡布織物具有很大的比表面積，纖維表面具有小孔等特殊形態(tài)［6］。近年來，已有研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)采用熔融紡絲技術(shù)試生產(chǎn)PHA長絲和短纖產(chǎn)品用于新型紡織品開發(fā)。

堿減量處理是目前用于改善聚酯纖維親水性及纖維表面形態(tài)的常見方法［7］，滌綸在堿減量處理后手感變?nèi)彳?、光澤變?nèi)岷停纳屏宋鼭衽藕剐?，達(dá)到了仿真絲的效果［8］；滌綸仿棉織物堿減量處理后觸感接近于棉織物，達(dá)到了較好的仿棉效果［9］；聚乳酸織物經(jīng)堿減量處理后吸濕性及透氣性增加，斷裂強(qiáng)力下降，柔軟度及蓬松感顯著提高［10］。本實驗對PHA纖維進(jìn)行了堿處理，探究減量率對纖維強(qiáng)力、吸濕性、染色性和表觀形貌等的影響，為后續(xù)PHA 纖維的染整加工提供參考。

1 實驗

1.1 材料與儀器

纖維：PHA纖維（70 D/48 f，寧波天安生物材料有限公司）。

試劑：醋酸、醋酸鈉、丙酮（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純），氫氧化鈉（江蘇強(qiáng)盛化工有限公司，分析純），分散紅3B染料（市售，工業(yè)品）。

儀器：ALC-210.4 電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司），TM3030 型臺式掃描電子顯微鏡（日本日立公司），INSTRON3365 型萬能材料試驗機(jī)（美國英斯特朗公司），GKC216 型數(shù)顯控溫水浴鍋（上海浦東新區(qū)電理儀器廠），Starlet DL-8000 紅外染色機(jī)（韓國大林絲達(dá)樂株式會社），DHG-9146A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實驗設(shè)備有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 堿處理條件對PHA纖維減量率的影響

1.2.1.1 堿質(zhì)量濃度

分別配制不同質(zhì)量濃度的氫氧化鈉溶液，升溫至90 ℃，將PHA 纖維置于其中（浴比1∶30），處理45 min，降溫，取出纖維，充分水洗，烘干，稱重，計算減量率。

1.2.1.2 處理溫度

配制1 和3 g/L 氫氧化鈉溶液，分別升溫至指定溫度，將PHA纖維置于其中（浴比1∶30），處理45 min，降溫，取出纖維，充分水洗，烘干，稱重，計算減量率。

1.2.1.3 處理時間

配制1 和3 g/L 氫氧化鈉溶液，升溫至90 ℃，將PHA纖維置于其中（浴比1∶30），分別處理指定時間，降溫，取出纖維，充分水洗，烘干，稱重，計算減量率。

1.2.2 堿處理對纖維性能的影響

用水/丙酮（體積比3/7）配制分散染料母液100 mL，分散紅3B 染料2%（omf），用乙酸-乙酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)pH為5。將染液升溫至40 ℃，投入堿處理后的纖維（浴比1∶50），以2 ℃/min 升溫至100 ℃，保溫60 min，待試樣冷卻后充分水洗，晾干。

1.3 測試

1.3.1 形貌特征

采用臺式掃描電子顯微鏡測試。

1.3.2 減量率

將纖維在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度20 ℃，相對濕度65%）下平衡24 h，測試?yán)w維堿處理前后的質(zhì)量，采用下式計算減量率：

式中：m0為堿處理前纖維的質(zhì)量；m1為堿處理后纖維的質(zhì)量。

1.3.3 表面得色量（K/S值）

采用Ultra Scan PRO 型分光測色儀，在D65光源、10°視場下進(jìn)行測試，每個試樣測試6次，取平均值。

1.3.4 上染率

取染色殘液1 mL，用緩沖溶液定容至50 mL，采用TU-1810 紫外可見分光光度計測定染色原液和殘液在最大吸收波長544 nm 處的吸光度A0和A1，上染率采用下式計算：

1.3.5 拉伸強(qiáng)力

將纖維在標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度20 ℃，相對濕度65%）下平衡24 h，根據(jù)GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長絲拉伸性能試驗方法》，采用萬能材料試驗機(jī)測試。夾持距離50 mm，預(yù)加張力5 cN，拉伸速度10 mm/min，每個試樣測試50次，取平均值。

1.3.6 回潮率

根據(jù)GB/T 6503—2017《化學(xué)纖維回潮率測試方法》，精確稱取一定質(zhì)量的纖維放入稱量盒中，將稱量盒放入100 ℃烘箱，打開盒蓋，烘燥1 h后迅速蓋上盒蓋并放入干燥器，冷卻至室溫后稱量，根據(jù)質(zhì)量變化計算纖維回潮率，重復(fù)兩次以上，求平均值?；爻甭什捎孟率接嬎悖?/p>

式中：m0為纖維烘前質(zhì)量，g；m1為纖維烘后質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響PHA纖維堿處理效果的因素

2.1.1 堿質(zhì)量濃度

由圖1可知，在NaOH 水溶液中，PHA 纖維由于堿的作用會發(fā)生水解，隨著NaOH 質(zhì)量濃度的增加，PHA纖維減量率逐漸增大。

圖1 堿質(zhì)量濃度對纖維堿處理效果的影響

2.1.2 處理溫度

由圖2可知，隨著溫度的升高，PHA 纖維在堿溶液中水解加快，對比圖1，溫度對PHA 纖維的影響比堿質(zhì)量濃度稍弱一些；在溫度升高的同時增加堿質(zhì)量濃度，會使PHA纖維的減量率增大。

圖2 處理溫度對纖維堿處理效果的影響

2.1.3 處理時間

由圖3可知，延長堿處理時間，也會使PHA 纖維的減量率增大，對比圖1，處理時間對PHA 纖維的影響較堿質(zhì)量濃度?。粔A質(zhì)量濃度一定時，延長處理時間對PHA纖維的減量率影響不大。

圖3 處理時間對纖維堿處理效果的影響

綜合以上實驗數(shù)據(jù)得出，減量率為7%的實驗條件：NaOH 1 g/L，處理溫度80 ℃，處理時間30 min；減量率為15%的實驗條件：NaOH 2 g/L，處理溫度80 ℃，處理時間30 min。

2.2 堿處理對纖維性能的影響

2.2.1 物理性能

如表1所示，堿處理對纖維的強(qiáng)力損傷很大，損傷程度隨著堿質(zhì)量濃度的增加而增大，說明PHA 纖維在堿溶液中易水解而變脆，因此在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)注意堿用量，避免PHA纖維的過度損傷。

另外，因為堿溶液破壞了PHA纖維的酯鍵，使得堿處理后的PHA 纖維親水基團(tuán)（如羥基、羧基等）暴露在外側(cè)，因而增大了PHA纖維的回潮率，但是增幅不明顯。

表1 堿處理對PHA纖維強(qiáng)力和回潮率的影響

2.2.2 染色性能

由表2可知，經(jīng)過堿處理后的PHA 纖維上染率有一定提高，但是提高幅度不明顯。

表2 堿處理前后PHA纖維的上染率

由圖4可知，未堿處理、減量率7%和減量率15%的PHA纖維K/S值隨波長變動的曲線基本一致，最大波長處的K/S值相差不大，說明堿處理對PHA纖維的表面得色量影響較小。

圖4 堿處理對PHA纖維表面得色量的影響

2.2.3 形貌特征

如圖5a所示，未經(jīng)堿處理的PHA纖維表面光滑，粗細(xì)均勻，表面光澤好；如圖5b和圖5c所示，經(jīng)過堿處理后的PHA 纖維表面粗糙，有不同程度的凹坑和被腐蝕的小孔，損傷程度隨著堿質(zhì)量濃度的增加而增大。減量率為15%時，PHA 纖維表面粗糙，損傷嚴(yán)重，因此在實際處理過程中要注意堿用量，避免PHA纖維的過度損傷。

圖5 不同堿處理條件處理后的PHA纖維電鏡圖

3 結(jié)論

（1）PHA 纖維的堿處理條件中，堿質(zhì)量濃度的影響最大，增加堿質(zhì)量濃度能夠顯著增大PHA 纖維的減量率；其次是處理溫度，而處理時間的影響最小。

（2）PHA 纖維經(jīng)過堿處理后上染率增加，回潮率增大，但是隨著減量率的增加，強(qiáng)力損失增大，且纖維表面損傷嚴(yán)重，因此在實際處理過程中要注意堿用量。