梁 冬

（廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣東 佛山528041）

0 前言

水溶性聚乙烯醇 （PVC） 纖維是在一定溫度下能溶解于水的合成纖維， 因具有成本低、 可水解、 耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、 軍事、 農(nóng)業(yè)、 材料和紡織領(lǐng)域[1-2]。 將水溶性PVA 纖維與棉、 麻和羊毛等纖維混紡成紗，在后整理過程中將其溶解去除， 可以實(shí)現(xiàn)高支輕薄面料的開發(fā)[3-4]。 如近年毛紡行業(yè)開發(fā)的輕薄化毛織物， 不需使用高支羊毛， 利用水溶性纖維混紡， 在紡紗過程中加入10% ～20%的水溶性纖維與毛條混紡， 既達(dá)到紗線截面纖維根數(shù)的要求， 又提高了紗線的可紡性[5-6]。

1 試驗(yàn)

1. 1 原料

市售水溶性聚乙烯醇纖維。

1. 2 儀器

生物顯微鏡 （上海光學(xué)儀器一廠）、 哈氏切片器 （萊州市電子儀器有限公司）、 烘箱 （耐美特工業(yè)設(shè)備有限公司）、 分析天平 （上海衡諾電子衡器有限公司）、 YG747 型八籃恒溫快速烘箱（常州市雙固頓達(dá)機(jī)電科技有限公司）、 YG501D型透濕試驗(yàn)箱 （上海譚氏實(shí)業(yè)有限公司）、 電子分析天平 （上海丙林電子科技有限公司）、 玻璃干燥器 （上海越眾儀器設(shè)備有限公司）、 玻璃皿（泰州百科醫(yī)療器械有限公司）、 密封稱量盒（江蘇凝科辦公用品專營(yíng)店）。

1. 3 藥品

氫氧化鈉（市售）、 硫酸（市售）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本試驗(yàn)通過生物顯微鏡分析了水溶性聚乙烯醇纖維的縱向和橫截面結(jié)構(gòu)形態(tài)； 測(cè)定了水溶性聚乙烯醇纖維耐酸堿性、 回潮率和溶解度等基本性能。

2. 1 水溶性聚乙烯醇纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)

用生物顯微鏡對(duì)水溶性聚乙烯醇纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析[7]。 試驗(yàn)得到水溶性聚乙烯醇纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 水溶性聚乙烯醇纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu) （放大400 倍）

從圖1 可以看出， 水溶性聚乙烯醇纖維的縱向形態(tài)表面光滑， 粗細(xì)均勻； 橫向截面接近圓形， 有較明顯的皮芯結(jié)構(gòu)。 水溶性聚乙烯醇纖維采用濕法紡絲法紡制， 在凝固浴中成形時(shí)，紡絲原液細(xì)流的外層最先脫水凝固， 隨著雙擴(kuò)散的進(jìn)行， 最后形成皮層致密， 芯層疏松的結(jié)構(gòu)。

2. 2 水溶性聚乙烯醇纖維在酸堿中的溶解性能

2. 2. 1 水溶性聚乙烯醇纖維在酸中的溶解性能

將0. 5 g 纖維分別放到10%H2SO4、 20%H2SO4、 30%H2SO4中， 10 min 后取出用清水沖洗干凈， 放于烘箱烘干， 稱取重量。 計(jì)算纖維浸酸前后的溶解率。 數(shù)據(jù)見表1。

從表1 的數(shù)據(jù)可知， 纖維在30% H2SO4中已全溶， 可見， 水溶性聚乙烯醇纖維耐酸性差。

表1 水溶性聚乙烯醇纖維在硫酸中溶解性

2. 2. 2 水溶性聚乙烯醇纖維在堿中的溶能性能

將0. 5 g 纖維分別放到25% NaOH， 50%NaOH， 60% NaOH 中， 10 min 后取出用清水沖洗干凈， 并放于烘箱烘干， 稱取質(zhì)量， 計(jì)算纖維浸酸前后的溶解率。 結(jié)果見表2。

表2 水溶性聚乙烯醇纖維在NaOH 中的溶解性

從表2 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知， 在50% NaOH 下纖維的溶解率只有6. 7%， 由此可知， 水溶性聚乙烯醇纖維的耐堿性較好。

2. 3 水溶性聚乙烯醇纖維的回潮率

本試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件 （20 ℃， 65%RH）下測(cè)定纖維的平衡回潮率。

每份纖維試樣2 g， 樣品稱量后放在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中105 ℃烘干， 平衡至恒重。 測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 水溶性聚乙烯醇纖維回潮率測(cè)定表

由于水溶性聚乙烯醇大分子中含有大量的羥基， 與水具有良好的親合性， 因此纖維的回潮率高， 是合成纖維中回潮率最好的纖維品種。

2. 4 水溶性聚乙烯醇纖維在水中的溶解機(jī)理和溶解性能

水溶性聚乙烯醇纖維的溶解過程包括膨潤(rùn)和溶解分散兩大過程。 將水溶性聚乙烯醇纖維放入一定溫度的熱水中， 隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和水溫度的提高， 水分子滲透入纖維的非晶區(qū)， 同時(shí)水分子還受到聚乙烯醇分子中羥基的親合作用， 使纖維橫向膨脹， 縱向收縮。 當(dāng)水溫繼續(xù)提高， 纖維就被溶斷成膠狀小片段， 進(jìn)一步提高水溫或延長(zhǎng)處理時(shí)間， 則聚乙烯醇就以分子形式溶解分散而成為均勻的溶液。

稱取2 g 的纖維試樣5 份， 分別放入錐形瓶中， 加入100 mL 的蒸餾水。 將錐形瓶放到40 ℃的熱水中恒溫后， 處理時(shí)間分別為20 min、 40 min、 60 min、 80 min、 100 min， 然后取出纖維放于烘箱中烘干至恒重， 稱其質(zhì)量， 計(jì)算纖維的重量減少率。 如上試驗(yàn)方案， 要分別測(cè)定在60 ℃、80 ℃、 90 ℃、 98 ℃條件下的溶解數(shù)據(jù)。

表4 水溶性纖維的溶解率與時(shí)間關(guān)系表 （40 ℃）

表5 水溶性纖維的溶解率與時(shí)間關(guān)系表 （60 ℃）

表6 水溶性纖維的溶解率與時(shí)間關(guān)系表 （80 ℃）

表7 水溶性纖維的溶解率與時(shí)間關(guān)系表 （90 ℃）

表8 水溶性纖維的溶解率與時(shí)間關(guān)系表 （100 ℃）

由表4、 表5、 表6 繪出水溶性聚乙烯醇纖維溶解率與時(shí)間的關(guān)系圖2， 由表7、 表8 繪出水溶性聚乙烯醇纖維溶解率與時(shí)間的關(guān)系圖3。

圖2 水溶性聚乙烯醇纖維溶解率與時(shí)間的關(guān)系圖

圖3 水溶性聚乙烯醇纖維溶解率與時(shí)間的關(guān)系圖

由表4、 5、 6、 7、 8 及圖2、 圖3 可知， 在同一溫度下， 纖維溶解率隨時(shí)間增加而加大。

當(dāng)溶解溫度低于80 ℃時(shí)， 水溶性聚乙烯醇纖維在水中溶解率極低， 纖維幾乎不溶解。 主要是由于水溶性聚乙烯醇纖維的玻璃化溫度約85 ℃， 溶劑水的增塑作用使水溶性聚乙烯醇纖維的玻璃化溫度降低， 當(dāng)溫度低于玻璃化溫度時(shí)， 大分子內(nèi)鏈段被 “凍結(jié)”， 纖維不發(fā)生溶解。 水溶性聚乙烯醇纖維開始溶解時(shí)的溫度稱為初始溶解溫度， 約80 ℃。 當(dāng)溶解溫度高于初始溶解溫度時(shí)， 水溶性聚乙烯醇纖維的溶解率開始增加， 在100 ℃時(shí)， 纖維瞬間完全溶解。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知， 溫度對(duì)水溶性聚乙烯醇纖維溶解性能的影響， 主要體現(xiàn)在： (1)隨著溫度升高， 水分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能增大， 水分子向纖維內(nèi)部滲透能力增強(qiáng)； (2) 溫度較高時(shí)纖維發(fā)生膨脹， 纖維內(nèi)部空隙體積增加， 促進(jìn)了纖維的吸濕溶脹， 有利于進(jìn)一步溶解； (3)水溶性聚乙烯醇纖維具有一定的結(jié)晶度， 纖維要完全溶解必須先吸收足夠的能量， 使結(jié)晶區(qū)的分子鏈段能擺脫晶格能的 “束縛”， 運(yùn)動(dòng)到非晶區(qū)中， 最后擴(kuò)散在水中， 發(fā)生完全溶解。

3 結(jié)語(yǔ)

（1） 水溶性聚乙烯醇纖維的縱向形態(tài)表面光滑， 粗細(xì)均勻； 橫向截面接近圓形， 有較明顯的皮芯結(jié)構(gòu)。

（2） 水溶性聚乙烯醇纖維的耐酸性差， 耐堿性較好。

（3） 水溶性聚乙烯醇纖維的回潮率高， 是合成纖維中回潮率最好的纖維品種。

（4） 水溶性聚乙烯醇纖維溶解性能隨時(shí)間增加而加大。 溫度對(duì)水溶性聚乙烯醇纖維溶解性能的影響大。 水溫低于初溶溫度80 ℃時(shí)， 溶解度小， 當(dāng)溶解溫度高于初始溶解溫度時(shí)， 水溶性聚乙烯醇纖維的溶解率隨溫度升高而增加。