PLA/PHBV共混纤维溶液的紫外光谱分析

杨福斌 关立平 翟震宇 朱军军 沈华

摘 要：为了了解PLA/PHBV共混纤维的光学性能，将PLA/PHBV共混纤维溶解于NaOH溶液中，对溶液的紫外吸收光谱进行了系统的测试与分析，探讨了溶液的紫外光吸收特点，研究了溶液特征峰、吸光度与NaOH浓度、纤维浓度、溶解时间、溶解温度以及测试温度的关系。结果表明：PLA/PHBV共混纤维溶液的紫外特征峰位于231nm处。NaOH的浓度越大，对溶液的吸光度影响越大，当纤维浓度较高时，溶液的吸光度与纤维的浓度成线性关系。纤维分子在NaOH溶液中会发生降解，但溶液在常温状态下具备较好的稳定性。

关键词：PHBV;纤维;紫外光谱

中图分类号：TS157                 文献标志码：B                  文章编号：1674-2346（2021）01-0014-05

PLA/PHBV共混纤维简称PHBV纤维，是以 -羟基丁酸-羟基戊酸共聚物（PHBV）为基体，加入一定量的聚乳酸（PLA），通过熔融纺丝而制得的一种新型可降解的纺织纤维材料，[1]它克服了PLA纤维耐热性差的缺点[2]，又具有良好的生物可降解性[3]、生物组织相容性[4]和抗凝血性[5]等独特优点，使其在工业、农业、包装、生物医学等领域有着广泛的应用前景[5]。PHBV与PLA具有相似的分子结构，[6]其分子结构如图1所示。

PLA/PHBV共混纤维已经在纺织品领域得到了广泛的应用，但对该纤维光学性能的研究未见报导。本研究将PLA/PHBV共混纤维溶解于一定浓度的NaOH溶液中，对溶液的紫外光谱进行测试与分析，探讨纤维的紫外光学性能。

1    实验材料与药品

PLA/PHBV共混纤维长丝（宁波新大昌纺织有限公司，1.5D）、NaOH（分析纯AR）、去离子水（自制）。

2 实验设备、内容与方法

2.1 实验设备 UV-1801紫外/可见分光光度计（北京北分瑞利分析仪器公司）、FA2004S电子天平（万分之一）、HH-6数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）、烧杯、50ml比色管、玻璃棒、量筒、500ml烧瓶、移液管，温度计、剪刀。

2.2 实验内容与方法

NaOH溶液的配制：先用量筒量取一定体积的去离子水放入烧杯，然后根据所需NaOH溶液的浓度称取一定量的NaOH，边搅拌边加入装有去离子水的烧杯中，直至完全溶解，然后将溶液倒入溶量瓶中定积，得到相应浓度的NaOH溶液。

纤维溶液的配制：用移液管移取一定量的NaOH溶液加入比色管，在水浴锅中加热到一定温度后，再称取一定量洗干净的纤维，剪碎后放入NaOH溶液，使PLA/PHBV共混纤维溶解后达到一定的浓度，盖好后不停振荡使纤维逐渐溶解，溶解后在溶解温度条件下静置相应的时间，静置时间计入溶解时间。

纤维溶液的紫外光谱检测：以去离子水为参比，在紫外/可见分光光度计上测试各试样的吸收光谱。光谱范围取215nm～500nm，先对溶液进行波长扫描，获取溶液的紫外吸收光谱，再分别测试各试样的特征吸收峰的吸光度（A）。每个试样测10次，A值取平均值。

3 结果与讨论

3.1 纤维溶液的可见/紫外吸收光谱

50g/L NaOH溶液的可见/紫外吸收光谱如图2所示，测试温度25℃。从图中可以发现，NaOH溶液在229nm处出现了明显的特征吸收峰。

图3是PLA/PHBV共混纤维溶液的可见/紫外吸收光谱，其中NaOH浓度为50g/L，纤维浓度为1g/L，纤维溶解温度25℃，溶解时间24h，测试温度25℃。图中显示，纤维溶液的吸收特征峰非常显著，且只有一个峰值，但其峰值出现在231nm处。

3.2    NaOH浓度对纤维溶液紫外光谱的影响

图4是不同浓度NaOH溶液在229nm处的紫外吸收特征峰值的关系曲线，测试温度为25℃。吸光度与NaOH的浓度呈现出明显的线性关系，NaOH浓度越高，吸光度越高。

将1g/L量的PLA/PHBV共混纤维在25℃下溶解于不同浓度的NaOH溶液中，溶解时间24h，在25℃条件下测试溶液的可见/紫外吸收光谱，发现在231nm处均有唯一的显著吸收峰，与图2相似，PLA/PHBV共混纤维溶液在231nm处的吸光度与NaOH浓度的关系曲线如图5所示。图5显示，在纤维浓度一定的条件下，溶液的吸光度受到了NaOH浓度的影响，起初溶液的吸光度随着NaOH浓度的增高而有所增大，当NaOH濃度超过60g/L后，随着NaOH浓度的继续增大，溶液的吸光度却呈现逐渐下降的趋势。这主要是由于NaOH与PLA/PHBV共混纤维具有不同的特征吸收峰，在NaOH溶液中溶入PLA/PHBV共混纤维后，两者的吸光性产生了交叉影响，导致特征吸收峰从229nm处偏移到231nm处，且混合溶液的吸光度与NaOH浓度不呈线性关系，当NaOH的浓度超过60g/L后，NaOH对混合溶液吸光度的影响增大，导致纤维溶液在231nm处的吸光度呈现出下降的趋势。这说明，NaOH对PLA/PHBV共混纤维在特征吸收峰的吸光度有负面影响，NaOH含量越高，这种负面影响越大，但在NaOH浓度低于100g/L的条件下并没有影响特征吸收峰的波长。

3.3    纤维浓度对其溶液紫外光谱的影响

不同PLA/PHBV共混纤维溶液的可见/紫外吸收光谱的特征吸收峰的吸光度如图6所示，NaOH浓度为50g/L，纤维溶解温度25℃，溶解时间24h，测试温度25℃，特征吸收峰均在231nm处。图6表明，随着PLA/PHBV共混纤维溶液浓度的增大，溶液的吸光度增大，当纤维浓度超过0.8g/L后，溶液的吸光度与纤维的浓度呈明显的线性关系。这说明，当纤维的浓度较小时，其溶液的吸光度受NaOH的影响较大，随着纤维浓度的增大，NaOH对溶液的吸光度影响减弱，当纤维浓度超过0.8g/L后，NaOH对溶液吸光度的负面影响已经很小。这表明，在50g/LNaOH溶液中，0.8g/L以上的PLA/PHBV共混纤维溶液吸光度曲线可以有效地反映纤维的紫外吸光性能。

3.4    溶解時间对纤维溶液紫外光谱的影响

将PLA/PHBV共混纤维以2g/L浓度溶解于50g/L的NaOH溶液中，25℃静置不同时间后测试溶液的紫外吸光度，将静置时间计入溶解时间，在25℃条件下测试所得溶解时间与溶液吸光度的关系曲线如图7所示。图7显示，溶解时间在低于80h范围内，纤维溶液的吸光度基本保持稳定，说明此时纤维溶液处于稳定状态;而在溶解时间超过80h后，纤维溶液的吸光度呈现出明显下降的趋势，说明纤维大分子在NaOH溶液中经过长时间的溶解后会发生一定程度的降解，80h后纤维的吸光度显著下降，时间越长，吸光度越低。要使PLA/PHBV共混纤维溶液保持较稳定的状态，溶液不能放置过长的时间，而溶解时间过短有可能造成纤维溶解不完全，造成溶液紫外吸光度不稳定。因此，稳定溶液的溶解时间不要超过80 h。

3.5    温度对纤维溶液紫外光谱的影响

3.5.1    溶解温度

PLA/PHBV共混纤维是一种可以自然降解的纤维，图7显示纤维在NaOH溶液中溶解后也会发生降解。溶解温度对溶液吸光性能的影响如图8所示，NaOH浓度50g/L，纤维浓度1g/，溶解时间24h，测试温度25℃。从图8可以看出，PLA/PHBV共混纤维溶液的吸光度受到了溶解的影响。当溶解湿度在10℃～30℃范围内时，溶解温度的变化对溶液在24小时内的吸光度没有显著影响，对纤维高分子的降解影响不大;但超过30℃后，随着温度的升高，溶液的吸光度明显下降，说明在较高温度环境下，PLA/PHBV共混纤维在NaOH溶液中的降解速度加快，温度越高，降解越快。

3.5.2    测试温度

图9显示了PLA/PHBV共混纤维溶液在不同测试温度条件下得到的紫外吸收峰吸光度，NaOH浓度50g/L，纤维浓度1g/L，溶解时间24h，溶解温度25℃。图中曲线说明，溶液在较低温度下（不高于30℃）吸光度几乎不受测试温度的影响，但当温度较高时，溶液的吸光度变化较大，一方面可能是由于在较高温度条件下测试时可见/紫外分光光度计内产生了水蒸汽，导致测试结果不准确;另一方面可能是在较高温度条件下溶液自身的稳定性变差。所以，PLA/PHBV共混纤维溶液在测试其紫外光谱时，测试温度最好不要高于30℃。

4    结论

将PLA/PHBV共混纤维溶解于NaOH溶液中，对溶液的可见/紫外光谱及特征峰吸光度进行了系统的测试与分析，得出了以下结论：

1）PLA/PHBV共混纤维溶液的紫外光谱特征吸收波长为231nm;

2）NaOH浓度对溶液的特征峰没有影响，但对吸光度值存在一定的影响，NaOH浓度越大，对吸光度的影响越大;

3）溶液的吸光度随纤维浓度的增大而增大，在50g/L NaOH溶液中，纤维浓度大于0.8g/L后纤维浓度与溶液的吸光度呈线性关系;

4）PLA/PHBV共混纤维在NaOH溶液中会发生降解，为了较长时间保持溶液的稳定性，溶解温度与测试温度不宜过高，最好低于30℃。

参考文献

[1]张瑜，朱军.可生物降解医用非织造布的研发[J].纺织学报，2005，26（5）：114-116.

[2]陈龙，王鹏，陈彦模，等. -羟基丁酸-羟基戌酸共聚物 （ PHBV）纤维成形[J].东华大学学报（自然科学版），2007，33（4）： 425-430.

[3]Alessandra Bianco.Electrospun PHBV/PEO co-solution blends：Microstructure，thermal and mechanical properties[J].MaterialsScience and Engineering ，2013，33：1067-1077.

[4]刘婷婷.PHBV共混物纤维制备组织工程支架的研究[J].合成纤维，2007，36（1）：16-20.

[5]王红军，李毓陵，马颜雪. Weavability of-Hydroxybutyrate and-Hydroxyvalerate Copolymers （PHBV）/ PLA Used in Arti- ficial Blood Vessels[J].东华大学学报（英文版），2014，31（5）：691-695.

[6]李静，刘景江.聚碳酸亚丙酯对聚（ 羟基丁酸酯- -羟基戊酸酯）结晶行为的影响[J].高等学校化学学报，2004，25（6）： 1145-1148.

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