研究聚乳酸纤维的化学性能和降解性能

时间：2021-01-12 13:00:40 化学毕业论文我要投稿

研究聚乳酸纤维的化学性能和降解性能

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研究聚乳酸纤维的化学性能和降解性能

　　摘要：

　　本文观察了聚乳酸纤维在不同化学试剂中的溶解反应，得出聚乳酸纤维具有较好的耐酸性，对碱的抵抗能力较差。配制不同pH值缓冲溶液测试聚乳酸纤维的降解性能，结果表明聚乳酸纤维在碱性溶液中容易发生降解，而在中性和酸性溶液中很难降解。

　　关键词：聚乳酸纤维;化学性能;pH值;降解性能

　　1 引言

　　近几十年，合成纤维发展迅速，在纺织纤维中占有很大的比重，除了满足人类的生活需求外，在一些高科技领域也是重要的材料。但是合成纤维制品的废弃物在自然条件下无法分解，这给环境造成了一定的压力，因此研发可自然降解的绿色环保型纤维是纺织材料研究和发展的方向，聚乳酸纤维就是目前绿色环保型纤维的一个重要品种[1-2]。

　　聚乳酸纤维又称玉米纤维，是从由聚乳酸或由谷物(主要是玉米)、甜菜中的天然糖类得到的聚乳酸酯经溶液纺丝或熔融纺丝制成的合成纤维。因此聚乳酸纤维废弃后可在自然界中完全分解为二氧化碳和水，对环境无污染[3-5]。

　　对聚乳酸纤维化学性能研究有助于人们更好地认识该新型纤维，为纤维种类鉴别和含量分析提供检验依据。而对其降解性能的研究为聚乳酸纤维制品在自然界中选择更好更快的'降解环境提供依据，选择正确的环境条件可使聚乳酸纤维制品快速降解，节约降解时间和用地，更好地保护环境。

　　2 聚乳酸纤维化学性能研究

　　2.1 试验方案

　　(1)试验用试剂

　　本试验所用的化学试剂包括：25%冰乙酸、10%甲酸、20%盐酸、2.5%氢氧化钠、5%氢氧化钠。

　　(2)方案

　　按照1g样品100mL溶剂的比例分别放进盛有溶剂的烧杯中，分别搅拌或煮沸lmin、5min、10min、30min、60min后静置几秒钟，观察纤维溶解的情况。

　　2.2 试验结果分析

　　2.2.1 耐酸性

　　把聚乳酸纤维放入酸性溶液中(常温或加热)，观察现象，如表1所示。

　　表1 聚乳酸纤维在酸性溶液中的现象

　　注：Y-溶缩;N-不溶不缩。①聚乳酸纤维在25%冰乙酸溶液中加热(温度为87℃)，迅速溶解，缩成一团，溶液呈透明状，体积越来越小。但遇冷水就有纸浆状物质析出，其手感似石蜡。

　　2.2.2 耐碱性

　　把聚乳酸纤维放入碱性溶液中(常温或加热)，观察现象，如表2所示。

　　表2 聚乳酸纤维在碱性溶液中的现象

　　注：Y-溶缩; N-不溶不缩。①：聚乳酸纤维在5%氢氧化钠溶液中加热(温度为85℃)，逐渐溶解，缩成一团，周边变软，为透明状，但中间硬，呈白色，溶液呈透明状;②：聚乳酸纤维在5%氢氧化钠溶液中加热15min后聚乳酸纤维变为透明薄片状，溶液中有白色悬浮物质，遇冷水没有纸浆状物质析出;③：聚乳酸纤维在2.5%氢氧化钠溶液中加热(温度为85℃)，逐渐溶解，缩成一团，成为白色状;④：聚乳酸纤维在2.5%氢氧化钠溶液中加热30min后聚乳酸纤维变为透明絮状，体积逐渐变小，遇冷水没有纸浆状物质析出。

　　由上述试验现象可知，聚乳酸纤维可溶于加热的碱和有机酸，且反应较为剧烈，溶解时都会发生溶缩现象。常温下均不与酸碱发生反应，可见聚乳酸纤维常温下结构较稳定。总的来说，聚乳酸纤维具有较好的耐酸性，对碱的抵抗能力较差。

　　3 聚乳酸纤维降解性能研究

　　3.1 试验试剂和仪器

　　试剂：磷酸二氢甲、盐酸、无水碳酸钠、硼砂、碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液和水。

　　仪器：电子天平、烘箱、烧杯和玻璃棒。

　　3.2 方案

　　用实验室的化学试剂配制pH值不同的缓冲液，缓冲液配制方案如下：

　　(1)磷酸盐缓冲液(pH值为3.7) 取磷酸二氢甲50g，加水400mL，加盐酸调节pH值至3.7，摇匀，即得。

　　(2)硼砂-碳酸钠缓冲液(pH值为10.8～11.2) 取无水碳酸钠5.3g，加水使溶解成1000mL;另取硼砂1.91g，加水使溶解成100mL。临用前取碳酸钠溶液973mL 与硼砂溶液27mL，混匀，即得。

　　(3)磷酸盐缓冲液(pH值为7.4) 取磷酸二氢钾1.36g，加0.1mol/L氢氧化钠溶液79mL，用水稀释至200mL，即得。

　　用电子天平称3份聚乳酸纤维，放入烘箱里烘两个小时，再称重，记下数值。将定量聚乳酸纤维投入pH值分别为3.7、10.9和7.4的缓冲溶液中，用玻璃棒搅拌直至全部润湿，恒温37℃进行降解。静置24小时后取出用水清洗干净后把水挤干，放进温度设定为50℃的烘箱直至完全烘干，再用电子天平称重，记下数值。随后每隔20小时重复上述操作，再记录8组数据，最后分析其降解情况。聚合物的重量变化通过残留重量百分比衡量，将降解前后所测定的聚合物重量分别记为W0和Wn(n指降解时间)，则残留重量百分比(%)=100Wn/W0。

　　3.3 结果分析

　　试验结果如表3所示。

　　由表3可以看出，聚乳酸纤维在中性环境中完全没有降解，在酸性溶液中变化也不大，只是在144小时过后才有稍微降解。而聚乳酸纤维在碱性环境中却有很大的变化。聚乳酸纤维在碱性溶液中的残留重量逐渐减小，在前24个小时没有什么变化，之后随着时间的推移纤维重量缓慢减少，在120小时后变化速度变快，由92.6%下降至49.45%。由此可以得出聚乳酸纤维在碱性溶液中发生降解，而在中性和酸性溶液中很难降解。

　　4 结论

　　通过观察试验现象和计算分析了解了聚乳酸纤维的化学性能和降解性能，由化学试验可以知道，聚乳酸纤维有较好的耐酸性，而对碱的抵抗能力较差。由降解性试验可以看出，聚乳酸纤维在碱性条件下会发生降解且降解速度较快，在中性和酸性条件下基本不发生降解，用缓冲液对聚乳酸纤维进行降解性研究是可行的。因此在处理聚乳酸纤维制品时，应选择碱性环境，可使聚乳酸纤维快速有效地降解。

　　参考文献：

　　[1]李亚滨.绿色纺织材料――聚乳酸纤维的结构和性能[J].天津纺织科技，1999，(6)： 23-25.

　　[2]唐昕.聚乳酸纤维的开发与玉米的前景[J].国外纺织技术，2003，05(2)：8-9.

　　[3]俞建勇，赵恒迎，程隆棣.新型绿色环保纤维――聚乳酸纤维性能及其应用[J].纺织导报，2003，3(16)：63-64.

　　[4]张敏，崔春娜，宋洁，等.聚乳酸降解的影响因素和降解机理的分析[J].包装工程，2008，29(8)：16-19.

　　[5]李凡，王莎，刘巍峰，等.聚乳酸(PLA)生物降解的研究进展[J].微生物学报，2008，48(2)：262-267.

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