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研究聚乳酸纖維的化學性能和降解性能
研究聚乳酸纖維的化學性能和降解性能是小編為各位化學專業的同學準備的論文，歡迎大家閱讀!
摘要：
本文觀察了聚乳酸纖維在不同化學試劑中的溶解反應，得出聚乳酸纖維具有較好的耐酸性，對堿的抵抗能力較差。配制不同pH值緩沖溶液測試聚乳酸纖維的降解性能，結果表明聚乳酸纖維在堿性溶液中容易發生降解，而在中性和酸性溶液中很難降解。
關鍵詞：聚乳酸纖維;化學性能;pH值;降解性能
1 引言
近幾十年，合成纖維發展迅速，在紡織纖維中占有很大的比重，除了滿足人類的生活需求外，在一些高科技領域也是重要的材料。但是合成纖維制品的廢棄物在自然條件下無法分解，這給環境造成了一定的壓力，因此研發可自然降解的綠色環保型纖維是紡織材料研究和發展的方向，聚乳酸纖維就是目前綠色環保型纖維的一個重要品種[1-2]。
聚乳酸纖維又稱玉米纖維，是從由聚乳酸或由谷物(主要是玉米)、甜菜中的天然糖類得到的聚乳酸酯經溶液紡絲或熔融紡絲制成的合成纖維。因此聚乳酸纖維廢棄后可在自然界中完全分解為二氧化碳和水，對環境無污染[3-5]。
對聚乳酸纖維化學性能研究有助于人們更好地認識該新型纖維，為纖維種類鑒別和含量分析提供檢驗依據。而對其降解性能的研究為聚乳酸纖維制品在自然界中選擇更好更快的降解環境提供依據，選擇正確的環境條件可使聚乳酸纖維制品快速降解，節約降解時間和用地，更好地保護環境。
2 聚乳酸纖維化學性能研究
2.1 試驗方案
(1)試驗用試劑
本試驗所用的化學試劑包括：25%冰乙酸、10%甲酸、20%鹽酸、2.5%氫氧化鈉、5%氫氧化鈉。
(2)方案
按照1g樣品100mL溶劑的比例分別放進盛有溶劑的燒杯中，分別攪拌或煮沸lmin、5min、10min、30min、60min后靜置幾秒鐘，觀察纖維溶解的情況。
2.2 試驗結果分析
2.2.1 耐酸性
把聚乳酸纖維放入酸性溶液中(常溫或加熱)，觀察現象，如表1所示。
表1 聚乳酸纖維在酸性溶液中的現象
注：Y-溶縮;N-不溶不縮。①聚乳酸纖維在25%冰乙酸溶液中加熱(溫度為87℃)， 迅速溶解，縮成一團，溶液呈透明狀，體積越來越小。但遇冷水就有紙漿狀物質析出， 其手感似石蠟。
2.2.2 耐堿性
把聚乳酸纖維放入堿性溶液中(常溫或加熱)，觀察現象，如表2所示。
表2 聚乳酸纖維在堿性溶液中的現象
注：Y-溶縮; N-不溶不縮。①：聚乳酸纖維在5%氫氧化鈉溶液中加熱(溫度為85℃)，逐漸溶解，縮成一團，周邊變軟，為透明狀，但中間硬，呈白色，溶液呈透明狀;②：聚乳酸纖維在5%氫氧化鈉溶液中加熱15min后聚乳酸纖維變為透明薄片狀，溶液中有白色懸浮物質，遇冷水沒有紙漿狀物質析出;③：聚乳酸纖維在2.5%氫氧化鈉溶液中加熱(溫度為85℃)，逐漸溶解，縮成一團，成為白色狀;④：聚乳酸纖維在2.5%氫氧化鈉溶液中加熱30min后聚乳酸纖維變為透明絮狀，體積逐漸變小，遇冷水沒有紙漿狀物質析出。
由上述試驗現象可知，聚乳酸纖維可溶于加熱的堿和有機酸，且反應較為劇烈，溶解時都會發生溶縮現象。常溫下均不與酸堿發生反應，可見聚乳酸纖維常溫下結構較穩定。總的來說，聚乳酸纖維具有較好的耐酸性，對堿的抵抗能力較差。
3 聚乳酸纖維降解性能研究
3.1 試驗試劑和儀器
試劑：磷酸二氫甲、鹽酸、無水碳酸鈉、硼砂、碳酸鈉溶液、氫氧化鈉溶液和水。
儀器：電子天平、烘箱、燒杯和玻璃棒。
3.2 方案
用實驗室的化學試劑配制pH值不同的緩沖液，緩沖液配制方案如下：
(1)磷酸鹽緩沖液(pH值為3.7) 取磷酸二氫甲50g，加水400mL，加鹽酸調節pH值至3.7，搖勻，即得。
(2)硼砂-碳酸鈉緩沖液(pH值為10.8～11.2) 取無水碳酸鈉5.3g，加水使溶解成1000mL;另取硼砂1.91g，加水使溶解成100mL。臨用前取碳酸鈉溶液973mL 與硼砂溶液27mL，混勻，即得。
(3)磷酸鹽緩沖液(pH值為7.4) 取磷酸二氫鉀1.36g， 加0.1mol/L氫氧化鈉溶液79mL，用水稀釋至200mL，即得。
用電子天平稱3份聚乳酸纖維，放入烘箱里烘兩個小時，再稱重，記下數值。將定量聚乳酸纖維投入pH值分別為3.7、10.9和7.4的緩沖溶液中，用玻璃棒攪拌直至全部潤濕，恒溫37℃進行降解。靜置24小時后取出用水清洗干凈后把水擠干，放進溫度設定為50℃的烘箱直至完全烘干，再用電子天平稱重，記下數值。隨后每隔20小時重復上述操作，再記錄8組數據，最后分析其降解情況。聚合物的重量變化通過殘留重量百分比衡量，將降解前后所測定的聚合物重量分別記為W0和Wn(n指降解時間)，則殘留重量百分比(%)=100Wn/W0。
3.3 結果分析
試驗結果如表3所示。
由表3可以看出，聚乳酸纖維在中性環境中完全沒有降解，在酸性溶液中變化也不大，只是在144小時過后才有稍微降解。而聚乳酸纖維在堿性環境中卻有很大的變化。聚乳酸纖維在堿性溶液中的殘留重量逐漸減小，在前24個小時沒有什么變化，之后隨著時間的推移纖維重量緩慢減少，在120小時后變化速度變快，由92.6%下降至49.45%。由此可以得出聚乳酸纖維在堿性溶液中發生降解，而在中性和酸性溶液中很難降解。
4 結論
通過觀察試驗現象和計算分析了解了聚乳酸纖維的化學性能和降解性能，由化學試驗可以知道，聚乳酸纖維有較好的耐酸性，而對堿的抵抗能力較差。由降解性試驗可以看出，聚乳酸纖維在堿性條件下會發生降解且降解速度較快，在中性和酸性條件下基本不發生降解，用緩沖液對聚乳酸纖維進行降解性研究是可行的。因此在處理聚乳酸纖維制品時，應選擇堿性環境，可使聚乳酸纖維快速有效地降解。
參考文獻：
[1]李亞濱.綠色紡織材料――聚乳酸纖維的結構和性能[J].天津紡織科技，1999，(6)： 23-25.
[2]唐昕.聚乳酸纖維的開發與玉米的前景[J].國外紡織技術，2003，05(2)：8-9.
[3]俞建勇，趙恒迎，程隆棣.新型綠色環保纖維――聚乳酸纖維性能及其應用[J].紡織導報，2003，3(16)：63-64.
[4]張敏，崔春娜，宋潔，等.聚乳酸降解的影響因素和降解機理的分析[J].包裝工程，2008，29(8)：16-19.
[5]李凡，王莎，劉巍峰，等.聚乳酸(PLA)生物降解的研究進展[J].微生物學報，2008，48(2)：262-267.
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