水溶性薄荷-PVA纤维的前期制备

赵艳艳，刘　卫，于湖生

(1.青岛大学，山东 青岛 266071；2.青岛市纤维纺织品监督检验研究院，山东 青岛 266061)



水溶性薄荷-PVA纤维的前期制备

赵艳艳1，刘卫2，于湖生1

(1.青岛大学，山东 青岛 266071；2.青岛市纤维纺织品监督检验研究院，山东 青岛 266061)

摘要:文章将薄荷提取物溶液添加到PVA纺丝原液中，依据湿法纺PVA纤维的工艺制得共混膜，并测试了其相关性能。结果表明，制得的共混膜的力学性能符合纺丝工艺要求，为纺制水溶性薄荷-PVA纤维提供了参考。

关键词:薄荷提取物；聚乙烯醇；共混膜；力学性能

聚乙烯醇(PVA)是最早用来生产水溶纤维的成纤高聚物[1]，同时，聚乙烯醇具有生物可降解性和生物亲和性,对人体无毒无害，是一种良好的生物医用高分子材料[2]。因此，水溶性聚乙烯醇纤维在医用领域被应用于制作手术衣、帽、围布、粘纱布、外科敷贴材料等[3]。本文研究了薄荷-PVA共混膜的物理性能及其与纺丝液中薄荷提取物含量的关系，为制备具有天然抗菌、抑炎功能的薄荷-PVA纤维提供依据。

1　实验部分

1.1实验材料及仪器

实验材料：薄荷提取物，聚乙烯醇,硫酸钠。

主要仪器：pH50生物显微镜，单纤维电子强力仪，NDJ-79型旋转粘度计，电子天平，水浴锅，温度计，量筒，烧杯，培养皿。

1.2实验方法

1.2.1聚乙烯醇溶液的配制

称取一定质量的聚乙烯醇，加入蒸馏水使其在60℃的水浴中溶胀1小时，在90℃～95℃的温度下充分搅拌直至完全溶解，静置脱泡，分别制得质量分数为12%、14%、16%、18%的聚乙烯醇溶液。

1.2.2薄荷-聚乙烯醇共混纺丝液的配制

称取不同量的薄荷提取物配置成溶液，并按照表1中的方案，将薄荷提取物溶液添加到16%的聚乙烯醇溶液中，充分搅拌均匀，静置一段时间，脱泡备用。

表1纺丝液配制方案

方案编号纺丝液体积(mL)薄荷提取物溶液体积(mL)含薄荷提取物的质量(g)A5000B5050.5C5050.75D5051

1.2.3凝固浴的配制

称取一定量的硫酸钠，加入蒸馏水配置成40℃的接近饱和溶液，备用。

1.2.4纺丝液的粘度的测定及计算方法

利用NDJ-79型旋转粘度计，根据溶液的粘度范围选定合适的测量系统，在不同温度下，分别测定聚乙烯醇溶液以及薄荷—聚乙烯醇共混纺丝液的仪表读数a，对照仪器使用说明书及如下计算公式ηa=ka (k为仪器常数)得到溶液的表观粘度ηa。

1.2.5共混膜的制备

在玻璃棒两端缠上细铜丝，将按配制方案制备的共混纺丝液沿一个方向涂抹在玻璃板上，要求涂抹厚度均匀。将玻璃板放入凝固液中，一段时间后取出，放入清水中水洗。最后将膜平展在玻璃板上，自然阴干。

1.2.6共混膜的表观状态表征

将制备好的共混膜，剪出约5 mm×5 mm的面积，制成玻片，在生物显微镜下观察。

1.2.7力学性能的测试

将共混膜剪成30 mm×1 mm 的长条，称取质量，并利用单纤强力仪进行拉伸试验，测得共混膜的力学性能。

2　实验结果与分析

2.1聚乙烯醇溶液的粘度特性

用旋转粘度计测定不同浓度的聚乙烯醇溶液在不同温度下的粘度值，如图1所示。

图1　不同浓度PVA溶液的粘度变化

由图1可以看出：当温度从20℃增加到55℃时，各个浓度的PVA溶液的粘度均逐渐下降。这是由于PVA溶液是高分子流体，当温度升高时，溶液中大分子运动加剧，分子间作用力减弱，使分子间空隙变大，溶液粘度下降；当PVA浓度从12%增加到18%时，随着浓度的增加，粘度逐渐增大，考虑到共混纺丝液需要适当的粘度以及适当的凝固条件，本实验采用浓度为16%的PVA溶液为纺丝原液。

2.2薄荷-聚乙烯醇共混溶液的粘度特性

根据以往的实验经验得知，薄荷提取物以粉末形式添加到纺丝液中，易发生粉末团聚，不易与纺丝原液充分、均匀地混合。根据提取物的溶解性，以溶液形式共混，可取得较好地共混效果。因此本实验选择的是薄荷提取物以溶液形式添加到纺丝液中，用旋转粘度计测定不同含量的薄荷-PVA共混纺丝液的粘度，如图2所示。

图2　不同含量的薄荷-PVA共混溶液的粘度变化

由图2可以看出：方案B共混纺丝液的粘度小于16%的PVA原液；方案C、D共混溶液的粘度均大于16%的PVA原溶液，并随着薄荷提取物添加含量的增大，共混溶液的粘度逐渐增大。这是由于加入同体积不同含量的提取物溶液对PVA纺丝原液造成了不同的影响。当温度从20℃增加到40℃时，薄荷-PVA共混溶液的粘度均逐渐下降，这符合高分子聚合物溶液的性质。

2.3共混膜的表观特征

对按照上述方案制得的膜，利用光学显微镜下观察其表观特征，在放大640倍下的观察结果如图3所示。

图3　纯PVA膜与三种共混膜的表观图

由图3可以看出：共混膜的外观均匀度较纯PVA膜有所下降，但未有明显差异，分散均匀度仍较好。随着薄荷提取物添加含量的增大，共混膜中的颗粒逐渐增加。这说明薄荷提取物与PVA原液共混融合效果较好。

2.4共混膜的力学性能

本实验测定了各个实验样品的基本力学性能，结果如表2所示。

表2各试样的基本力学性能测试结果

试样1234断裂强度(cN/dtex)0.380.350.30.295断裂伸长率(%)168179185203

由表2可以看出，各个方案制备的共混膜断裂伸长率均较大，是因为没有经过后拉伸处理。与纯PVA膜相比，添加了不同含量薄荷提取物的B、C、D共混膜的断裂强度依次有所减小，而断裂伸长率依次增大，但影响并不大。这说明薄荷提取物溶液的加入不利于共混膜的强度。这是由于薄荷提取物的添加改变了共混膜的内部结构，并且薄荷提取物是以共混的形式与PVA原液混合在一起，并未发生反应所致。随着薄荷提取物添加量的增大，对共混膜的强度影响变大，因此在保证纤维抗菌性能的前提下，薄荷提取物的含量不宜过大。

3　结论

3.1根据根据PVA溶液的流变性能，考虑到共混纺丝液需要适当的粘度以及适当的凝固条件等，本实验选择了质量分数为16%的PVA溶液作为纺丝原液。

3.2由上述实验得知，随着薄荷提取物添加量的增大，共混膜中的颗粒数逐渐增加，均匀度未发生明显变化。可见薄荷提取物溶液与PVA原液可以较好地共混。因此将薄荷提取物加入到PVA溶液中，纺制具有抗菌功能的PVA纤维是可行的。

3.3随着薄荷提取物添加量的增加，共混膜的强度逐渐减小，断裂伸长率依次增大。随着薄荷提取物添加量的增大，对共混膜的强度影响变大，薄荷提取物溶液的加入不利于共混膜的强度。因此在保证纤维抗菌性能的前提下，薄荷提取物的含量不宜过大。

参考文献：

[1]叶光斗，李守群，徐建军，等.凝胶纺PVA水溶纤维的结构性能及应用[J].四川纺织科技，2004(3)：17—20.

[2]郑化，杜予民，余家会.壳聚糖-聚乙烯醇共混纤维的结构与性能[J].武汉大学学报(自然科学版)，2000，46(2)：187—190.

[3]薛飞燕.水溶性维纶的性能与应用[J].产业用纺织品，2004(4)：43—44.

收稿日期：2015-10-27

作者简介：赵艳艳(1989-)，女，山东临沂人，硕士研究生。

中图分类号:TS102.5

文献标识码:A

文章编号：1009-3028(2016)01-0014-03

Early Preparation of the Water Soluble Mint-PVA Fiber

Zhao Yanyan1，LiuWei2，Yu Husheng1

(1.Qingdao University，Qingdao 266071，China;2.Qingdao Textile Inspection Institute，Qingdao 266061，China)

Abstract:Mint extract solution was mixed with the PVA spinning solution to make the blend membrane and the related properties were tested.The results show that physical properties of the blend membrane meet the requirement of the spinning process, providing the basis for spinning the water soluble mint-PVA fiber .

Key words:mint extract; PVA; blend membrane; mechanical properties