聚乙烯醇光谱性质及其在丝绸丝线整理上的应用

李邦玉，舒娟，王国丽，周 欢，黄阳阳

(苏州市职业大学 教育与人文学院，江苏 苏州 215104)

聚乙烯醇(PVA)是一种无色、无毒、无腐蚀性、可降解的水溶性有机高分子聚合物。PVA广泛用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶合成纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等[1-2]。通常PVA由聚醋酸乙烯在甲(乙)醇中醇解而成，PVA的合成、链结构示意图如图1所示。其中醇解产物包括部分醇解和完全醇解，部分醇解的醇解度通常为87%～89%，完全醇解的醇解度为98%～100%。工业生产获得的PVA一般不具有以上理想的醇解结构，而是存在多种不规则结构(如1，2-乙二醇结构、羰基结构和支链结构等)[3]。PVA的链结构是无规立构的，但由于分子间能形成较强的氢键，可通过分子链的取向排列而具有较强的结晶倾向(在一定区域内PVA分子链可平行排列形成结晶区，而在另一些区域的PVA分子链则无规缠绕形成非结晶区)[3-4]。PVA结晶结构模型示意图如图2所示。PVA 结晶度对PVA溶解性、膨润性、强度、熔点、耐热性和低温黏度稳定性有明显影响，通过控制PVA的氢键作用行为和结晶行为，可以改善PVA的强度、熔融加工特性、水溶性、耐热性和黏度稳定性等。

图1 PVA的合成、链结构示意图

图2 PVA结晶结构模型示意图

本研究对PVA2488进行紫外、红外、SEM等观察表征，并利用聚乙烯醇作为主要原料对刺绣丝线进行防起毛整理。

1 材料与设备

实验材料：刺绣丝线(苏州绣艳天下刺绣工艺有限公司)；聚乙烯醇2488(上海建筑原料添加剂公司)。

实验设备：日本基恩士有限公司超景深三维显微系统(VHX-1000)；美的微波炉(EM720KG1-PW，2 450 MHz，700 W)；赛默飞世尔傅里叶红外光谱仪(iS5)；北京瑞丽紫外可见光谱仪(1801)。

2 测试方法

2.1 细线样品紫外可见光谱测定、红外分析、SEM观察表征

1) 配制2%PVA水溶液，再将其配成0.002%～2%梯度溶液。以去离子水为参比，光谱扫描模式为波长190～310 nm，记录不同浓度PVA溶液的吸收曲线。

2) 约2 mg丝绸样品与KBr粉末混匀、研磨、压制成薄圆片，收集样品红外吸收光谱，扫描范围4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，扫描次数32。

3) 观察处理前后的单束丝表面状态采用TM3030型扫描电子显微镜，扫描电镜加载电压为15 kV，放大倍数统一为200倍。

2.2 丝绸样品模拟摩挲时丝绸摩擦性能的测试

从刺绣丝线上截取一根50 cm长丝线样品，浸入2%PVA为主的混合整理剂中轧干，放置培养皿里，在微波炉(功率350 W)内加热2～6 min后取出备用。参考 ZBW0404005-89《纱线耐磨试验方法往复式磨辊法》及GB/T 4802.1-2008《纺织品织物起毛起球性能的测定第1部分：圆轨迹法标准》[5]，进行丝线稳定性测试。对磨仪进行改造，磨头包裹料是涤纶(标准衬底)。用VHX-1000型3D超景深视频显微镜磨损前后单丝的纤维状态，显微镜放大倍数150。

3 结果与分析

3.1 PVA的紫外可见吸收光谱

PVA水溶液的紫外可见光谱图如图3所示。由图3可知，随着PVA浓度增加，吸收强度增强，吸收带变宽，吸收向长波长方向移动，最大吸收峰位置不固定，且随着浓度增大向长波长移动，不能作为特征吸收峰，可能是浓度增加，PVA分子之间作用力增强所致。在270 nm附近的钝峰，吸收位置固定，随着浓度降低而逐渐减弱，与短波长(如小于200 nm)大幅度变化相比不显著，和浓度变化不成某种简单比例。

3.2 PVA的傅里叶红外吸收光谱

徐凤飘等[6]对热敏处理过的PVA进行了红外表征，发现PVA前后变化也不大。本研究也对PVA样品进行傅里叶红外光谱分析，结果如图4所示。PVA水溶液在微波条件下(350 W，6 min)成膜后，特征吸收峰位置基本未变，但吸收强度大大降低，在小于800 nm的吸收峰逐渐消失。

图3 PVA水溶液的紫外可见光谱图

图4 PVA的红外吸收光谱图（标记峰值）

3.3 PVA的扫描电镜观察

PVA粉末和成膜的SEM图如图5所示。由图5可以看出：使用的PVA粉末粒径大小在几百微米左右，形状不规则，大小不均匀。粉末配成2%水溶液后，微波加热成膜后，表面光滑、均匀、质地柔软、成膜性很好。

图5 PVA粉末和成膜的SEM图

3.4 单丝束摩擦性能

刺绣丝线在使用过程中反复摩擦出现松散以至于断裂起毛。在改制的耐磨仪上，考察聚合物整理过的丝线稳定性，摩擦后单丝束形貌变化如图6所示。由图6可知，PVA综合整理剂整理过的丝线比未整理的紧密和光滑。未整理的往返摩擦10次后丝线就散开，18次后拉断。整理剂处理后的丝线往复摩擦40次没有明显松散。微波处理时间越长，丝线越稳定，说明PVA综合整理剂在加强丝线稳定性方面起到一定作用[7]。

图6 摩擦后单丝束形貌变化

4 结论

1) 聚乙烯醇2488水溶液的紫外可见吸收光谱没有观察到明显的、稳定的、有价值的特征吸收峰，随着浓度增大，最大吸收峰位置发生红移。

2) PVA水溶液在微波加热成膜后，红外吸收光谱特征吸收峰位置基本未变，但吸收强度降低。

3) 扫描电镜观察成膜后的PVA表面光滑均匀，聚乙烯醇可以作为织物防起毛整理剂。整理过的丝线聚集度大幅度提高，稳定性及抗摩擦能力明显增强。