光致变色聚乳酸纤维的纺制及其微观结构与性能.pdf

第 44 卷 第 7 期2023 年 7 月纺 织 学 报Journal of Textile ResearchVol.44,No.7Jul.,2023DOI:10.13475/j.fzxb.20220203301光致变色聚乳酸纤维的纺制及其微观结构与性能赵明顺1,陈枭雄1,于金超1,2,潘志娟1,2(1.苏州大学 纺织与服装工程学院,江苏 苏州 215021;2.现代丝绸国家工程实验室(苏州),江苏 苏州 215123)摘 要 为得到兼具光致变色性能与力学性能的光致变色聚乳酸(PLA)纤维,将 PLA 和光致变色微胶囊通过熔体纺丝及热拉伸工艺制备出光致变色 PLA 纤维,并系统分析了纤维的形貌、结晶及热学性能,着重研究了光致变色微胶囊对纤维力学及可逆变色行为的影响,揭示纤维性能差异对其内部结构的影响。结果表明:光致变色 PLA 纤维的断裂强度随着光致变色微胶囊质量分数的增加而减小,结晶度呈先上升后下降趋势,当光致变色微胶囊质量分数为 2%时具有与纯 PLA 相当的断裂强度,为 4.15 cN/dtex,且结晶度达到最大 55.42%;光致变色 PLA 纤维的光致变色性能呈现出高灵敏度、优异褪色性及光稳定性,且变色强度随光致变色微胶囊质量分数的增加而提高,但非线性上升,通过调整光致变色微胶囊的质量分数,可以达到纤维变色功能与力学性能兼具的目标。关键词 聚乳酸纤维;熔体纺丝;光致变色;微胶囊;变色机制;力学性能中图分类号:TS 102.5 文献标志码:A 收稿日期:2022-02-23 修回日期:2022-05-17第一作者:赵明顺(1998),男,硕士生。主要研究方向为新型纤维材料开发。通信作者:潘志娟(1967),女,教授,博士。主要研究方向为新型纤维材料及产品开发。E-mail:zhjpan 。为响应国家“碳达峰、碳中和”的发展目标,纺织行业树立了纺织品绿色、低碳及可持续发展的理念,因此,采用生物可降解聚合物取代传统石油基聚合物成为发展大势。随着科技的发展,消费者对纺织产品的功能性要求逐步提升,光致变色纺织品作为一种高附加值的智能产品,在纺织、军事装备、娱乐、防伪等领域有着良好的发展前景,而通过光致变色纤维的方式参与织物一体化设计,构筑面料无染变色,在显色图案多样化设计、色牢度等方面具有无可比拟的优势1。聚乳酸(PLA)由于其可靠的生物安全性、良好的力学强度及易加工性成为目前最成熟、产量最大,且应用最广泛的生物可降解材料,在纺织产品中可取代传统的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维2,但是目前鲜有关于通过熔体纺丝制备光致变色 PLA 纤维的报道。目前能够宏观制备光致变色纤维的基体多为聚丙烯(PP)、PET 等3。例如,Shen 等4通过湿法纺丝制备出光致变色聚丙烯腈纤维,但研究发现随着光致变色颜料含量的增加,纤维的应力下降 42.6%,应变下降 42.19%,虽能大量制备,但无法满足实际应用需求。Pinto 等5通过熔体纺丝法制备双组分包芯结构光致变色聚丙烯纤维,但是该纤维的线密度为(137.77.4)dtex,断裂伸长率为(12.34.0)%,断裂强度仅为(1.60.2)cN/dtex,依旧无法满足实际应用需求。对于可降解聚合物光致变色纤维的研究在国内仅为起步阶段,国外甚至没有过报道。例如,邢善静等6利用湿法纺丝技术,以再生纤维素为基体制备光致变色纤维发现,当变色微胶囊质量分数高于 5%时纺丝困难,当变色微胶囊质量分数达到3%时纤维的干态强度下降到2 cN/dtex以下,且并未探究其光致变色效果。卞雪艳等7通过湿法纺丝制备光致变色海藻纤维发现,当光致变色材料质量分数提高至 0.5%时,纤维的断裂强力下降 29.0%。已有研究结果表明,赋予可降解聚合物纤维光致变色性能的同时维持其力学性能是一项巨大挑战,进而限制了其实际应用。基于上述情况,本文利用熔体纺丝工艺开发出一种新型光致变色 PLA 纤维,并深入研究了光致变色微胶囊对纤维力学及可逆变色行为的影响,揭示纤维性能差异与纤维内部结构的影响,成功制备了具有出色力学性能及灵敏变色功能的光致变色聚乳酸纤维,为开发新型生物基和生物可降解光致变色纤维提供一定理论参考。1 实验部分1.1 实验原料 聚乳酸(PLA),牌号为 LX530,玻璃化转变温度第 7 期赵明顺 等:光致变色聚乳酸纤维的纺制及其微观结构与性能 为 60,熔点为 161,泰国道达尔公司;光致变色微胶囊(PCM),颗粒直径为 14 m,热分解温度为250,广州华丽颜料科技有限公司。微胶囊颗粒的化学成分列于表 1 中。表 1 光致变色微胶囊的化学组成Tab.1 Chemical composition of photochromic microcapsules成分质量分数/%用途三聚氰胺甲醛树脂15外壳材料1,3-二氢-1,3,3-三甲基-6-(4-吗啉基)-螺2H-吲哚-2,3-3H萘并2,1-B1,4嗪15光致变色材料1,2-二甲基-4-(1-苯乙基)苯8095脂肪酸溶剂1.2 光致变色 PLA 纤维制备 将 PLA 切片采用固体粉碎机粉碎成 4862 m粉末,并将光致变色微胶囊和 PLA 粉末置于真空干燥箱中于 105 干燥 12 h,随后置于高速混合机(500 r/min)中预混;将混合均匀的原料采用SHJ-25型双螺杆挤出机熔融共混挤出,经水浴槽冷却、吹风干燥、切粒,最终获得含有微胶囊质量分数为 16.5%的光致变色 PLA 母粒。将 PLA 切片及光致变色 PLA 母粒置于 DZF-6050 型除湿干燥机干燥至水分低于 0.03%。按一定原料配比,采用 HFC-25 型熔体纺丝机(配载36 孔喷丝孔及 30 mL/min 计量泵)进行熔体纺丝实验,在800 m/min 纺丝速率下获得光致变色 PLA 纤维。随后,采用六锭位立式平板牵伸机对光致变色 PLA 纤维进行热拉伸,牵伸热盘温度为 60,热板温度为150,牵伸倍数为 3.5 倍。光致变色 PLA 纤维中微胶囊质量分数依次为 2%、4%、6%,样品名称记为PLA-0.02pcm、PLA-0.04pcm 及 PLA-0.06pcm。1.3 测试与表征1.3.1 形态结构观察 采用 S-8100 型高分辨率场发射扫描电子显微镜观察光致变色微胶囊及光致变色 PLA 纤维的表面形貌。采用纤维切片器在液氮下对纤维切片并垂直粘贴于扫描电子显微镜载体上,观察纤维截面形貌。样品测试前需进行离子溅射喷金处理。1.3.2 力学性能测试 采用 Instron3365 型万能材料试验机测试光致变色 PLA 纤维的力学性能。试样的夹持长度为20 mm,拉伸速率为 20 mm/min,记录测试试样的断裂强力、断裂伸长率等,每个试样测试 30 次取平均值。1.3.3 热学性能测试 采用 DSC250 型差示扫描量热仪测试光致变色PLA 纤维的热学性能,测试温度范围为 0200,升降温速率为 10 /min,测试气氛为氮气。根据DSC 曲线得到玻璃化转变温度、熔融温度、熔融焓,并根据熔融焓计算其结晶度,公式为Xc=HcH100 100%式中:Hc为光致变色 PLA 纤维的熔融焓,J/g;H100为 完 全 结 晶 PLA 的 熔 融 焓,其 值 为93.7 J/g8。1.3.4 结晶结构表征 在上海光源(SSRFBL16B)线站进行广角 X 射线衍射(WAXD)实验。将一束纤维样品平行排列,垂 直 于 X 射 线 方 向 固 定 于 样 品 架 上,采 用MarCCD165 收集二维 WAXD 数据。入射 X 射线波长为 0.124 nm,使用标准样品 LaB6 校准样品到检测器的距离。所得数据(背景校正、径向和方位角积分)均使用 Xpolar 软件进行分析。1.3.5 吸光度测试 采用 UV-3600 型紫外-可见近红外分光光度计测试光致变色微胶囊及光致变色 PLA 纤维粉末的吸光度。入射光波长为 200 800 nm,其中 400 800 nm为可见光,200 400 nm 为紫外光(UV),以BaSO4扫描基线并测量吸收值,狭缝值为 5,检测单元为外置双检测器。1.3.6 光致变色效果测试 在 2025 室内环境下,利用 32 W 紫外灯从10 cm 外照射样品 30 s9,采用数码相机进行拍摄,获得光致变色 PLA 纤维变色前后的图片,并采用Photoshop 及 CIE 软件进行颜色分析。2 结果与讨论2.1 光致变色 PLA 纤维形态结构 众所周知,光致变色微胶囊在 PLA 纤维基体中的分散情况对纤维的力学性能及光致变色能力有十分重要的影响。光致变色微胶囊、纯 PLA 及不同微胶囊质量分数的光致变色 PLA 纤维的形貌如图 1、2所 示。本 文 所 用 光 致 变 色 微 胶 囊 直 径 约 为2.14 m,各种添加量的光致变色 PLA 纤维,其横截面均较为光滑、规整且近似为圆形,纤维平均直径为19.45 m,线密度为 2.98 dtex,可满足其后道纺纱、织造的加工要求。从更小尺度上研究纤维表面和截面上粒子的分散状态发现,纯 PLA 表面及截面光滑,随着光致变色微胶囊的加入,纤维表面及截面出现轻微粗糙及突起,这是嵌入 PLA 基质中的光致变色微胶囊引起的。当微胶囊的质量分数为 2%时,纤维截面中的11 纺织学报第 44 卷图 1 光致变色微胶囊及光致变色 PLA 纤维的表面 SEM 照片Fig.1 Surface SEM images of photochromic microcapsulesand photochromic PLA fibers.(a)Photochromicmicrocapsules;(b)Pure PLA;(c)PLA-0.02pcm;(d)PLA-0.04pcm;(e)PLA-0.06pcm图 2 光致变色 PLA 纤维的截面 SEM 照片Fig.2 Cross-section SEM images of photochromic PLA fibers.(a)Pure PLA;(b)PLA-0.02pcm;(c)PLA-0.04pcm;(d)PLA-0.06pcm颗粒基本呈现均匀分布;当微胶囊质量分数达到6%时,纤维截面上可观察到较大的颗粒,说明光致变色材料产生团聚现象。团聚的光致变色微胶囊在PLA 纤维中形成大块突起,受到外力作用时应力较为集中且无法相互传递,影响纤维的力学性能。同时,光致变色材料在纤维内部及表面的分散不均匀也会影响其变色性能。2.2 光致变色 PLA 纤维的力学性能 光致变色 PLA 纤维的力学性能能否满足后续织造工艺是其能否实现实际应用的关键。图 3 示出纯 PLA 及不同光致变色微胶囊质量分数的 PLA 纤维的力学性能。可知,纤维的断裂强度为 3.54 4.18 cN/dtex,断裂伸长率可达 19.27%27.01%,弹性模量为 55.6758.66 cN/dtex。图 3 纯 PLA 及光致变色 PLA 纤维的力学性能曲线及指标Fig.3 Mechanical property curves(a)and parameters(b)of pure PLA and photochromic PLA fibers基于共混添加改性体系而言,功能粒子含量的增加有利于纤维功能的体现,但在一定程度上会牺牲纤维的力学性能。当微胶囊质量分数为 2%时,光致变色 PLA 纤维具有与纯 PLA 相当的力学强度,约为4.15 cN/dtex。这是由于微胶囊在 PLA 基体中分散均匀,且其具有较大的表面能,产生表面吸附能使 PLA 与微胶囊间的界面得到改善,获得更加优异的应力分布,削弱微胶囊的添加带来的力学性能的降低。随着微胶囊质量分数的继续增大,纤维断裂强度下降,这是因为功能粒子与纤维基体之间为物理共混,二相之间界面比较明显。随着微胶囊质量分数的增大,在 PLA 基体中产生越来越多的界面,且因微胶囊的团聚而使纤维内部结构不匀,从而导致纤维所受到的应力无法相互传递并产生较多应力集中点,纤维断裂强度和断裂伸长率下降。即便如21第 7 期赵明顺 等:光致变色聚乳酸纤维的纺制及其微观结构与性能 此,当微胶囊质量分数为 6%时,纤维的断裂强度和断裂伸长率仍有3.54 cN/dtex 和20.21%,能满足后续加工要求。2.3 光致变色 PLA 纤维的热学性能 纤维的热学性能,如玻璃化转变温度、熔融温度等性能指标,通常与纤维使用过程中的热稳定性有关,决定了纤维在不同环境下的实际应用。图 4 示出纯 PLA 纤维及光致变色 PLA 纤维的 DSC 曲线,相应的热性能数据见表 2。图 4 纯 PLA 及光致变色 PLA 纤维的 DSC 曲线Fig.4 DSC curves of pure PLA fiber andphotochromic PLA fibers表 2 纯 PLA 及光致变色 PLA 纤维的热学性能数据Tab.2 Thermal performance data of pure PLAand photochromic PLA fibers样品名称Tg/Tm/Hc/(J g-1)Xc/%纯 PLA60.83162.4547.4250.61PLA-0.02pcm59.05162.2447.9751.20PLA-0.04pcm58.04161.3745.7348.81PLA-0.06pcm56.68161.1544.5147.50纯 PLA 在 162.45 有 1 个尖锐的吸热峰,对应着 PLA 的熔融行为,在 60.83 出现阶梯式吸热峰,为玻璃化转变温度(Tg)。随着光致变色微胶囊质量分数的增大,纤维的熔融温度(Tm)呈下降趋势但变化不大,从 162.45 降至 161.15,这种现象在文献10-12中有过报道,他们解释为由于粒子的存在降低了 PLA 的相对含量,限制了聚乳酸分子链热运动的能力。纤维的玻璃化转变温度也呈下降趋势,从 60.83 降至 56.68,这种现象在文献10,13-14等研究中也有类似报道,他们归因于粒子的团聚及表面吸附会扰乱聚合物的链段排列,并限制聚合物链的移动性,从而导致 PLA 的游离体积增加,导致 Tg降低。此外研究发现,纯 PLA 纤维的结晶度为 50.61%,而当微胶囊质量分数为 2%时,光致变色 PLA 纤维结晶度略有增加,为 51.20%。这是由于低含量微胶囊在 PLA 基质中分散均匀,可 以充当 PLA 的成核剂,从而提高光致变色 PLA 纤维的结晶度,而过多的微胶囊则会形成团聚,阻碍分子排列,导致结晶度降低13。微胶囊对于光致变色PLA 纤维结晶行为的影响可能是导致纤维力学性能恶化的原因之一。2.4 光致变色 PLA 纤维的结晶结构 为更加直观地分析不同光致变色微胶囊质量分数的 PLA 纤维间存在的结构差异及其对纤维变色功能及力学性能产生的影响,对纯 PLA 及光致变色PLA 纤维进行 WAXD 测试,结果如图 5 所示。可以发现,所有纤维的 WAXD 图像中都有 4 个明显的结晶峰,分别为(110)/(200)晶面、(113)/(203)晶面、(116)/(206)晶面及(010)晶面15,说明光致变色微胶囊的加入并未产生新晶型。采用二相模型对WAXD 图形进行分峰分析,提取出 WAXD 图像中的定量结构信息发现,纯 PLA 结晶度为 50.22%。添加少量光致变色微胶囊,纤维的结晶度呈现略微增大趋势,当微胶囊质量分数为 2%时其结晶度为55.42%,但随着微胶囊质量分数的继续增大,纤维的结晶度呈现下降趋势,如当微胶囊质量分数为4%、6%时,其结晶度分别为 49.71%、47.62%。这是因为少量的微胶囊会在 PLA 基体中充当成核剂的作用13,16-17诱导结晶,而更多的微胶囊则会阻碍PLA 分子链段的有序排列,这与前文 DSC 测试的结果一致。图 5 纯 PLA 及光致变色 PLA 纤维的 WAXD 图Fig.5 WAXD images of pure PLA and photochromicPLA fibers.(a)Pure PLA;(b)PLA-0.02pcm;(c)PLA-0.04pcm;(d)PLA-0.06pcm31 纺织学报第 44 卷2.5 光致变色 PLA 纤维的光致变色性能2.5.1 变色机制 为解释由紫外光引起的光致变色效果,测试了光致变色材料、纯 PLA 纤维及光致变色 PLA 纤维的UV 吸收值,结果如图 6 所示。在 400 nm 波长下,光致变色微胶囊及光致变色 PLA 纤维均有 1 个明显的吸收峰,对应于闭环体螺嗪分子(无色)中螺环化合物发生 CO 异裂,引起分子结构及电子组态发生异构化和重排,通过螺 C 原子连接的 2 个环系由正交变为共平面,形成大共轭体系光聚花青(蓝色,PMC),说明此时纤维将发生光致变色反应变为蓝色。移除紫外灯后,即照射光波数大于400 nm时,PMC 发生闭环反应返回到 Spirooxazine 分子形态,此时纤维将由蓝色变为原本的白色状态,构成典型的可逆光致变色现象。整个过程的光致变色响应时间非常快,小于 1 ms18。本文所用有机光致变色材料属螺嗪类,是由取代嗪环通过其 3-位螺碳原子与一芳杂环连接而成,其变色机制为键的异裂,示意图如图 7 所示。图 6 光致变色微胶囊、纯 PLA 及光致变色PLA 纤维的 UV 吸收值Fig.6 UV absorption values of photochromic microcapsules,pure PLA and photochromic PLA fibers图 7 光致变色 PLA 纤维变色机制示意图Fig.7 Schematic diagram of discoloration mechanismof photochromic PLA fiber不同微胶囊质量分数的 PLA 纤维的变色效果如图 8 所示。由图 8(a)可发现,不同光致变色 PLA纤维均有光致变色效果,且微胶囊质量分数不同,纤维在光致变色效果上具有明显差异(见图 8(b),通过 RGB 色彩空间值转化为 CIE1931 色度图(见图 8(c),可以更加直观地分清各种光致变色 PLA纤维的颜色变化。显然在不同条件下纤维变色后的颜色深浅不同,光致变色微胶囊质量分数为 6%时,纤维具有最高的颜色强度。图 8 光致变色纤维的变色效果图Fig.8 Discoloration effect of photochromic fibers.(a)Images in UV light;(b)RGB values;(c)CIE1931 chromaticity coordinates image为更好地表征颜色差异,将不同光致变色 PLA纤维的 RGB 颜色空间转换为 Lab 颜色空间,并计算41第 7 期赵明顺 等:光致变色聚乳酸纤维的纺制及其微观结构与性能 出总色差(E)值如表 3 所示。E 值为纯 PLA 纤维和光致变色 PLA 纤维之间的总色差,其值越大纤维之间的色差越大。由表 3 可以看出,虽然光致变色微胶囊质量分数为 6%时,光致变色 PLA 纤维具有最高的颜色强度,但纤维的色差值并非随着微胶囊质量分数的增大呈线性增加,而是趋于平稳。这种现象主要是由于高质量分数的微胶囊的团聚影响了纤维颜色深度的改善。表 3 纯 PLA 及光致变色 PLA 纤维的 Lab 值Tab.3 Lab values of pure PLA andphotochromic PLA fibers 样品名称ELab纯 PLA088.590.111.28PLA-0.02pcm57.2132.531.01-13.47PLA-0.04pcm62.7628.462.60-16.53PLA-0.06pcm65.3225.743.11-16.272.5.2 光褪色性与光稳定性 图 9 示出光致变色 PLA 纤维光褪色性测定结果。可知,纤维具有良好的光致变色回复性,离开光源后瞬间褪色效果明显,在 1 s 内就能快速褪色,在10 s 内就能褪色至肉眼难以分辨的颜色,经过 50 s即可恢复到原本颜色,具有十分明显的褪色效果。图 9 光致变色 PLA 纤维的光褪色性Fig.9 Photobleaching of photochromic PLA fibers图10 示出光致变色 PLA 纤维的光稳定性测定结果。图 10 光致变色 PLA 纤维的光稳定性Fig.10 Photostability of photochromic PLA fibers由图 10 可以看出,纤维的光致变色稳定性较好,在 50 次照射过程中都保持稳定的色差值,有助于实现颜色再现性。由于光致变色 PLA 纤维具有良好的光褪色性能及光稳定性能,在光致变色织物领域或防伪、军事等方面具有十分广阔的应用前景。3 结 论 1)采用熔体纺丝技术成功制备出光致变色聚乳酸(PLA)纤维,其具有优异的力学性能,拉伸断裂强度可达到 3.54 4.18 cN/dtex,断裂伸长率可达19.27%27.01%,弹性模量为55.6758.66 cN/dtex,且在光致变色功能上呈现高灵敏度、优异褪色性能及光稳定性。2)对光致变色 PLA 纤维的多层次结构研究表明:纤维的力学性能与光致变色效果和 PLA 基质内的光致变色微胶囊分散或聚集状态密切相关。当微胶囊质量分数小时,其在 PLA 基体中分布均匀,有利于 PLA 分子链段的有序排列,对于纤维力学性能具有有利影响;而当微胶囊质量分数大时,PLA 分子链段的有序排列受到阻碍,是影响纤维力学性能的主要因素,因此,通过调整光致变色微胶囊质量分数,可以达到纤维变色功能与力学性能的相互协调,且纤维可通过熔体纺丝大量生产,在光致变色织物、防伪、军事等方面具有十分广阔的应用前景。FZXB参考文献:1 SUN X,ZHANG J,LU X,et al.Mechanochromicphotonic-crystal fibers based on continuous sheets ofaligned carbon nanotubes J.Angewandte Chemie,2015,127(12):3701-3705.2 YANG Y,ZHANG M,JU Z,et al.Poly(lactic acid)fibers,yarns and fabrics:manufacturing,properties andapplications J.TextileResearchJournal,2021,91(13/14):1641-1669.3 程博闻,西鹏,庄旭品.光致发光与变色纤维发展趋势J.纺织科学研究,2020(4):70-71.CHENG Bowen,XI Peng,ZHUANG Xupin.Developmenttrend of photoluminescent and color-changing fibersJ.Textile Science Research,2020(4):70-71.4 SHENX,HUQ,GEM.Fabricationandcharacterization of multi stimuli-responsive fibers viawet-spinning processJ.Spectrochimica Acta Part A:Molecular and Biomolecular Spectroscopy,2021.DOI:10.1016/j.saa.2020.119245.5 PINTO T V,FERNANDES D M,GUEDES A,et al.PhotochromicpolypropylenefibersbasedonUV-responsivesilica phosphomolybdatenanoparticlesthroughmeltspinningtechnology J.ChemicalEngineering Journal,2018,350:856-866.6 邢善静,谢跃亭,曹俊友,等.光致变色再生纤维素纤维的研制及应用J.针织工业,2016(8):1-3.51 纺织学报第 44 卷XING Shanjing,XIE Yueting,CAO Junyou,et al.Developmentandapplicationofphotochromicregenerated cellulose fiber J.Knitting Industries,2016(8):1-3.7 卞雪艳,朱平,楚旭东,等.光致变色海藻纤维的制备及性能研究J.合成纤维,2018,47(8):1-5.BIANXueyan,ZHUPing,CHUXudong,etal.Preparation and properties of photochromic seaweedfibersJ.Synthetic Fibers,2018,47(8):1-5.8 KAAVESSINA M,ALI I,ELLEITHY R H,et al.Crystallization behavior of poly(lactic acid)/elastomerblends J.JournalofPolymerResearch,2012,19(2):1-12.9 张春艳,陈丽华.光致变色织物变色效果的测试条件分析J.北京服装学院学报(自然科学版),2020,40(2):40-45.ZHANG Chunyan,CHEN Lihua.Test condition analysisof color change effect of photochromic fabricJ.Journalof Beijing Institute of Fashion Technology(NaturalScience Edition),2020,40(2):40-45.10 OZKOCG,KEMALOGLUS.Morphology,biodegradability,mechanical,and thermal properties ofnanocomposite films based on PLA and plasticizedPLAJ.Journal of Applied Polymer Science,2009,114(4):2481-2487.11 PLUTA M,PAUL M A,ALEXANDRE M,et al.Plasticized polylactide/clay nanocomposites:I:the role offiller content and its surface organo-modification on thephysicchemical properties J.JournalofPolymerScience Part B:Polymer Physics,2006,44(2):299-311.12 ANGIN N,CAYLAK S,ERTAS M,et al.Effect ofalkyl ketene dimer on chemical and thermal properties ofpolylacticacid(PLA)hybridcomposites J.Sustainable Materials and Technologies,2022.DOI:10.1016/j.susmat.2021.e00386.13 SUKTHAVORN K,NOOTSUWAN N,WUTTISARN R,etal.Goldenglitteringbiocompositefibersfrompoly(lactic acid)andnanosilver-coatedtitaniumdioxidewithuniqueproperties;antimicrobial,photocatalytic,and ion-sensing properties J.ACSOmega,2021,6(25):16307-16315.14 FARHOODI M,DADASHI S,MOUSAVI S M A,et al.Influence of TiO2nanoparticle filler on the properties ofPET and PLA nanocomposites J.Polymer,2012,36(6):745-755.15 Al-ITRY R,LAMNAWAR K,MAAZOUZ A,et al.Effect of the simultaneous biaxial stretching on thestructural and mechanical properties of PLA,PBAT andtheir blends at rubbery state J.European PolymerJournal,2015,68:288-301.16 XUY,QIUY,YANC,etal.Anovelandmultifunctional flame retardant nucleating agent towardssuperior fire safety and crystallization properties forbiodegradable poly(lactic acid)J.Advanced PowderTechnology,2021,32(11):4210-4221.17 CLARKSON C M,AZRAK S M E A,CHOWDHURYR,et al.Melt spinning of cellulose nanofibril/polylacticacid(CNF/PLA)composite fibers for high stiffnessJ.ACS Applied Polymer Materials,2018,1(2):160-168.18 MAEDA S.SpirooxazinesM/Organic PhotochromicandThermochromicCompounds.Boston:Springer,2002:85-109.Spinning and microstructure and properties of photochromicpolylactic acid fibersZHAO Mingshun1,CHEN Xiaoxiong1,YU Jinchao1,2,PAN Zhijuan1,2(1.College of Textile and Clothing Engineering,Soochow University,Suzhou,Jiangsu 215021,China;2.National EngineeringLaboratory for Modern Silk(Suzhou),Suzhou,Jiangsu 215123,China)AbstractObjective In response to the national theme of low-carbon environmental protection,replacing conventionalpetroleum-based fibers with degradable polymer fibers has become necessary.However,it seems to be a greatchallenge to obtain degradable polymer fibers photochromic properties while maintaining their mechanical properties.It is therefore necessary to develop photochromic fibers with mechanical properties and discoloration effects.MethodThe photochromic polylactic acid(PLA)fibers were prepared from PLA,and photochromicmicrocapsules by melt spinning and hot stretching processes,and their morphological,crystallographic,andthermal properties were systematically analyzed,with emphasis on the effect of photochromic microcapsules on themechanical and reversible discoloration behavior of the fibers,so as to reveal the effect of the difference in fiberproperties and their internal structure.Results The fiber morphology structure showed that the smooth cross-sections and surfaces(Fig.1,Fig.2)the pure PLA fibers.As the dosage of added photochromic microcapsules increased,the fibers were found to formmore and more pores and defects,leading to the deterioration of the mechanical properties of the fibers.Thephotochromic PLA fibers prepared in this research demonstrated a breaking strength of 3.54-4.18 cN/dtex,anelongation at break of 19.27%-27.01%,and a modulus of elasticity of 55.67-58.66 cN/dtex(Fig.3).With the61第 7 期赵明顺 等:光致变色聚乳酸纤维的纺制及其微观结构与性能 increase in dosage of photochromic microcapsules,the breaking strength and elongation at the break of the fibersillustrated a decreasing trend.Even so,when the mass fraction of microcapsules was 6%,the breaking strength andelongation at the break of the fibers were still 3.54 cN/dtex and 20.21%,which could meet the requirements ofsubsequent processing.Furthermore,the crystallinity of fibers with the increase in dosage of photochromicmicrocapsules tended to rise and then fall(Fig.5).The crystallinity of fibers without microcapsules addition was50.22%.The maximum crystallinity of 55.42%was reached when the mass fraction of microcapsules was 2%.Withthe continuous increase of photochrom