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生物基PLA纖維制備與應(yīng)用前景分析 pla生物纖維生產(chǎn)工藝流程詳解

小知識(shí)纖維

目前生物降解材料按原料來(lái)源可分為石化基和生物基材料 。石化基包括二元酸二元醇共聚酯系列(聚丁二酸丁二醇酯PBS)、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、二氧化碳共聚物(PPC)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)等 。生物基包括聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯聚合物(PHAs)、全淀粉、纖維素等 。
生物基PLA是法國(guó)人在1913年通過(guò)縮聚合成的 。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，美國(guó)杜邦公司于1954年用兩步法制備了高分子量的PLA 。1989年，日本鐘芳公司與金島公司合作開(kāi)發(fā)聚乳酸纖維，促進(jìn)了聚乳酸材料的應(yīng)用 。2000年，中國(guó)啟動(dòng)了PLA的工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用 。
PLA纖維材料是一種新型生物基可降解材料，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物 。原料豐富，可再生，主要以玉米、木薯為原料，可采用熔融紡絲、靜電紡絲等多種方式加工 。聚乳酸纖維材料因其良好的生物相容性、易降解和可再生性，在生物醫(yī)學(xué)、過(guò)濾分離、包裝等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景 。本研究主要探討生物基聚乳酸纖維的制備、應(yīng)用及回收策略 。
1 。聚乳酸的制備方法
PLA是一種熱塑性脂肪族聚酯，其單體有兩種旋光異構(gòu)體，D-乳酸(PDLA)和L-乳酸(PLLA)，均為全同立構(gòu)，在適當(dāng)條件下可形成晶體 。PLA的合成包括直接縮聚、開(kāi)環(huán)聚合和共沸脫水縮合，如圖1所示 。
直接縮聚法需要等摩爾濃度的羥基和羧基脫水縮聚得到低分子聚合物，再用偶聯(lián)劑或酯化促進(jìn)劑得到高分子聚乳酸，成本低，但需要兩步聚合，雜質(zhì)不易除去；共沸脫水縮合法避免了酯化促進(jìn)劑的使用，溶劑沸點(diǎn)的提高提高了聚合速率；開(kāi)環(huán)聚合可以精確控制PLA的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在催化劑的作用下獲得特定的產(chǎn)物 。

生物基PLA纖維制備與應(yīng)用前景分析 pla生物纖維生產(chǎn)工藝流程詳解


2 。聚乳酸纖維的制備方法
2.1熔融紡絲
熔融紡絲法以聚合物熔體為原料，通過(guò)噴絲板擠出，在空氣體中快速冷凝凝固成纖維 。熔融紡絲工藝簡(jiǎn)單，紡絲溶液是成纖聚合物本身的熔體，因此不需要回收紡絲溶劑或凝固浴 。而且成纖過(guò)程在氣相中完成，摩擦阻力小，可以采用較高的卷繞速度，生產(chǎn)效率高 。然而，并不是所有的成纖聚合物都可以通過(guò)熔融紡絲來(lái)制備纖維 。熔融紡絲制備纖維的條件之一是聚合物的熔融溫度必須比其熱分解溫度低30℃左右，否則難以用經(jīng)典熔融紡絲法紡絲 。
聚乳酸熔融紡絲的生產(chǎn)工藝類似于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，分為一步高速紡絲和兩步紡絲-拉伸 。在熔融紡絲過(guò)程中，PLA降解反應(yīng)的熱敏性和熔體的高粘度之間存在矛盾，導(dǎo)致PLA熔融紡絲的加工溫度范圍極窄，需要控制母料中的水分含量，防止熔體擠出時(shí)水解和碳化 。同時(shí)，PLA結(jié)晶速率低導(dǎo)致熱變形溫度低，材料易碎，韌性差，成型周期長(zhǎng) 。為了改善PLA的熔體紡絲性能，潘小迪等發(fā)現(xiàn)提高剪切速率，即提高紡絲速度，對(duì)PLA熔體的表觀粘度影響較小，紡絲過(guò)程更容易控制 。
李小川等人通過(guò)熔融紡絲制備了聚丙烯/聚乳酸(PP/PLA)纖維，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究 。結(jié)果表明，隨著PP的加入，PLA的熱穩(wěn)定性略有下降，但結(jié)晶度增加，PP/PLA共混纖維的取向和力學(xué)性能得到改善 。
CLARKSON等在無(wú)水無(wú)溶劑條件下，以聚乙二醇(PEG)為增容劑，通過(guò)熔融紡絲制備了高剛性纖維素納米纖維/聚乳酸(CNF/PLA)復(fù)合纖維 。當(dāng)添加1.3%的CNF時(shí)，熱拉伸后纖維的力學(xué)性能提高了600% 。
2.2溶液紡絲
溶液紡絲可分為溶液干法和濕法 。在PLA纖維紡絲原液的制備中，通常使用二氯甲烷、氯仿或甲苯作為溶劑 。例如，YANG S等人研究了溶液澆鑄高分子量聚乳酸/碳納米管(PLA/CNT)復(fù)合材料在二氯甲烷(CH2Cl2)、氯仿(CHCl3)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和1，4-二氧六環(huán)(DIOX)存在下的立體復(fù)合結(jié)晶 。研究發(fā)現(xiàn)，添加0.1%的碳納米管(CNT)可以促進(jìn)異丙橡膠/PDLA共混物中同構(gòu)晶體(SC)的形成 。

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