PLA fibermateriale er en ny type bio-baserede bionedbrydelige materialer, mælkesyre som det vigtigste råmateriale polymerisering af polymerer, råmaterialer fra tilstrækkelige og vedvarende kilder, hovedsageligt majs, kassava og andre råmaterialer, kan bruges i smeltespinding, elektrostatisk spinding og andre bearbejdningsmåder.PLA fibermateriale på grund af god biokompatibilitet, let at nedbryde vedvarende og andre egenskaber, så det har gode muligheder for anvendelse inden for biomedicin, filtrering og separation, emballering og så videre. Det har gode ansøgningsmuligheder. Denne undersøgelse fokuserer på fremstilling af biobaserede PLA-fibre.
1, Smeltespinding
Smeltespindemetoden er baseret på polymersmelte som råmateriale, ekstruderet gennem spindedysen og størknet til fibre ved hurtig kondensation i luften. Smeltespindingsprocessen er enkel, spindevæske til selve den fiberdannende polymersmelte, behøver ikke at spinde opløsningsmiddel eller kondensationsbadsgenvinding, og fiberdannende proces er afsluttet i gasfasen, friktionsmodstanden er lille og kan bruges til højere spolehastighed, høj produktionseffektivitet. Imidlertid kan ikke alle fiberdannende polymerer bruges til at fremstille fibre ved smeltespinding, en af betingelserne for fremstilling af fibre ved smeltespinding: polymersmeltetemperaturen skal være lavere end dens termiske nedbrydningstemperatur på omkring 30 grader, ellers er svært at bruge den klassiske smeltemetode til spinding.
Produktionsprocessen for PLA smeltespinding ligner spinningsprocessen for polyethylenterephthalat PET, som er opdelt i højhastighedsspinning et-trins metode og spinning-stræk to-trins metode. I smeltespindingsprocessen er der en modsætning mellem varmefølsomheden af PLA-nedbrydningsreaktionen og den høje viskositet af smelten, hvilket resulterer i et ekstremt snævert temperaturområde for PLA-smeltespinding og behovet for at kontrollere vandindholdet i masterbatchen for at forhindre hydrolyse og karbonisering i smelteekstruderingsprocessen. Samtidig fører den lave krystallisationshastighed af PLA til lav varmeforvrængningstemperatur, skørt materiale, dårlig sejhed og lang formningscyklus. For at forbedre ydeevnen af PLA-smeltespinding har Pan Xiaodi et al. fandt, at forøgelse af forskydningshastigheden, dvs. forøgelse af spindehastigheden, har mindre effekt på den tilsyneladende viskositet af PLA-smelte, og spinningsprocessen er lettere at kontrollere.
Li et al. fremstillede polypropylen/poly(mælkesyre) (PP/PLA) fibre ved smeltespinding og undersøgte deres egenskaber og fandt, at der var et lille fald i den termiske stabilitet af PLA ved tilsætning af PP, men krystalliniteten blev forbedret, og orientering og mekaniske egenskaber af de PP/PLA blandede fibre blev forbedret.
CLARKSON et al. fremstillet højstivhed cellulose nanofiber/poly(mælkesyre) (CNF/PLA) kompositfibre ved smeltespinding under vandfri og opløsningsmiddelfri betingelser under anvendelse af poly(ethylenglycol) (PEG) som fyldstof, og fibrenes mekaniske egenskaber var steg med 600 % efter termisk strækning, når CNF med en massefraktion på 1,3 % blev tilsat.
2, Løsningsspinding
Opløsningsspinning er opdelt i to typer opløsningstørre og våde metoder. dichlormethan, trichlormethan eller toluen bruges ofte som opløsningsmidler til fremstilling af PLA fiber spinding stamopløsninger, såsom YANG S et al. der studerede krystallisationen af opløsningsstøbte PLA/CNT-kompositter med høj molekylvægt i nærværelse af opløsningsmidler såsom dichlormethan (CH2Cl2), trichlormethan (CHCl3), N,N-dimethylformamid (DMF) og 1,4-dioxan ( DIOX). -dioxan (DIOX) opløsningsmidler. Det blev fundet, at tilsætningen af carbon nanorør (CNT'er) med en massefraktion på 0,1% kunne fremme dannelsen af neutrale konformationskrystaller (SC'er) af iso-PLLA/PDLA-blandinger.
Vidvinkel røntgendiffraktion og differentialscanningsberegninger viser, at opløsningsmidlers evne til at øge SC-indholdet i PLLA/PDLA/CNT-kompositter er i faldende rækkefølge af DMF, DIOX, CHCl3 og CH2Cl2. Især er karakteristiske SC-mikrokrystaller dannet i DMF. Denne forskel kan forklares ved opløselighedsparametre og opløsningsmiddeldamptryk. Resultaterne af undersøgelsen giver også mulige løsninger til at regulere den krystallinske sammensætning af PLLA/PDLA/CNT-blandinger.
Opløsningsspinning for at forberede PLA fiberforskning mindre, med smeltespinde fibre, har opløsningsspinning følgende fordele: i spinningsprocessen er polymersammenfiltringen af netværksstrukturen mindre, så det primære filament har høje trækegenskaber; spindetemperaturen er lav, den termiske nedbrydning er lavere end de smeltespundne fibre; de mekaniske egenskaber af fibre er gode, styrken af smeltespundne fibre er høj, men opløsningsspinding er der langsommere spinding, spindeproces med opløsningsmiddelforurening og genanvendelsesproblemer, men de industrielle produktionsanvendelser er mere begrænsede. Derfor er det mere begrænset i industrielle produktionsapplikationer.
3, Elektrostatisk spinding
Elektrostatisk spinding refererer til spindeprocessen af polymeropløsninger eller smelter under påvirkning af et påført elektrisk felt, og de forberedte fibre kan nå nanoskalaen (5 nm ~ 1000 nm), men spindeforholdene er tilbøjelige til at have en stor indflydelse på fibermorfologi og egenskaber. Yin Xuebing et al. undersøgte virkningerne af dichlormethan (DCM), hexafluorisopropanol (HFIP) og dimethylformamid (DMF) på PLLA-opløsningens filamentdannende evne, spindeprodukternes mikrostruktur og filtreringsegenskaberne.
Det viste sig, at det blandede opløsningsmiddel af DCM/DMF effektivt kunne forbedre filamentdannelsen og strålestabiliteten af PLLA-opløsningen, fiberdiameteren faldt betydeligt, og der blev dannet en speciel struktur af grove og fine krydsninger mellem fibre, og den bedste samlede ydeevne af fibermembran blev opnået fra PLLA-spinningsopløsningen, når volumenforholdet mellem DCM/DMF var 0.2.
Wang et al. brugte smeltedifferentiel elektrostatisk spinding til at fremstille PLA-fibre, og den gennemsnitlige diameter af fibrene nåede et minimum på 400 nm ved en spindetemperatur på 260 grader, en luftstrømningshastighed på 20 m3/h, en luftstrømstemperatur på 100 grader og en spindeafstand på 5,5 cm. Derudover har Zhong Guo-cheng et al. brugte hydroxyl-capped D-type polymælkesyre (D PLA) som en makromolekylær initiator til at initiere ringåbningspolymerisationen af L-propyllactid-rygraden for at producere forskellige. Derudover har Zhong et al. brugte hydroxyl-capped D-type PLA som makromolekylær initiator til at initiere ringåbningspolymerisationen af L-propyllactidlegeme til fremstilling af lineær kubisk diblok PLA med forskellige antalsgennemsnitlige molekylvægte, og præparerede submikronfibre ved hjælp af elektrostatisk spinding.
Resultaterne viste, at smeltepunkterne for de dannede kubiske kompositkrystaller var over 215 grader, og den termiske stabilitet blev forbedret og god sejhed blev udvist. Elektrostatisk spinding kan realisere raffinementet af fibermaterialer sammenlignet med den traditionelle spindeteknologi, og dannelsen af PLA kubiske kompositkrystaller kan hjælpe med at forbedre fibermaterialernes mekaniske egenskaber.
4. Afsluttende bemærkninger
På nuværende tidspunkt er dannelsen og anvendelsen af biobaserede PLA-fibre og produkter i Kina stadig i den primære fase. Data viser, at ved udgangen af 2021 er produktionskapaciteten for PLA i Kina omkring 452,000 t, og det forventes, at den vil nå op på 5 mio. t i 2025.PLA, som en slags grøn og miljøvenlig venligt materiale, har potentialet til at erstatte de traditionelle petroleumsbaserede fibrøse materialer. Ved at analysere og sammenligne de eksisterende biobaserede PLA-fiberformningsmetoder og deres fordele og ulemper, skal PLA-nedbrydningsreaktionen løses i smeltespindingsprocessen med udsigter til industrialisering. proces med smeltespinding med udsigt til industrialisering, er det nødvendigt at løse modsætningen mellem varmefølsomhed og høj viskositet af smelten og at udvide behandlingstemperaturområdet for PLA-smeltespinding.
På samme tid, ved hjælp af PLA genbrugsteknologi for at fremskynde den stabile forsyning af PLA fiber råvarer i Kina. I den nationale "double carbon"-strategi og andre gunstige politikker kan det forventes, at biobaserede PLA-fibermaterialer og -produkter vil indvarsle udviklingen af leapfrog, inden for biomedicin, filtrering og separation, emballage og andre områder viser gode muligheder for ansøgning.