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PLA纤维的几种制备方法
- 2022-12-05-

PLA纤维的几种制备方法

PLA纤维材料是一种新型生物基可降解材料,是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,原料来源充分且可再生,主要以玉米、木薯等为原料,可采用熔纺、静电纺丝等多种方式进行加工。PLA纤维材料因具有良好的生物相容性、易降解可再生等特点,使其在生物医学、过滤分离、包装等领域具有较好应用前景。PLA纤维的制备方法有以下几种:

1、熔融纺丝法:

熔融纺丝法是以聚合物熔体为原料,经喷丝孔挤出,在空气中快速冷凝而固化成纤。熔融纺丝工艺简单,纺丝液为成纤高聚物自身的熔融液,不需要进行纺丝溶剂或凝固浴的回收,而且纤维成形过程在气相中完成,摩擦阻力小,可采用较高的卷丝速度,生产效率高。但是,并非所有成纤高聚物都可用熔融纺丝制备纤维,采用熔融纺丝制备纤维的条件之一:高聚物熔融温度必须低于其热分解温度约30℃,否则难以用经典的熔融法进行纺丝。

聚乳酸熔融纺丝的生产工艺与聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的纺丝工艺类似,分高速纺丝一步法、纺丝-拉伸二步法。在熔融纺丝过程中,PLA降解反应热敏性与熔体高黏度之间存在矛盾,造成PLA熔融纺丝加工温度范围极窄,且需要控制母粒中的含水量,防止熔融挤出过程中发生水解碳化。同时,PLA低结晶速率导致热变形温度低,材料质脆、韧性差且成形周期长。

通过熔融纺丝制备聚丙烯/聚乳酸(PP/PLA)纤维并对其性能研究发现,PP的加入,PLA的热稳定性有小幅度下降,但结晶度有所提高,而且PP/PLA共混纤维的取向度和力学性能得到改善。

CLARKSON等人以聚乙二醇(PEG)为增容剂在无水无溶剂条件下通过熔融纺丝制备了高刚度纤维素纳米纤维/聚乳酸(CNF/PLA)复合纤维,当添加质量分数1.3%的CNF时,经热拉伸后纤维力学性能提高了600%。

2、溶液纺丝法:

溶液纺丝分溶液干法和湿法两种。PLA纤维纺丝原液的制备常采用二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯作溶剂,如YANG S等人研究溶液浇铸高分子量聚乳酸/碳纳米管( PLA/CNT)复合材料在二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和 1,4-二氧六环(DIOX)等溶剂作用下的立构络合物结晶。研究发现,添加质量分数 0.1%的碳纳米管(CNT)可以促进等PLLA/PDLA共混物中立构结晶(SC)的形成。

溶液纺丝制备PLA纤维研究较少,同熔融纺丝纤维相比,溶液纺丝具有以下优势:在纺丝过程中聚合物缠结的网络结构少,使得初生丝有很高的拉伸性能;纺丝温度低,热降解比熔纺纤维低;纤维机械性能好,强度较熔纺纤维高,但溶液纺丝存在纺丝速度较慢、纺丝过程溶剂污染及回收问题,因此在工业生产应用中比较受限制。

3、静电纺丝

静电纺丝是指聚合物溶液或熔体在外加电场作用下的纺丝工艺,所制备纤维可达纳米级(5 nm~1000 nm),但纺丝条件易对纤维形貌和性能产生较大影响。殷雪兵等人研究二氯甲烷(DCM)、六氟异丙醇(HFIP)、二甲基甲酰胺(DMF)对 PLLA 溶液成丝能力、纺丝产物微观结构及过滤性能的影响。

研究发现,DCM/DMF 混合溶剂可有效改善PLLA溶液成丝性和射流稳定性,纤维直径明显下降,且纤维之间形成粗细交叉特殊结构,当DCM/DMF体积比为 0.2 时配成的PLLA纺丝液得到的纤维膜综合性能最佳。

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