PLA-vezelmateriaal is een nieuw type biogebaseerde, biologisch afbreekbare materialen, melkzuur als de belangrijkste grondstofpolymerisatie van polymeren, grondstoffen uit voldoende en hernieuwbare bronnen, voornamelijk maïs, cassave en andere grondstoffen, kunnen worden gebruikt bij het smeltspinnen, elektrostatisch spinnen en andere manieren van verwerking.PLA-vezelmateriaal vanwege de goede biocompatibiliteit, gemakkelijk afbreekbare hernieuwbare en andere kenmerken, zodat het goede vooruitzichten heeft voor toepassing op het gebied van de biogeneeskunde, filtratie en scheiding, verpakking, enzovoort. Het heeft goede toepassingsvooruitzichten. Deze studie richt zich op de bereiding van biobased PLA-vezels.
1, smelt spinnen
De smeltspinmethode is gebaseerd op polymeersmelt als grondstof, geëxtrudeerd door de spindop en gestold tot vezels door snelle condensatie in de lucht. Het smeltspinproces is eenvoudig, de spinvloeistof voor de vezelvormende polymeersmelt zelf, het is niet nodig om oplosmiddel- of condensatiebadterugwinning te spinnen, en het vezelvormingsproces wordt voltooid in de gasfase, de wrijvingsweerstand is klein en kan worden gebruikt om hoger te komen spoelsnelheid, hoge productie-efficiëntie. Niet alle vezelvormende polymeren kunnen echter worden gebruikt om vezels te bereiden door middel van smeltspinnen, een van de voorwaarden voor de bereiding van vezels door middel van smeltspinnen: de smelttemperatuur van het polymeer moet lager zijn dan de thermische ontledingstemperatuur van ongeveer 30 graden, anders zal het Het is moeilijk om de klassieke smeltmethode voor het spinnen te gebruiken.
Het productieproces van PLA-smeltspinnen is vergelijkbaar met het spinproces van polyethyleentereftalaat PET, dat is onderverdeeld in een eenstaps-spinmethode met hoge snelheid en een tweestaps-spin-rekmethode. Bij het smeltspinproces is er een tegenstelling tussen de warmtegevoeligheid van de PLA-afbraakreactie en de hoge viscositeit van de smelt, wat resulteert in een extreem smal temperatuurbereik voor de PLA-smeltspinverwerking en de noodzaak om het watergehalte in de masterbatch zo te regelen dat voorkomen hydrolyse en carbonisatie tijdens het smeltextrusieproces. Tegelijkertijd leidt de lage kristallisatiesnelheid van PLA tot een lage warmtevervormingstemperatuur, bros materiaal, slechte taaiheid en een lange vormingscyclus. Om de prestaties van PLA-smeltspinnen te verbeteren, hebben Pan Xiaodi et al. ontdekte dat het verhogen van de afschuifsnelheid, dwz het verhogen van de spinsnelheid, minder effect heeft op de schijnbare viscositeit van PLA-smelt, en dat het spinproces gemakkelijker te controleren is.
Li et al. bereidde polypropyleen/poly(melkzuur) (PP/PLA) vezels door smeltspinnen en onderzocht hun eigenschappen, en ontdekte dat er een kleine afname was in de thermische stabiliteit van PLA door de toevoeging van PP, maar dat de kristalliniteit was verbeterd, en de De oriëntatie en mechanische eigenschappen van de gemengde PP/PLA-vezels werden verbeterd.
CLARKSON et al. vervaardigde cellulose nanovezels/poly(melkzuur) (CNF/PLA) composietvezels met hoge stijfheid door smeltspinnen onder watervrije en oplosmiddelvrije omstandigheden met behulp van poly(ethyleenglycol) (PEG) als vulstof, en de mechanische eigenschappen van de vezels werden steeg met 600% na thermisch verstrekken wanneer CNF met een massafractie van 1,3% werd toegevoegd.
2, oplossing spinnen
Oplossingsspinnen is verdeeld in twee soorten oplossingsdroge en natte methoden. dichloormethaan, trichloormethaan of tolueen worden vaak gebruikt als oplosmiddelen voor de bereiding van stockoplossingen voor het spinnen van PLA-vezels, zoals YANG S et al. die de kristallisatie van oplossing gegoten PLA/CNT-composieten met hoog molecuulgewicht bestudeerde in aanwezigheid van oplosmiddelen zoals dichloormethaan (CH2Cl2), trichloormethaan (CHCl3), N,N-dimethylformamide (DMF) en 1,4-dioxaan ( DIOX). -dioxaan (DIOX) oplosmiddelen. Er werd gevonden dat de toevoeging van koolstofnanobuisjes (CNT's) met een massafractie van 0,1% de vorming van neutrale conformatiekristallen (SC's) van iso-PLLA/PDLA-mengsels zou kunnen bevorderen.
Groothoek röntgendiffractie- en differentiële scanberekeningen laten zien dat het vermogen van oplosmiddelen om het SC-gehalte in PLLA/PDLA/CNT-composieten te verhogen in afnemende volgorde is van DMF, DIOX, CHCl3 en CH2Cl2. In het bijzonder worden onderscheidende SC-microkristallen gevormd in DMF. Dit verschil kan worden verklaard door oplosbaarheidsparameters en de dampdruk van het oplosmiddel. De resultaten van de studie bieden ook mogelijke oplossingen om de kristallijne samenstelling van PLLA/PDLA/CNT-mengsels te reguleren.
Oplossingspinnen om PLA-vezelonderzoek minder voor te bereiden, met smeltgesponnen vezels heeft oplossingspinnen de volgende voordelen: bij het spinproces is de polymeerverstrengeling van de netwerkstructuur minder, waardoor het primaire filament hoge trekeigenschappen heeft; de spintemperatuur is laag, de thermische degradatie is lager dan bij smeltgesponnen vezels; de mechanische eigenschappen van de vezel zijn goed, de sterkte van smeltgesponnen vezels is hoog, maar oplossingsspinnen is langzamer, spinproces van oplosmiddelverontreiniging en recyclingproblemen, maar de industriële productietoepassingen zijn beperkter. Daarom is het beperkter in industriële productietoepassingen.
3, elektrostatisch spinnen
Elektrostatisch spinnen verwijst naar het spinproces van polymeeroplossingen of smeltingen onder invloed van een aangelegd elektrisch veld, en de geprepareerde vezels kunnen de nanoschaal bereiken (5 nm ~ 1000 nm), maar de spinomstandigheden hebben waarschijnlijk een grote impact op de vezelmorfologie en eigenschappen. Yin Xuebing et al. onderzocht de effecten van dichloormethaan (DCM), hexafluorisopropanol (HFIP) en dimethylformamide (DMF) op het filamentvormende vermogen van PLLA-oplossing, de microstructuur van de spinproducten en de filtratie-eigenschappen.
Er werd ontdekt dat het gemengde oplosmiddel van DCM/DMF de filamentvorming en straalstabiliteit van de PLLA-oplossing effectief kon verbeteren, de vezeldiameter aanzienlijk afnam en er een speciale structuur van grove en fijne kruisen tussen de vezels werd gevormd, en de beste algehele prestaties van vezelmembraan werd verkregen uit de PLLA-spinoplossing toen de volumeverhouding DCM/DMF 0.2 was.
Wang et al. gebruikte smeltdifferentiaal elektrostatisch spinnen om PLA-vezels te bereiden, en de gemiddelde diameter van de vezels bereikte een minimum van 400 nm bij een spintemperatuur van 260 graden, een luchtstroomsnelheid van 20 m3/u, een luchtstroomtemperatuur van 100 graden, en een draaiafstand van 5,5 cm. Bovendien hebben Zhong Guo-cheng et al. gebruikten met hydroxyl afgedekt D-type polymelkzuur (D PLA) als macromoleculaire initiator om de ringopeningspolymerisatie van de L-propyllactide-skelet te initiëren om verschillende soorten te produceren. Bovendien hebben Zhong et al. gebruikte met hydroxyl afgedekte D-type PLA als macromoleculaire initiator om de ringopeningspolymerisatie van het L-propyllactidelichaam te initiëren om lineair kubisch diblok PLA met verschillende aantalgemiddelde molecuulgewichten te bereiden, en submicronvezels te bereiden door middel van elektrostatisch spinnen.
De resultaten toonden aan dat de smeltpunten van de gevormde kubieke composietkristallen hoger waren dan 215 graden, en dat de thermische stabiliteit was verbeterd en een goede taaiheid werd vertoond. Elektrostatisch spinnen kan de verfijning van vezelmaterialen realiseren in vergelijking met de traditionele spintechnologie, en de vorming van kubusvormige composietkristallen van PLA kan helpen de mechanische eigenschappen van vezelmaterialen te verbeteren.
4. Slotopmerkingen
Momenteel bevindt de vorming en toepassing van biogebaseerde PLA-vezels en -producten in China zich nog in de primaire fase. Uit gegevens blijkt dat de productiecapaciteit van PLA in China eind 2021 ongeveer 452,000 ton bedraagt, en er wordt verwacht dat deze in 2025 de 5 miljoen ton zal bereiken.PLA, als een soort groene en milieuvriendelijke vriendelijk materiaal, heeft het potentieel om de traditionele op aardolie gebaseerde vezelmaterialen te vervangen. Door de bestaande biogebaseerde PLA-vezelvormingsmethoden en hun voor- en nadelen te analyseren en te vergelijken, moet de PLA-afbraakreactie worden opgelost in het smeltspinproces met industrialisatievooruitzichten. proces van smeltspinnen met industrialisatievooruitzichten, is het noodzakelijk om de tegenstelling tussen hittegevoeligheid en hoge viscositeit van smelt op te lossen, en om het verwerkingstemperatuurbereik van PLA-smeltspinnen te verbreden.
Tegelijkertijd zal met behulp van PLA-recyclingtechnologie de stabiele aanvoer van PLA-vezelgrondstoffen in China worden versneld. In de nationale "dubbele koolstof"-strategie en ander gunstig beleid kan worden verwacht dat biogebaseerde PLA-vezelmaterialen en -producten de ontwikkeling van een haasje-over zullen inluiden, op het gebied van de biogeneeskunde, filtratie en scheiding, verpakking en andere gebieden goede resultaten zullen opleveren. vooruitzichten voor toepassing.