Το υλικό ινών PLA είναι ένας νέος τύπος βιοαποικοδομήσιμων υλικών με βάση το γαλακτικό οξύ ως η κύρια πρώτη ύλη πολυμερισμός πολυμερών, πρώτες ύλες από επαρκείς και ανανεώσιμες πηγές, κυρίως καλαμπόκι, μανιόκα και άλλες πρώτες ύλες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κλώση τήγματος, ηλεκτροστατική κλώση και άλλοι τρόποι επεξεργασίας. Υλικό ινών PLA λόγω της καλής βιοσυμβατότητας, των ανανεώσιμων πηγών και άλλων χαρακτηριστικών που υποβαθμίζονται εύκολα, έτσι ώστε να έχει καλές προοπτικές εφαρμογής στους τομείς της βιοϊατρικής, διήθησης και διαχωρισμού, συσκευασίας κ.λπ. Έχει καλές προοπτικές εφαρμογής. Αυτή η μελέτη επικεντρώνεται στην παρασκευή ινών PLA με βιολογική βάση.
1, Περιστροφή λιωμένου
Η μέθοδος περιδίνησης τήγματος βασίζεται στο τήγμα πολυμερών ως πρώτη ύλη, που εξωθείται μέσω του κλωστηρίου και στερεοποιείται σε ίνες με ταχεία συμπύκνωση στον αέρα. Η διαδικασία περιδίνησης τήγματος είναι απλή, το υγρό περιδίνησης για το ίδιο το πολυμερές τήγμα που σχηματίζει ίνες, δεν χρειάζεται περιστροφή διαλύτη ή ανάκτηση λουτρού συμπύκνωσης και η διαδικασία σχηματισμού ινών ολοκληρώνεται στην αέρια φάση, η αντίσταση τριβής είναι μικρή και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υψηλότερη ταχύτητα πηνίου, υψηλή απόδοση παραγωγής. Ωστόσο, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν όλα τα πολυμερή που σχηματίζουν ίνες για την παρασκευή ινών με κλώση τήγματος, μια από τις προϋποθέσεις για την παρασκευή ινών με τήξη: η θερμοκρασία τήγματος του πολυμερούς πρέπει να είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία θερμικής αποσύνθεσής του περίπου 30 βαθμούς, διαφορετικά είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί η κλασική μέθοδος τήξης για κλώση.
Η διαδικασία παραγωγής της κλώσης τήγματος PLA είναι παρόμοια με τη διαδικασία κλώσης του τερεφθαλικού πολυαιθυλενίου PET, η οποία χωρίζεται σε μέθοδο περιστροφής υψηλής ταχύτητας ενός σταδίου και σε μέθοδο κλώσεως-τεντώματος δύο σταδίων. Στη διαδικασία περιδίνησης τήγματος, υπάρχει μια αντίφαση μεταξύ της ευαισθησίας στη θερμότητα της αντίδρασης αποικοδόμησης PLA και του υψηλού ιξώδους του τήγματος, με αποτέλεσμα ένα εξαιρετικά στενό εύρος θερμοκρασίας για την επεξεργασία περιστροφής τήγματος PLA και την ανάγκη ελέγχου της περιεκτικότητας σε νερό στην κύρια παρτίδα. αποτρέπει την υδρόλυση και την ενανθράκωση στη διαδικασία εξώθησης τήγματος. Ταυτόχρονα, ο χαμηλός ρυθμός κρυστάλλωσης του PLA οδηγεί σε χαμηλή θερμοκρασία παραμόρφωσης θερμότητας, εύθραυστο υλικό, κακή σκληρότητα και μακρύ κύκλο σχηματισμού. Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση του τήγματος PLA, οι Pan Xiaodi et al. διαπίστωσε ότι η αύξηση του ρυθμού διάτμησης, δηλαδή η αύξηση της ταχύτητας στυψίματος έχει μικρότερη επίδραση στο φαινομενικό ιξώδες του τήγματος PLA και η διαδικασία περιδίνησης είναι ευκολότερο να ελεγχθεί.
Li et al. παρασκεύασε ίνες πολυπροπυλενίου/πολυ(γαλακτικού οξέος) (PP/PLA) με περιδίνηση τήγματος και ερεύνησε τις ιδιότητές τους και διαπίστωσε ότι υπήρξε μια μικρή μείωση στη θερμική σταθερότητα του PLA με την προσθήκη PP, αλλά η κρυσταλλικότητα βελτιώθηκε και η Ο προσανατολισμός και οι μηχανικές ιδιότητες των αναμεμειγμένων ινών PP/PLA βελτιώθηκαν.
CLARKSON et al. παρασκεύασε σύνθετες ίνες νανοϊνών κυτταρίνης/πολυ(γαλακτικού οξέος) (CNF/PLA) υψηλής ακαμψίας με περιδίνηση τήγματος υπό άνυδρες και χωρίς διαλύτες συνθήκες χρησιμοποιώντας πολυ(αιθυλενογλυκόλη) (PEG) ως παράγοντα όγκου και οι μηχανικές ιδιότητες των ινών ήταν αυξήθηκε κατά 600% μετά τη θερμική διάταση όταν προστέθηκε CNF με κλάσμα μάζας 1,3%.
2, Λύση Spinning
Η κλώση διαλύματος χωρίζεται σε δύο τύπους μεθόδων διαλύματος ξηρού και υγρού. Το διχλωρομεθάνιο, το τριχλωρομεθάνιο ή το τολουόλιο χρησιμοποιούνται συχνά ως διαλύτες για την παρασκευή μητρικών διαλυμάτων περιστροφής ινών PLA, όπως οι YANG S et al. που μελέτησε την κρυστάλλωση σύνθετων υλικών PLA/CNT υψηλού μοριακού βάρους χυτού διαλύματος παρουσία διαλυτών όπως διχλωρομεθάνιο (CH2Cl2), τριχλωρομεθάνιο (CHCl3), Ν,Ν-διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF) και 1,4-διοξάνιο ( ΔΙΟΞ). -διαλύτες διοξάνης (DIOX). Διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs) με κλάσμα μάζας 0,1% θα μπορούσε να προάγει τον σχηματισμό κρυστάλλων ουδέτερης διαμόρφωσης (SCs) μιγμάτων ισο-PLLA/PDLA.
Οι υπολογισμοί περίθλασης ακτίνων Χ ευρείας γωνίας και διαφορικής σάρωσης δείχνουν ότι η ικανότητα των διαλυτών να αυξάνουν την περιεκτικότητα σε SC στα σύνθετα υλικά PLLA/PDLA/CNT είναι σε φθίνουσα σειρά DMF, DIOX, CHCl3 και CH2Cl2. Συγκεκριμένα, διακριτοί μικροκρυστάλλοι SC σχηματίζονται σε DMF. Αυτή η διαφορά μπορεί να εξηγηθεί από τις παραμέτρους διαλυτότητας και την πίεση ατμών του διαλύτη. Τα αποτελέσματα της μελέτης παρέχουν επίσης πιθανές λύσεις για τη ρύθμιση της κρυσταλλικής σύνθεσης των μιγμάτων PLLA/PDLA/CNT.
Η περιστροφή διαλύματος για την προετοιμασία της έρευνας ινών PLA λιγότερο, με τις ίνες με τήξη, η κλώση διαλύματος έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: στη διαδικασία περιδίνησης, η εμπλοκή του πολυμερούς της δομής του δικτύου είναι μικρότερη, έτσι ώστε το πρωτεύον νήμα να έχει υψηλές ιδιότητες εφελκυσμού. Η θερμοκρασία κλώσματος είναι χαμηλή, η θερμική αποικοδόμηση είναι χαμηλότερη από τις ίνες που έχουν κλωσθεί με τήξη. οι μηχανικές ιδιότητες της ίνας είναι καλές, η αντοχή των ινών με τήξη είναι υψηλή, αλλά η κλώση διαλύματος υπάρχει πιο αργή κλώση, διαδικασία περιστροφής μόλυνσης με διαλύτες και προβλήματα ανακύκλωσης, αλλά οι εφαρμογές βιομηχανικής παραγωγής είναι πιο περιορισμένες. Ως εκ τούτου, είναι πιο περιορισμένη σε εφαρμογές βιομηχανικής παραγωγής.
3, Ηλεκτροστατική περιστροφή
Η ηλεκτροστατική κλώση αναφέρεται στη διαδικασία περιδίνησης πολυμερών διαλυμάτων ή τήγματος υπό τη δράση ενός εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου και οι προετοιμασμένες ίνες μπορούν να φτάσουν στη νανοκλίμακα (5 nm~1000 nm), αλλά οι συνθήκες κλώσης είναι επιρρεπείς να έχουν μεγάλο αντίκτυπο στο μορφολογία και ιδιότητες των ινών. Ο Yin Xuebing et al. ερεύνησε τις επιδράσεις του διχλωρομεθανίου (DCM), της εξαφθοροϊσοπροπανόλης (HFIP) και του διμεθυλοφορμαμιδίου (DMF) στην ικανότητα σχηματισμού νήματος του διαλύματος PLLA, τη μικροδομή των προϊόντων κλώσεως και τις ιδιότητες διήθησης.
Διαπιστώθηκε ότι ο μεικτός διαλύτης DCM/DMF θα μπορούσε να βελτιώσει αποτελεσματικά το σχηματισμό νήματος και τη σταθερότητα του πίδακα του διαλύματος PLLA, η διάμετρος της ίνας μειώθηκε σημαντικά και σχηματίστηκε μια ειδική δομή χονδροειδών και λεπτών διασταυρώσεων μεταξύ των ινών και η καλύτερη συνολική απόδοση του Η μεμβράνη ινών ελήφθη από το περιστρεφόμενο διάλυμα PLLA όταν η αναλογία όγκου DCM/DMF ήταν 0.2.
Οι Wang et al. χρησιμοποίησε διαφορική ηλεκτροστατική κλώση τήγματος για την παρασκευή ινών PLA και η μέση διάμετρος των ινών έφτασε τουλάχιστον τα 400 nm σε θερμοκρασία περιδίνησης 260 μοιρών, ταχύτητα ροής αέρα 20 m3/h, θερμοκρασία ροής αέρα 100 μοίρες και απόσταση στυψίματος 5,5 cm. Επιπλέον, οι Zhong Guo-cheng et al. χρησιμοποίησε πολυγαλακτικό οξύ τύπου D με πώμα υδροξυλίου (D PLA) ως μακρομοριακό εκκινητή για την έναρξη του πολυμερισμού με άνοιγμα δακτυλίου της ραχοκοκαλιάς του L-προπυλολακτιδίου για την παραγωγή διαφορετικών Επιπλέον, οι Zhong et al. χρησιμοποίησε PLA τύπου D με κάλυμμα υδροξυλίου ως μακρομοριακό εκκινητή για να ξεκινήσει τον πολυμερισμό με άνοιγμα δακτυλίου του σώματος L-προπυλολακτιδίου για να παρασκευάσει γραμμικό κυβικό PLA διπλού μπλοκ με διαφορετικά αριθμητικά μέσα μοριακά βάρη και παρασκεύασε ίνες υπομικρού μέσω ηλεκτροστατικής περιδίνησης.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα σημεία τήξης των σχηματισμένων κυβικών σύνθετων κρυστάλλων ήταν πάνω από 215 μοίρες και η θερμική σταθερότητα βελτιώθηκε και παρουσιάστηκε καλή σκληρότητα. Η ηλεκτροστατική κλώση μπορεί να πραγματοποιήσει τη βελτίωση των ινωδών υλικών σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία κλώσης και ο σχηματισμός κυβικών σύνθετων κρυστάλλων PLA μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων των ινωδών υλικών.
4. Τελικές παρατηρήσεις
Προς το παρόν, ο σχηματισμός και η εφαρμογή βιολογικών ινών και προϊόντων PLA στην Κίνα βρίσκονται ακόμη στο αρχικό στάδιο. Τα δεδομένα δείχνουν ότι μέχρι το τέλος του 2021, η παραγωγική ικανότητα του PLA στην Κίνα είναι περίπου 452,000 τόνοι και αναμένεται ότι θα φτάσει τα 5 εκατομμύρια τόνους το 2025. PLA, ως ένα είδος πράσινου και περιβαλλοντικά φιλικό υλικό, έχει τη δυνατότητα να αντικαταστήσει τα παραδοσιακά ινώδη υλικά με βάση το πετρέλαιο. Αναλύοντας και συγκρίνοντας τις υπάρχουσες μεθόδους σχηματισμού ινών PLA με βιολογική βάση και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους, η αντίδραση αποδόμησης PLA πρέπει να επιλυθεί στη διαδικασία κλώσης τήξης με προοπτικές εκβιομηχάνισης διαδικασία περιδίνησης τήγματος με προοπτική εκβιομηχάνισης, είναι απαραίτητο να λυθεί η αντίφαση μεταξύ της ευαισθησίας στη θερμότητα και του υψηλού ιξώδους του τήγματος και να διευρυνθεί το εύρος θερμοκρασίας επεξεργασίας της περιδίνησης τήγματος PLA.
Ταυτόχρονα, με τη βοήθεια της τεχνολογίας ανακύκλωσης PLA για να επιταχυνθεί η σταθερή προμήθεια πρώτων υλών από ίνες PLA στην Κίνα. Στην εθνική στρατηγική «διπλού άνθρακα» και σε άλλες ευνοϊκές πολιτικές, μπορεί να αναμένεται ότι τα υλικά και τα προϊόντα από ίνες PLA βιολογικής βάσης θα οδηγήσουν στην ανάπτυξη του leapfrog, στον τομέα της βιοϊατρικής, της διήθησης και του διαχωρισμού, της συσκευασίας και σε άλλους τομείς. προοπτικές εφαρμογής.