PLA šķiedras materiāls ir jauna veida bioloģiski noārdāmi materiāli, pienskābe kā galvenā izejviela polimēru polimerizācija, izejvielas no pietiekamiem un atjaunojamiem avotiem, galvenokārt kukurūzas, maniokas un citām izejvielām, var izmantot kausējuma vērpšanā, elektrostatiskajā vērpšana un citi apstrādes veidi.PLA šķiedru materiāls labas biosaderības dēļ, viegli noārdāms atjaunojamo un citu īpašību dēļ, lai tam būtu labas izredzes izmantot biomedicīnas, filtrēšanas un atdalīšanas, iepakošanas un tā tālāk jomās. Tam ir labas pielietošanas iespējas. Šis pētījums koncentrējas uz bioloģiski ražotu PLA šķiedru sagatavošanu.
1, kausējuma vērpšana
Kausējuma vērpšanas metode ir balstīta uz polimēru kausējumu kā izejvielu, ko izspiež caur vērpšanas ierīci un sacietē šķiedrās, ātri kondensējoties gaisā. Kausējuma vērpšanas process ir vienkāršs, vērpšanas šķidrums pašam šķiedru veidojošajam polimēra kausējumam, nav nepieciešams vērpšanas šķīdinātāja vai kondensācijas vannas reģenerācija, un šķiedru formēšanas process ir pabeigts gāzes fāzē, berzes pretestība ir maza, un to var izmantot, lai palielinātu. spoles ātrums, augsta ražošanas efektivitāte. Tomēr ne visus šķiedru veidojošos polimērus var izmantot šķiedru sagatavošanai ar kausēšanas vērpšanu, kas ir viens no nosacījumiem šķiedru sagatavošanai ar kausēšanas vērpšanu: polimēra kausējuma temperatūrai jābūt zemākai par tā termiskās sadalīšanās temperatūru aptuveni 30 grādiem, pretējā gadījumā vērpšanai ir grūti izmantot klasisko kausēšanas metodi.
PLA kausējuma vērpšanas ražošanas process ir līdzīgs polietilēntereftalāta PET vērpšanas procesam, kas ir sadalīts ātrgaitas vērpšanas vienpakāpju metodē un vērpšanas-stiepšanas divpakāpju metodē. Kausējuma vērpšanas procesā pastāv pretruna starp PLA noārdīšanās reakcijas siltumjutību un kausējuma augsto viskozitāti, kā rezultātā PLA kausējuma vērpšanas apstrādei ir ārkārtīgi šaurs temperatūras diapazons un nepieciešamība kontrolēt ūdens saturu pamatsaukumā. novērstu hidrolīzi un karbonizāciju kausējuma ekstrūzijas procesā. Tajā pašā laikā zemais PLA kristalizācijas ātrums izraisa zemu siltuma deformācijas temperatūru, trauslu materiālu, sliktu stingrību un ilgu formēšanas ciklu. Lai uzlabotu PLA kausējuma vērpšanas veiktspēju, Pan Xiaodi et al. konstatēja, ka bīdes ātruma palielināšana, ti, vērpšanas ātruma palielināšana mazāk ietekmē PLA kausējuma šķietamo viskozitāti, un vērpšanas procesu ir vieglāk kontrolēt.
Li et al. sagatavoja polipropilēna/poli(pienskābes) (PP/PLA) šķiedras kausēšanas vērpšanas ceļā un pētīja to īpašības, un konstatēja, ka, pievienojot PP, PLA termiskā stabilitāte nedaudz samazinājās, bet tika uzlabota kristāliskums un tika uzlabota PP/PLA sajaukto šķiedru orientācija un mehāniskās īpašības.
CLARKSON et al. sagatavoja augstas stingrības celulozes nanošķiedras/poli(pienskābes) (CNF/PLA) kompozītmateriālu šķiedras, kausējot vērpšanu bezūdens un šķīdinātāju nesaturošos apstākļos, izmantojot poli(etilēnglikolu) (PEG) kā tilpuma līdzekli, un šķiedru mehāniskās īpašības palielinājās par 600% pēc termiskās stiepšanas, kad tika pievienots CNF ar masas daļu 1,3%.
2, Risinājuma vērpšana
Šķīduma vērpšana ir sadalīta divu veidu šķīduma sausās un mitrās metodes. dihlormetānu, trihlormetānu vai toluolu bieži izmanto kā šķīdinātājus PLA šķiedru vērpšanas pamatšķīdumu pagatavošanai, piemēram, YANG S et al. kurš pētīja augstas molekulmasas PLA/CNT kompozītmateriālu šķīduma kristalizāciju tādu šķīdinātāju klātbūtnē kā dihlormetāns (CH2Cl2), trihlormetāns (CHCl3), N,N-dimetilformamīds (DMF) un 1,4-dioksāns ( DIOX). -dioksāna (DIOX) šķīdinātāji. Tika konstatēts, ka oglekļa nanocauruļu (CNT) pievienošana ar masas daļu 0,1% varētu veicināt neitrālu konformācijas kristālu (SC) veidošanos izo-PLLA/PDLA maisījumos.
Platleņķa rentgenstaru difrakcijas un diferenciālās skenēšanas aprēķini liecina, ka šķīdinātāju spēja palielināt SC saturu PLLA/PDLA/CNT kompozītmateriālos ir dilstošā secībā pēc DMF, DIOX, CHCl3 un CH2Cl2. Jo īpaši DMF veidojas atšķirīgi SC mikrokristāli. Šo atšķirību var izskaidrot ar šķīdības parametriem un šķīdinātāja tvaika spiedienu. Pētījuma rezultāti sniedz arī iespējamos risinājumus PLLA/PDLA/CNT maisījumu kristāliskā sastāva regulēšanai.
Šķīduma vērpšana, lai sagatavotu PLA šķiedru izpēti mazāk, izmantojot kausējuma vērptas šķiedras, vērpšanai šķīdumā ir šādas priekšrocības: vērpšanas procesā tīkla struktūras polimēru sapīšanās ir mazāka, tāpēc primārajam pavedienam ir augstas stiepes īpašības; vērpšanas temperatūra ir zema, termiskā noārdīšanās ir zemāka nekā kausēta vērpta šķiedra; Šķiedras mehāniskās īpašības ir labas, kausētu vērptu šķiedru izturība ir augsta, bet vērpšanas šķīdumā ir lēnāka vērpšana, vērpšanas process, piesārņojums ar šķīdinātāju un otrreizējās pārstrādes problēmas, bet rūpnieciskās ražošanas pielietojums ir ierobežotāks. Tāpēc rūpnieciskās ražošanas lietojumos tas ir ierobežotāks.
3, Elektrostatiskā vērpšana
Elektrostatiskā vērpšana attiecas uz polimēru šķīdumu vai kausējumu vērpšanas procesu pielietota elektriskā lauka iedarbībā, un sagatavotās šķiedras var sasniegt nanomērogu (5 nm ~ 1000 nm), bet vērpšanas apstākļi var būtiski ietekmēt šķiedru morfoloģija un īpašības. Yin Xuebing et al. pētīja dihlormetāna (DCM), heksafluorizopropanola (HFIP) un dimetilformamīda (DMF) ietekmi uz PLLA šķīduma pavedienu veidošanās spēju, vērpšanas produktu mikrostruktūru un filtrēšanas īpašībām.
Tika konstatēts, ka DCM/DMF jauktais šķīdinātājs var efektīvi uzlabot pavedienu veidošanos un PLLA šķīduma strūklas stabilitāti, būtiski samazinājās šķiedras diametrs un starp šķiedrām izveidojās īpaša rupju un smalku krustojumu struktūra, kā arī vislabākā kopējā veiktspēja šķiedru membrāna tika iegūta no PLLA vērpšanas šķīduma, kad DCM/DMF tilpuma attiecība bija 0.2.
Wang et al. PLA šķiedru sagatavošanai izmantoja kausējuma diferenciālo elektrostatisko vērpšanu, un šķiedru vidējais diametrs sasniedza vismaz 400 nm pie vērpšanas temperatūras 260 grādi, gaisa plūsmas ātruma 20 m3/h, gaisa plūsmas temperatūrā 100 grādi un vērpšanas attālums 5,5 cm. Turklāt Zhong Guo-cheng et al. izmantoja hidroksilpārsegu D veida polipienskābi (D PLA) kā makromolekulāro iniciatoru, lai uzsāktu L-propillaktīda mugurkaula gredzena atvēršanas polimerizāciju, lai iegūtu dažādus Turklāt Zhong et al. izmantoja hidroksilpārsegu D-tipa PLA kā makromolekulāro iniciatoru, lai uzsāktu L-propillaktīda ķermeņa gredzena atvēršanas polimerizāciju, lai sagatavotu lineāru kubisko dibloku PLA ar dažādu skaitlisko vidējo molekulmasu, un sagatavoja submikronu šķiedras, izmantojot elektrostatisko vērpšanu.
Rezultāti parādīja, ka izveidoto kubisko kompozītmateriālu kristālu kušanas temperatūra bija virs 215 grādiem, uzlabojās termiskā stabilitāte un bija laba izturība. Elektrostatiskā vērpšana var realizēt šķiedru materiālu uzlabošanu salīdzinājumā ar tradicionālo vērpšanas tehnoloģiju, un PLA kubisko kompozītmateriālu kristālu veidošanās var palīdzēt uzlabot šķiedru materiālu mehāniskās īpašības.
4. Nobeiguma piezīmes
Pašlaik bioloģiski ražotu PLA šķiedru un produktu veidošana un pielietošana Ķīnā joprojām ir sākotnējā stadijā. Dati liecina, ka līdz 2021. gada beigām PLA ražošanas jauda Ķīnā ir aptuveni 452,000 t, un sagaidāms, ka 2025. gadā tā sasniegs 5 miljonus t. PLA kā sava veida zaļa un videi nekaitīga draudzīgs materiāls, ir potenciāls aizstāt tradicionālos šķiedru materiālus uz naftas bāzes. Analizējot un salīdzinot esošās biobāzes PLA šķiedru veidošanas metodes un to priekšrocības un trūkumus, ir jāatrisina PLA noārdīšanās reakcija kausējuma vērpšanas procesā ar industrializācijas perspektīvām. kausējuma vērpšanas procesā ar industrializācijas perspektīvu, ir jāatrisina pretruna starp karstumjutību un kausējuma augsto viskozitāti, kā arī jāpaplašina PLA kausējuma vērpšanas apstrādes temperatūras diapazons.
Tajā pašā laikā, izmantojot PLA pārstrādes tehnoloģiju, lai paātrinātu stabilu PLA šķiedru izejvielu piegādi Ķīnā. Valsts "dubultā oglekļa" stratēģijā un citās labvēlīgajās politikās var sagaidīt, ka bioloģiski ražoti PLA šķiedras materiāli un produkti ievadīs lēcienu attīstību, biomedicīnas jomā filtrēšana un atdalīšana, iepakošana un citas jomas uzrāda labus rezultātus. piemērošanas perspektīvas.