O material de fibra PLA é um novo tipo de materiais biodegradáveis de base biológica, ácido láctico como principal matéria-prima para polimerização de polímeros, matérias-primas de fontes suficientes e renováveis, principalmente milho, mandioca e outras matérias-primas, podem ser utilizadas em fiação por fusão, eletrostática fiação e outras formas de processamento.Material de fibra PLA devido à boa biocompatibilidade, fácil de degradar características renováveis e outras, de modo que tem boas perspectivas de aplicação nas áreas de biomedicina, filtração e separação, embalagem, e assim por diante. Tem boas perspectivas de aplicação. Este estudo concentra-se na preparação de fibras de PLA de base biológica.
1, derreter girando
O método de fiação por fusão é baseado no polímero fundido como matéria-prima, extrudado através da fieira e solidificado em fibras por rápida condensação no ar. O processo de fiação por fusão é simples, o líquido de fiação para o próprio polímero formador de fibra derrete, não precisa de solvente giratório ou recuperação de banho de condensação, e o processo de formação de fibra é concluído na fase gasosa, a resistência ao atrito é pequena e pode ser usada para maior velocidade da bobina, alta eficiência de produção. No entanto, nem todos os polímeros formadores de fibras podem ser usados para preparar fibras por fiação por fusão, uma das condições para a preparação de fibras por fiação por fusão: a temperatura de fusão do polímero deve ser inferior à sua temperatura de decomposição térmica de cerca de 30 graus, caso contrário, é difícil usar o método clássico de fusão para fiação.
O processo de produção da fiação por fusão do PLA é semelhante ao processo de fiação do PET de tereftalato de polietileno, que é dividido em método de fiação de alta velocidade de uma etapa e método de fiação-alongamento de duas etapas. No processo de fiação por fusão, há uma contradição entre a sensibilidade ao calor da reação de degradação do PLA e a alta viscosidade do fundido, resultando em uma faixa de temperatura extremamente estreita para o processamento de fiação por fusão do PLA e a necessidade de controlar o teor de água no masterbatch para evitar hidrólise e carbonização no processo de extrusão por fusão. Ao mesmo tempo, a baixa taxa de cristalização do PLA leva a baixa temperatura de distorção térmica, material quebradiço, baixa tenacidade e longo ciclo de formação. A fim de melhorar o desempenho da fiação por fusão do PLA, Pan Xiaodi et al. descobriram que aumentar a taxa de cisalhamento, ou seja, aumentar a velocidade de fiação, tem menos efeito na viscosidade aparente do fundido de PLA, e o processo de fiação é mais fácil de controlar.
Li et al. preparou fibras de polipropileno/poli(ácido láctico) (PP/PLA) por fiação por fusão e investigou suas propriedades, e descobriu que houve uma pequena diminuição na estabilidade térmica do PLA com a adição de PP, mas a cristalinidade foi melhorada, e o a orientação e as propriedades mecânicas das fibras misturadas de PP/PLA foram melhoradas.
CLARKSON et al. preparou fibras compostas de nanofibra de celulose/poli(ácido láctico) (CNF/PLA) de alta rigidez por fiação por fusão sob condições anidras e sem solvente usando poli(etilenoglicol) (PEG) como agente de volume, e as propriedades mecânicas das fibras foram aumentou 600% após o estiramento térmico quando foi adicionado CNF com fração de massa de 1,3%.
2, solução giratória
A fiação da solução é dividida em dois tipos de métodos de solução seca e úmida. diclorometano, triclorometano ou tolueno são frequentemente usados como solventes para a preparação de soluções de fiação de fibra PLA, como YANG S et al. que estudou a cristalização de compósitos PLA/CNT de alto peso molecular em solução na presença de solventes como diclorometano (CH2Cl2), triclorometano (CHCl3), N,N-dimetilformamida (DMF) e 1,4-dioxano ( DIOX). solventes -dioxano (DIOX). Verificou-se que a adição de nanotubos de carbono (CNTs) com fração mássica de 0,1% poderia promover a formação de cristais de conformação neutra (SCs) de misturas iso-PLLA/PDLA.
A difração de raios X de grande ângulo e os cálculos de varredura diferencial mostram que a capacidade dos solventes de aumentar o conteúdo de SC em compósitos PLLA/PDLA/CNT está em ordem decrescente de DMF, DIOX, CHCl3 e CH2Cl2. Em particular, microcristais SC distintos são formados em DMF. Esta diferença pode ser explicada pelos parâmetros de solubilidade e pressão de vapor do solvente. Os resultados do estudo também fornecem possíveis soluções para regular a composição cristalina de blendas PLLA/PDLA/CNT.
A fiação em solução para preparar menos pesquisa de fibra PLA, com fibras fiadas por fusão, a fiação em solução tem as seguintes vantagens: no processo de fiação, o emaranhamento do polímero na estrutura da rede é menor, de modo que o filamento primário tem propriedades de alta resistência; a temperatura de fiação é baixa, a degradação térmica é menor do que as fibras fiadas por fusão; as propriedades mecânicas da fibra são boas, a resistência das fibras fiadas por fusão é alta, mas a fiação em solução apresenta fiação mais lenta, processo de fiação com contaminação por solvente e problemas de reciclagem, mas as aplicações de produção industrial são mais limitadas. Portanto, é mais limitado em aplicações de produção industrial.
3, fiação eletrostática
A fiação eletrostática refere-se ao processo de fiação de soluções poliméricas ou derretimentos sob a ação de um campo elétrico aplicado, e as fibras preparadas podem atingir a nanoescala (5 nm ~ 1000 nm), mas as condições de fiação são propensas a ter um grande impacto no morfologia e propriedades das fibras. Yin Xuebing et al. investigaram os efeitos do diclorometano (DCM), hexafluoroisopropanol (HFIP) e dimetilformamida (DMF) na capacidade de formação de filamentos da solução de PLLA, na microestrutura dos produtos de fiação e nas propriedades de filtração.
Verificou-se que o solvente misto de DCM/DMF poderia efetivamente melhorar a formação do filamento e a estabilidade do jato da solução de PLLA, o diâmetro da fibra diminuiu significativamente e uma estrutura especial de cruzamentos grossos e finos foi formada entre as fibras, e o melhor desempenho geral de a membrana de fibra foi obtida a partir da solução de fiação de PLLA quando a proporção de volume de DCM/DMF era 0,2.
Wang et al. usou fiação eletrostática diferencial de fusão para preparar fibras de PLA, e o diâmetro médio das fibras atingiu um mínimo de 400 nm a uma temperatura de fiação de 260 graus, uma taxa de fluxo de ar de 20 m3/h, uma temperatura de fluxo de ar de 100 graus e uma distância de giro de 5,5 cm. Além disso, Zhong Guo-cheng et al. usaram ácido polilático do tipo D com cobertura de hidroxila (D PLA) como um iniciador macromolecular para iniciar a polimerização de abertura do anel da estrutura do L-propil lactídeo para produzir diferentes. Além disso, Zhong et al. usaram PLA tipo D com tampa de hidroxila como iniciador macromolecular para iniciar a polimerização de abertura de anel do corpo de L-propil lactídeo para preparar PLA dibloco cúbico linear com diferentes pesos moleculares médios e preparou fibras submicrométricas por meio de fiação eletrostática.
Os resultados mostraram que os pontos de fusão dos cristais compósitos cúbicos formados eram superiores a 215 graus, e a estabilidade térmica foi melhorada e uma boa tenacidade foi exibida. A fiação eletrostática pode realizar o refinamento dos materiais de fibra em comparação com a tecnologia de fiação tradicional, e a formação de cristais compostos cúbicos de PLA pode ajudar a melhorar as propriedades mecânicas dos materiais de fibra.
4. Observações finais
Atualmente, a formação e aplicação de fibras e produtos de PLA de base biológica na China ainda estão em estágio primário. Os dados mostram que até o final de 2021, a capacidade de produção de PLA na China é de cerca de 452,000 t, e espera-se que atinja 5 milhões de t em 2025.PLA, como uma espécie de verde e ambientalmente material amigável, tem potencial para substituir os materiais fibrosos tradicionais à base de petróleo. Analisando e comparando os métodos existentes de formação de fibra de PLA de base biológica e suas vantagens e desvantagens, a reação de degradação do PLA precisa ser resolvida no processo de fiação por fusão com perspectivas de industrialização. processo de fiação por fusão com perspectiva de industrialização, é necessário resolver a contradição entre a sensibilidade ao calor e a alta viscosidade do fundido, e ampliar a faixa de temperatura de processamento da fiação por fusão do PLA.
Ao mesmo tempo, com a ajuda da tecnologia de reciclagem de PLA para acelerar o fornecimento estável de matérias-primas de fibra de PLA na China. Na estratégia nacional de "duplo carbono" e outras políticas favoráveis, pode-se esperar que os materiais e produtos de fibra PLA de base biológica darão início ao desenvolvimento de um salto, no campo da biomedicina, filtração e separação, embalagem e outras áreas mostram bons perspectivas de aplicação.