Il materiale in fibra PLA è un nuovo tipo di materiali biodegradabili a base biologica, l'acido lattico come principale materia prima per la polimerizzazione dei polimeri, materie prime provenienti da fonti sufficienti e rinnovabili, principalmente mais, manioca e altre materie prime, possono essere utilizzate nella filatura a fusione, elettrostatica filatura e altri modi di lavorazione. Materiale in fibra PLA grazie alla buona biocompatibilità, facile da degradare rinnovabile e altre caratteristiche, in modo che abbia buone prospettive di applicazione nei campi della biomedicina, filtrazione e separazione, imballaggio e così via. Ha buone prospettive applicative. Questo studio si concentra sulla preparazione di fibre PLA a base biologica.
1, fusione della filatura
Il metodo di filatura a fusione si basa sul polimero fuso come materia prima, estruso attraverso la filiera e solidificato in fibre mediante rapida condensazione nell'aria. Il processo di filatura a fusione è semplice, il liquido di filatura per il polimero che forma le fibre si scioglie, non è necessario il recupero del solvente o del bagno di condensazione e il processo di formazione delle fibre viene completato in fase gassosa, la resistenza all'attrito è ridotta e può essere utilizzata per livelli più elevati velocità della bobina, alta efficienza produttiva. Tuttavia, non tutti i polimeri formanti fibre possono essere utilizzati per preparare le fibre mediante filatura a fusione, una delle condizioni per la preparazione delle fibre mediante filatura a fusione: la temperatura della massa fusa del polimero deve essere inferiore alla temperatura di decomposizione termica di circa 30 gradi, altrimenti è difficile utilizzare il metodo classico della fusione per la filatura.
Il processo di produzione della filatura per fusione del PLA è simile al processo di filatura del PET in polietilene tereftalato, che è suddiviso in metodo di filatura ad una fase ad alta velocità e metodo di filatura-allungamento in due fasi. Nel processo di filatura a fusione, esiste una contraddizione tra la sensibilità al calore della reazione di degradazione del PLA e l'elevata viscosità del fuso, con conseguente intervallo di temperature estremamente ristretto per il processo di filatura a fusione del PLA e la necessità di controllare il contenuto di acqua nel masterbatch per prevenire l'idrolisi e la carbonizzazione nel processo di estrusione della fusione. Allo stesso tempo, il basso tasso di cristallizzazione del PLA porta a una bassa temperatura di distorsione termica, materiale fragile, scarsa tenacità e ciclo di formatura lungo. Al fine di migliorare le prestazioni della filatura del PLA, Pan Xiaodi et al. hanno scoperto che l'aumento della velocità di taglio, ovvero l'aumento della velocità di filatura, ha un effetto minore sulla viscosità apparente del PLA fuso e il processo di filatura è più facile da controllare.
Li et al. hanno preparato fibre di polipropilene/poli(acido lattico) (PP/PLA) mediante filatura a fusione e ne hanno studiato le proprietà e hanno scoperto che c'era una piccola diminuzione nella stabilità termica del PLA con l'aggiunta di PP, ma la cristallinità era migliorata e la l'orientamento e le proprietà meccaniche delle fibre miste PP/PLA sono stati migliorati.
CLARKSON et al. fibre composite preparate di nanofibra di cellulosa ad alta rigidità/poli(acido lattico) (CNF/PLA) mediante filatura per fusione in condizioni anidra e prive di solventi utilizzando poli(etilenglicole) (PEG) come agente di carica e le proprietà meccaniche delle fibre sono state aumentato del 600% dopo lo stiramento termico quando è stato aggiunto CNF con una frazione di massa dell'1,3%.
2, soluzione di filatura
La filatura della soluzione è divisa in due tipi di metodi a secco e a umido. diclorometano, triclorometano o toluene sono spesso usati come solventi per la preparazione di soluzioni madre per filatura di fibra PLA, come YANG S et al. che hanno studiato la cristallizzazione di compositi PLA/CNT ad alto peso molecolare in soluzione in presenza di solventi come diclorometano (CH2Cl2), triclorometano (CHCl3), N,N-dimetilformammide (DMF) e 1,4-diossano ( DIOX). -solventi diossanici (DIOX). Si è scoperto che l'aggiunta di nanotubi di carbonio (CNT) con una frazione di massa pari a 0,1% potrebbe promuovere la formazione di cristalli di conformazione neutra (SC) di miscele iso-PLLA/PDLA.
La diffrazione dei raggi X grandangolari e i calcoli della scansione differenziale mostrano che la capacità dei solventi di aumentare il contenuto di SC nei compositi PLLA/PDLA/CNT è in ordine decrescente di DMF, DIOX, CHCl3 e CH2Cl2. In particolare, nel DMF si formano caratteristici microcristalli SC. Questa differenza può essere spiegata dai parametri di solubilità e dalla pressione del vapore del solvente. I risultati dello studio forniscono anche possibili soluzioni per regolare la composizione cristallina delle miscele PLLA/PDLA/CNT.
La filatura in soluzione per preparare meno la ricerca sulla fibra PLA, con le fibre filate a fusione, la filatura in soluzione presenta i seguenti vantaggi: nel processo di filatura, l'aggrovigliamento polimerico della struttura della rete è inferiore, in modo che il filamento primario abbia proprietà di trazione elevate; la temperatura di filatura è bassa, la degradazione termica è inferiore a quella delle fibre filate a fusione; le proprietà meccaniche della fibra sono buone, la resistenza delle fibre filate a fusione è elevata, ma la filatura in soluzione ha una filatura più lenta, processi di filatura contaminati da solventi e problemi di riciclaggio, ma le applicazioni di produzione industriale sono più limitate. Pertanto, è più limitato nelle applicazioni di produzione industriale.
3, filatura elettrostatica
La filatura elettrostatica si riferisce al processo di filatura di soluzioni polimeriche o si fondono sotto l'azione di un campo elettrico applicato e le fibre preparate possono raggiungere la nanoscala (5 nm ~ 1000 nm), ma le condizioni di filatura tendono ad avere un grande impatto sulla Morfologia e proprietà delle fibre. Yin Xuebing et al. hanno studiato gli effetti del diclorometano (DCM), dell'esafluoroisopropanolo (HFIP) e della dimetilformammide (DMF) sulla capacità di formare filamenti della soluzione PLLA, sulla microstruttura dei prodotti di filatura e sulle proprietà di filtrazione.
Si è scoperto che il solvente misto di DCM/DMF potrebbe migliorare efficacemente la formazione dei filamenti e la stabilità del getto della soluzione PLLA, il diametro delle fibre è diminuito in modo significativo e si è formata una struttura speciale di croci grossolane e fini tra le fibre e le migliori prestazioni complessive di la membrana in fibra è stata ottenuta dalla soluzione di filatura PLLA quando il rapporto volumetrico di DCM/DMF era 0.2.
Wang et al. ha utilizzato la filatura elettrostatica con differenziale di fusione per preparare le fibre di PLA e il diametro medio delle fibre ha raggiunto un minimo di 400 nm a una temperatura di filatura di 260 gradi, una portata del flusso d'aria di 20 m3/h, una temperatura del flusso d'aria di 100 gradi e una distanza di rotazione di 5,5 cm. Inoltre, Zhong Guo-cheng et al. hanno utilizzato acido polilattico di tipo D (D PLA) con cappuccio idrossilico come iniziatore macromolecolare per avviare la polimerizzazione con apertura dell'anello dello scheletro L-propil lattide per produrre diversi Inoltre, Zhong et al. ha utilizzato PLA di tipo D con cappuccio idrossilico come iniziatore macromolecolare per avviare la polimerizzazione con apertura dell'anello del corpo del lattide L-propilico per preparare PLA diblocco cubico lineare con diversi pesi molecolari medi numerici e fibre submicroniche preparate mediante filatura elettrostatica.
I risultati hanno mostrato che i punti di fusione dei cristalli compositi cubici formati erano superiori a 215 gradi, la stabilità termica era migliorata e veniva mostrata una buona tenacità. La filatura elettrostatica può realizzare il perfezionamento dei materiali in fibra rispetto alla tradizionale tecnologia di filatura e la formazione di cristalli compositi cubici in PLA può aiutare a migliorare le proprietà meccaniche dei materiali in fibra.
4. Considerazioni conclusive
Allo stato attuale, la formazione e l’applicazione di fibre e prodotti PLA di origine biologica in Cina sono ancora nella fase iniziale. I dati mostrano che entro la fine del 2021, la capacità di produzione di PLA in Cina è di circa 452,000 t, e si prevede che raggiungerà i 5 milioni di t nel 2025.PLA, come una sorta di verde e rispettoso dell'ambiente materiale amichevole, ha il potenziale per sostituire i tradizionali materiali fibrosi a base di petrolio. Analizzando e confrontando i metodi esistenti di formazione della fibra PLA biobased e i loro vantaggi e svantaggi, la reazione di degradazione del PLA deve essere risolta nel processo di filatura a fusione con prospettive di industrializzazione. processo di filatura a fusione con prospettiva di industrializzazione, è necessario risolvere la contraddizione tra sensibilità al calore e elevata viscosità del fuso e ampliare l'intervallo di temperature di lavorazione della filatura a fusione di PLA.
Allo stesso tempo, con l’aiuto della tecnologia di riciclaggio del PLA per accelerare la fornitura stabile di materie prime in fibra PLA in Cina. Nella strategia nazionale del "doppio carbonio" e in altre politiche favorevoli, ci si può aspettare che i materiali e i prodotti in fibra PLA a base biologica introducano lo sviluppo di leapfrog, nel campo della biomedicina, filtrazione e separazione, imballaggio e altre aree mostrano buoni risultati prospettive di candidatura.