PLA elyaf malzemesi yeni bir tür biyolojik bazlı biyolojik olarak parçalanabilen malzemedir, polimerlerin ana hammadde polimerizasyonu olarak laktik asit, yeterli ve yenilenebilir kaynaklardan gelen hammaddeler, özellikle mısır, manyok ve diğer hammaddeler, eriyik eğirme, elektrostatik olarak kullanılabilir eğirme ve diğer işleme yolları. İyi biyouyumluluk, bozunması kolay yenilenebilir ve diğer özelliklerden dolayı PLA elyaf malzemesi, bu nedenle biyotıp, filtreleme ve ayırma, paketleme vb. alanlarda uygulama için iyi beklentilere sahiptir. İyi uygulama beklentileri vardır. Bu çalışma biyo bazlı PLA liflerinin hazırlanmasına odaklanmaktadır.
1, Eriyik eğirme
Eriyik eğirme yöntemi, ham madde olarak eriyik polimerin düzeden ekstrüzyonla çıkarılması ve havada hızlı yoğunlaşma yoluyla lifler halinde katılaştırılmasına dayanır. Eriyik eğirme işlemi basittir, elyaf oluşturucu polimer için eğirme sıvısı kendiliğinden erir, solventin eğirmesine veya yoğunlaştırma banyosunun geri kazanılmasına gerek yoktur ve elyaf oluşturma işlemi gaz fazında tamamlanır, sürtünme direnci küçüktür ve daha yüksek değerlerde kullanılabilir bobin hızı, yüksek üretim verimliliği. Bununla birlikte, lif oluşturucu polimerlerin tümü, eriyik eğirme yoluyla liflerin hazırlanması için kullanılamaz; bu, eriyik eğirme yoluyla liflerin hazırlanmasının koşullarından biridir: polimerin erime sıcaklığı, yaklaşık 30 derecelik termal ayrışma sıcaklığından daha düşük olmalıdır, aksi takdirde eğirme için klasik eritme yöntemini kullanmak zordur.
PLA eriyik eğirmenin üretim süreci, yüksek hızlı eğirme tek adımlı yönteme ve iki adımlı eğirme-gerdirme yöntemine ayrılan polietilen tereftalat PET'in eğirme işlemine benzer. Eriyik eğirme prosesinde, PLA bozunma reaksiyonunun ısı hassasiyeti ile eriyiğin yüksek viskozitesi arasında bir çelişki vardır, bu da PLA eriyik eğirme prosesi için son derece dar bir sıcaklık aralığına ve masterbatch'teki su içeriğinin kontrol edilmesi ihtiyacına yol açar. eriyik ekstrüzyon prosesinde hidrolizi ve karbonizasyonu önler. Aynı zamanda, PLA'nın düşük kristalleşme hızı, düşük ısıl bozulma sıcaklığına, kırılgan malzemeye, zayıf tokluğa ve uzun şekillendirme döngüsüne yol açar. PLA eriyik eğirme performansını artırmak için Pan Xiaodi ve ark. kesme hızının arttırılmasının, yani eğirme hızının arttırılmasının, PLA eriyiğinin görünen viskozitesi üzerinde daha az etkiye sahip olduğunu ve eğirme işleminin kontrol edilmesinin daha kolay olduğunu bulmuşlardır.
Li ve diğerleri. Eriyik eğirme yöntemiyle polipropilen/poli(laktik asit) (PP/PLA) fiberleri hazırlamış ve özelliklerini araştırmış ve PP ilavesiyle PLA'nın termal stabilitesinde küçük bir azalma olduğunu ancak kristalliğin arttığını ve PP/PLA karışımlı elyafların yönelimi ve mekanik özellikleri iyileştirildi.
CLARKSON ve ark. Hacim artırıcı olarak poli(etilen glikol) (PEG) kullanılarak susuz ve solvent içermeyen koşullar altında eriyik eğirme yöntemiyle yüksek sertlikte selüloz nano elyaf/poli(laktik asit) (CNF/PLA) kompozit elyaflar hazırlandı ve elyafların mekanik özellikleri belirlendi. Kütle oranı %1,3 olan CNF eklendiğinde termal gerdirmeden sonra %600 arttı.
2, Çözüm İplikçiliği
Çözelti eğirme, çözelti kuru ve ıslak yöntemler olmak üzere iki tipe ayrılır. diklorometan, triklorometan veya toluen, YANG S ve diğerleri gibi PLA elyaf eğirme stoku çözeltilerinin hazırlanmasında çözücü olarak sıklıkla kullanılır. diklorometan (CH2Cl2), triklorometan (CHCl3), N,N-dimetilformamid (DMF) ve 1,4-dioksan gibi çözücülerin varlığında çözelti döküm yüksek molekül ağırlıklı PLA/CNT kompozitlerinin kristalizasyonunu araştırdı ( DIOX). -dioksan (DIOX) çözücüler. Kütle fraksiyonu %0,1 olan karbon nanotüplerin (CNT'ler) eklenmesinin, izo-PLLA/PDLA karışımlarının nötr konformasyon kristallerinin (SC'ler) oluşumunu destekleyebileceği bulunmuştur.
Geniş açılı X-ışını kırınımı ve diferansiyel tarama hesaplamaları, solventlerin PLLA/PDLA/CNT kompozitlerindeki SC içeriğini artırma yeteneğinin, DMF, DIOX, CHCl3 ve CH2Cl2 şeklinde azalan sırada olduğunu göstermektedir. Özellikle DMF'de farklı SC mikrokristalleri oluşur. Bu fark çözünürlük parametreleri ve solvent buhar basıncı ile açıklanabilir. Çalışmanın sonuçları ayrıca PLLA/PDLA/CNT karışımlarının kristal kompozisyonunu düzenlemek için olası çözümler de sunmaktadır.
PLA elyaf araştırmasını daha az hazırlamak için çözelti eğirme, eriyik eğrilmiş liflerle, çözelti eğirme aşağıdaki avantajlara sahiptir: eğirme işleminde, ağ yapısının polimer dolaşması daha azdır, böylece birincil filaman yüksek gerilme özelliklerine sahiptir; eğirme sıcaklığı düşüktür, termal bozunma eriyik eğrilmiş elyaflara göre daha düşüktür; Elyafın mekanik özellikleri iyidir, eriyik eğrilmiş elyafların mukavemeti yüksektir, fakat çözeltide eğirme işleminde daha yavaş eğirme vardır, eğirme işleminde solvent kirliliği ve geri dönüşüm sorunları vardır, ancak endüstriyel üretim uygulamaları daha sınırlıdır. Bu nedenle endüstriyel üretim uygulamalarında daha sınırlıdır.
3, Elektrostatik eğirme
Elektrostatik eğirme, uygulanan bir elektrik alanının etkisi altında polimer çözeltilerinin veya eriyiklerin eğirme işlemini ifade eder ve hazırlanan fiberler nano ölçeğe (5 nm ~ 1000 nm) ulaşabilir, ancak eğirme koşullarının, sonuç üzerinde büyük bir etkiye sahip olma eğilimi vardır. lif morfolojisi ve özellikleri. Yin Xuebing ve ark. diklorometan (DCM), heksafloroizopropanol (HFIP) ve dimetilformamidin (DMF), PLLA çözeltisinin filaman oluşturma yeteneği, eğirme ürünlerinin mikro yapısı ve filtrasyon özellikleri üzerindeki etkilerini araştırdı.
Karışık DCM/DMF solventinin, PLLA çözeltisinin filaman oluşumunu ve jet stabilitesini etkili bir şekilde iyileştirebildiği, fiber çapının önemli ölçüde azaldığı ve fiberler arasında kaba ve ince çaprazlardan oluşan özel bir yapının oluştuğu ve en iyi genel performansın elde edildiği bulunmuştur. DCM/DMF'nin hacim oranı 0.2 olduğunda PLLA eğirme çözeltisinden fiber membran elde edildi.
Wang ve diğerleri. PLA elyaflarını hazırlamak için eriyik diferansiyel elektrostatik eğirme kullanıldı ve elyafların ortalama çapı, 260 derecelik bir eğirme sıcaklığında, 20 m3/saat hava akış akış hızında, 100 derecelik bir hava akış sıcaklığında ve 100 derecelik bir hava akış sıcaklığında minimum 400 nm'ye ulaştı. 5,5 cm eğirme mesafesi. Ayrıca Zhong Guo-cheng ve ark. farklı üretmek üzere L-propil laktit omurgasının halka açılması polimerizasyonunu başlatmak için makromoleküler başlatıcı olarak hidroksil başlıklı D tipi polilaktik asit (D PLA) kullandı. Ayrıca Zhong ve ark. farklı sayı ortalamalı moleküler ağırlıklara sahip doğrusal kübik diblok PLA hazırlamak için L-propil laktit gövdesinin halka açma polimerizasyonunu başlatmak için makromoleküler başlatıcı olarak hidroksil başlıklı D-tipi PLA'yı kullandı ve elektrostatik eğirme yoluyla mikron altı fiberler hazırladı.
Sonuçlar, oluşturulan kübik kompozit kristallerin erime noktalarının 215 derecenin üzerinde olduğunu, termal stabilitenin arttığını ve iyi tokluk sergilendiğini gösterdi. Elektrostatik eğirme, geleneksel eğirme teknolojisiyle karşılaştırıldığında fiber malzemelerin iyileştirilmesini gerçekleştirebilir ve PLA kübik kompozit kristallerinin oluşumu, fiber malzemelerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesine yardımcı olabilir.
4. Son açıklamalar
Şu anda Çin'de biyo bazlı PLA elyaflarının ve ürünlerinin oluşturulması ve uygulanması hala başlangıç aşamasındadır. Veriler, 2021 yılı sonu itibarıyla Çin'deki PLA üretim kapasitesinin yaklaşık 452,000 ton olduğunu ve 2025 yılında bu rakamın 5 milyon tona ulaşmasının beklendiğini gösteriyor. dostu malzeme, geleneksel petrol bazlı elyaflı malzemelerin yerini alma potansiyeline sahiptir. Mevcut biyo bazlı PLA elyaf oluşturma yöntemlerini ve bunların avantajlarını ve dezavantajlarını analiz edip karşılaştırarak, PLA bozunma reaksiyonunun sanayileşme beklentileriyle birlikte eriyik eğirme prosesinde çözülmesi gerekmektedir. Sanayileşme beklentisi olan eriyik eğirme prosesi, ısı hassasiyeti ile eriyiğin yüksek viskozitesi arasındaki çelişkiyi çözmek ve PLA eriyik eğirme işleminin işlem sıcaklığı aralığını genişletmek gereklidir.
Aynı zamanda, PLA geri dönüşüm teknolojisinin yardımıyla Çin'deki PLA elyaf hammaddelerinin istikrarlı tedarikini hızlandırmak. Ulusal "çift karbon" stratejisinde ve diğer olumlu politikalarda, biyo bazlı PLA elyaf malzemelerinin ve ürünlerinin, biyotıp, filtreleme ve ayırma, paketleme ve diğer alanlarda birdirbirlerin geliştirilmesine öncülük etmesi beklenebilir. başvuru beklentileri.