2016年11月11日 星期五 09:15:33
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【原创】立构复合聚乳酸纤维的制备方法

发表时间:2022/1/6

聚乳酸(PLA)纤维因物理性能与涤纶接近且可完全生物降解,逐渐成为一种具有潜力的可部分替代化石源纤维的绿色生态纤维,但耐温性和耐水热降解性差极大地限制了其应用。




1987年IKADA等报道了具有相反手性的左旋聚乳酸(PLLA)与右旋聚乳酸(PDLA)分子间可以形成立构复合结构,具有该结构的PLA的熔点可提高约50℃,并且纤维的可生物降解性不会被破坏。

目前,立构复合聚乳酸(ScPLA)纤维的制备难点在于需要PLLA和PDLA大分子链间充分接触以及较长的热定形处理时间。然而,PLLA与PDLA在熔体状态下难以混合均匀,而较长时间、较高温度热定形既无法满足工业生产需求,又会导致纤维力学性能急剧下降,因此至今未见商业化ScPLA纤维产品问世。目前见诸于报道的ScPLA纤维制备方法包括溶液纺丝法、静电纺丝法、熔融纺丝法等。


溶液纺丝法

PLA溶液纺丝有干法纺丝和湿法纺丝两种。PLA溶液纺丝法大多以甲苯、二氯甲烷或氯仿等作溶剂,该纺丝法的优点是在溶液中PLLA、PDLA分子易于分散均匀,容易形成立构复合结构,纺丝过程稳定。但成本高、对环境损害大、溶剂有毒且回收困难等众多因素制约了PLA溶液纺丝的商业化进程。溶液纺丝法的相关报道主要集中于纺丝溶液处理以及热定形对纤维晶体形态的影响。




溶液纺丝法制备ScPLA的影响因素主要包括溶剂种类、浓度以及溶剂挥发速率等。使用溶解度参数与PLA接近的良溶剂有利于二者相互接触、碰撞。ScPLA晶体在溶液中存在一个临界浓度,该临界浓度值小于PLLA在溶液中形成结晶的临界浓度,因此,溶剂挥发时首先达到ScPLA晶体析出的临界浓度值,形成ScPLA晶体。延长纺丝液浓度保持在两个临界值之间的放置时间就可以提高ScPLA晶体的比例。溶剂挥发快,溶液很快达到ScPLA晶体的析出临界值,利于成核,但同时形成ScPLA晶体的时间窗口变窄,不利于ScPLA晶体形成。


静电纺丝法

静电纺丝法是溶液纺丝法的延伸,是高分子流体在静电作用下喷射拉伸延展得到纳米级纤维的纤维制造工艺。截至目前有望实现工业化生产ScPLA纤维的方案中,溶液纺丝法和静电纺丝法面临着溶剂的环保回收问题以及生产效率问题。



熔融纺丝法

熔融纺丝法制备ScPLA纤维的相关报道涵盖了纺丝速度、纺丝温度、定形条件等对纤维结晶性能与取向结构的影响,也有少量对纺丝过程中ScPLA结晶机理的研究。从ScPLA形成机理看,溶液纺丝法和静电纺丝法制备ScPLA纤维有着能将分子链充分混合的优势。但综合考虑环境影响、加工效率与纤维性能等因素,熔融纺丝法制备ScPLA纤维依然更具工业化前景。


更多内容,请关注《纺织导报》2021年第12期“立构复合聚乳酸纤维制备方法研究进展”一文。