PLA纖維的幾種制備方法

PLA纖維材料是一種新型生物基可降解材料，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來(lái)源充分且可再生，主要以玉米、木薯等為原料，可采用熔紡、靜電紡絲等多種方式進(jìn)行加工。PLA纖維材料因具有良好的生物相容性、易降解可再生等特點(diǎn)，使其在生物醫學(xué)、過(guò)濾分離、包裝等領(lǐng)域具有較好應用前景。PLA纖維的制備方法有以下幾種：

1、熔融紡絲法：

熔融紡絲法是以聚合物熔體為原料，經(jīng)噴絲孔擠出，在空氣中快速冷凝而固化成纖。熔融紡絲工藝簡(jiǎn)單，紡絲液為成纖高聚物自身的熔融液，不需要進(jìn)行紡絲溶劑或凝固浴的回收，而且纖維成形過(guò)程在氣相中完成，摩擦阻力小，可采用較高的卷絲速度，生產(chǎn)效率高。但是，并非所有成纖高聚物都可用熔融紡絲制備纖維，采用熔融紡絲制備纖維的條件之一：高聚物熔融溫度必須低于其熱分解溫度約30℃，否則難以用經(jīng)典的熔融法進(jìn)行紡絲。

聚乳酸熔融紡絲的生產(chǎn)工藝與聚對苯二甲酸乙二醇酯PET的紡絲工藝類(lèi)似，分高速紡絲一步法、紡絲-拉伸二步法。在熔融紡絲過(guò)程中，PLA降解反應熱敏性與熔體高黏度之間存在矛盾，造成PLA熔融紡絲加工溫度范圍極窄，且需要控制母粒中的含水量，防止熔融擠出過(guò)程中發(fā)生水解碳化。同時(shí)，PLA低結晶速率導致熱變形溫度低，材料質(zhì)脆、韌性差且成形周期長(cháng)。

通過(guò)熔融紡絲制備聚丙烯/聚乳酸（PP/PLA）纖維并對其性能研究發(fā)現，PP的加入，PLA的熱穩定性有小幅度下降，但結晶度有所提高，而且PP/PLA共混纖維的取向度和力學(xué)性能得到改善。

CLARKSON等人以聚乙二醇（PEG）為增容劑在無(wú)水無(wú)溶劑條件下通過(guò)熔融紡絲制備了高剛度纖維素納米纖維/聚乳酸(CNF/PLA)復合纖維，當添加質(zhì)量分數1.3%的CNF時(shí)，經(jīng)熱拉伸后纖維力學(xué)性能提高了600%。

2、溶液紡絲法：

溶液紡絲分溶液干法和濕法兩種。PLA纖維紡絲原液的制備常采用二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯作溶劑，如YANG S等人研究溶液澆鑄高分子量聚乳酸/碳納米管（ PLA/CNT）復合材料在二氯甲烷（CH2Cl2）、三氯甲烷（CHCl3）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和 1,4-二氧六環(huán)（DIOX）等溶劑作用下的立構絡(luò )合物結晶。研究發(fā)現，添加質(zhì)量分數 0.1%的碳納米管（CNT）可以促進(jìn)等PLLA/PDLA共混物中立構結晶（SC）的形成。

溶液紡絲制備PLA纖維研究較少，同熔融紡絲纖維相比，溶液紡絲具有以下優(yōu)勢：在紡絲過(guò)程中聚合物纏結的網(wǎng)絡(luò )結構少，使得初生絲有很高的拉伸性能；紡絲溫度低，熱降解比熔紡纖維低；纖維機械性能好，強度較熔紡纖維高，但溶液紡絲存在紡絲速度較慢、紡絲過(guò)程溶劑污染及回收問(wèn)題，因此在工業(yè)生產(chǎn)應用中比較受限制。

3、靜電紡絲

靜電紡絲是指聚合物溶液或熔體在外加電場(chǎng)作用下的紡絲工藝，所制備纖維可達納米級（5 nm~1000 nm），但紡絲條件易對纖維形貌和性能產(chǎn)生較大影響。殷雪兵等人研究二氯甲烷（DCM）、六氟異丙醇（HFIP）、二甲基甲酰胺（DMF）對 PLLA 溶液成絲能力、紡絲產(chǎn)物微觀(guān)結構及過(guò)濾性能的影響。

研究發(fā)現，DCM/DMF 混合溶劑可有效改善PLLA溶液成絲性和射流穩定性，纖維直徑明顯下降，且纖維之間形成粗細交叉特殊結構，當DCM/DMF體積比為 0.2 時(shí)配成的PLLA紡絲液得到的纖維膜綜合性能最佳。