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淺析聚乳酸無紡布技術


    由于微生物技術的發展,目前世界上已經有幾種可生物降解的塑料品種,其中越來越受到歡迎的就是聚乳酸。由于聚乳酸工廠不會耗盡自然資源,因而無紡布生產商對用這種原料開發新產品的興趣越來越濃。聚乳酸制成的各種無紡布是可生物降解的,還有一些把聚乳酸與其它天然纖維或人造絲混紡,使most終產品可以生物降解。

  聚乳酸(H-[OCHCH3CO]n-OH)的熱穩定性好,加工溫度170~230℃,有好的抗溶劑性,可用多種方式進行加工,如擠壓、紡絲、雙軸拉伸,注射吹塑。由聚乳酸制成的產品除能生物降解外,生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性也比較好,還具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性。

聚乳酸的優點主要有以下幾方面:

  (1)聚乳酸(PLA)是一種新型的生物降解材料,使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經由發酵過程制成乳酸,再通過化學合成轉換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物完全降解,most終生成二氧化碳和水,不污染環境,這對保護環境非常有利,是公認的環境友好材料。關愛地球,你我有責。世界二氧化碳排放量據新聞報道在2030年全球溫度將升至60℃,普通塑料的處理方法依然是焚燒火化,造成大量溫室氣體排入空氣中,而聚乳酸塑料則是掩埋在土壤里降解,產生的二氧化碳直接進入土壤有機質或被植物吸收,不會排入空氣中,不會造成溫室效應。

  (2)機械性能及物理性能良好。聚乳酸適用于吹塑、熱塑等各種加工方法,加工方便,應用十分廣泛。可用于加工從工業到民用的各種塑料制品、包裝食品、快餐飯盒、無紡布、工業及民用布。進而加工成農用織物、保健織物、抹布、衛生用品、室外防紫外線織物、帳篷布、地墊面等等,市場前景十分看好。

  (3)相容性與可降解性良好。聚乳酸在醫藥領域應用也非常廣泛,如可生產一次性輸液用具、免拆型手術縫合線等,低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。

  (4)聚乳酸(PLA)除了有生物可降解塑料的基本的特性外,還具備有自己獨特的特性。傳統生物可降解塑料的強度、透明度及對氣候變化的抵抗能力皆不如一般的塑料。

  (5)聚乳酸(PLA)和石化合成塑料的基本物性類似,也就是說,它可以廣泛地用來制造各種應用產品。聚乳酸也擁有良好的光澤性和透明度,和利用聚苯乙烯所制的薄膜相當,是其它生物可降解產品無法提供的。

  (6)聚乳酸(PLA)具有most良好的抗拉強度及延展度,聚乳酸也可以各種普通加工方式生產,例如:熔化擠出成型,射出成型,吹膜成型,發泡成型及真空成型,與廣泛使用的聚合物有類似的成形條件,此外它也具有與傳統薄膜相同的印刷性能。如此,聚乳酸就可以應各不同業界的需求,制成各式各樣的應用產品。

  (7)聚乳酸(PLA)薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧二碳性,它也具有隔離氣味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面,故有安全及衛生的疑慮,然而,聚乳酸是唯一具有優良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。

  (8)當焚化聚乳酸(PLA)時,其燃燒熱值與焚化紙類相同,是焚化傳統塑料(如聚乙烯)的一半,而且焚化聚乳酸絕對不會釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。人體也含有以單體形態存在的乳酸,這就表示了這種分解性產品具有的安全性。

由乳酸制聚乳酸生產工藝有以下三種:

  (1)直接縮聚法

  縮聚法就是把乳酸單體進行直接縮合,也稱一步聚合法。在脫水劑的存在下,乳酸分子中的羥基和羧基受熱脫水,直接縮聚合成低聚物。加入催化劑,繼續升溫,低相對分子質量的聚乳酸聚合成更高相對分子量的聚乳酸。

  (2)二步法

  使乳酸生成環狀二聚體丙交酯,再開環縮聚成聚乳酸。這一技術較為成熟,美國NatureWorks公司生產聚乳酸工藝的工藝即為該工藝。中國的海正與中科院共同研制的聚乳酸生產技術也與此相似,主要過程是原料經微生物發酵制得乳酸后,再經過精制、脫水低聚、高溫裂解,most后聚合成聚乳酸。

  (3)反應擠出制備高分子量聚乳酸

  用間歇式攪拌反應器和雙螺桿擠出機組合,進行連續的熔融聚合實驗,可獲得由乳酸通過連續熔融縮聚制得的分子量達150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機將低摩爾質量的乳酸預聚物在擠出機上進一步縮聚,制備出較高摩爾質量的聚乳酸。在反應溫度為150℃、催化劑用量為0.5%、螺桿轉速為75 r/min時可通過雙螺桿反應擠出縮聚法快速有效地提高聚乳酸的摩爾質量,而且反應擠出產物分散系數減小,均勻性變好。通過DSC曲線的比較發現,通過反應擠出縮聚法制得的聚乳酸的結晶度有所降低,這對改善聚乳酸材料在使用過程中表現出較大的脆性是有益的。

制備聚乳酸的流程:

  1)取材

  將玉米等殼類作物碾碎后,從中提取淀粉,然后將淀粉制成未精化的葡萄糖。很多高技術已克服減去了碾碎的過程,直接從大量的農作物中提取原料。

  2)發酵

  以類似生產啤酒或酒精的方式來發酵葡萄糖,而葡萄糖發酵后變成類似于食物添加用于人體肌肉組織內中的乳酸。

  3)中間型產物

  將乳酸單體以特殊的濃縮制程,轉變成中間型產物——減水乳酸,即丙交酯。

  4)聚合

  丙交酯單體經過真空凈化后,再以一種不使用溶劑的溶解制程來完成開環的動作,使單體聚合。

  5)聚合物修飾

  由于聚合物的分子量與結晶度的不同,可使材料特性的變化空間很大,所以因不同應用的產品,將PLA做不同的修飾。

  由于聚乳酸制成的產品除能生物降解外,生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性,所以非常適合應用于無紡布,聚乳酸無紡布還將會有很大發展!

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