Le matériau en fibre PLA est un nouveau type de matériaux biodégradables d'origine biologique, l'acide lactique comme principale matière première de polymérisation des polymères, des matières premières provenant de sources suffisantes et renouvelables, principalement du maïs, du manioc et d'autres matières premières, peuvent être utilisées dans le filage par fusion, électrostatique filage et autres moyens de traitement. Matériau fibreux PLA en raison de sa bonne biocompatibilité, de ses caractéristiques renouvelables et autres faciles à dégrader, de sorte qu'il a de bonnes perspectives d'application dans les domaines de la biomédecine, de la filtration et de la séparation, de l'emballage, etc. Il a de bonnes perspectives d'application. Cette étude porte sur la préparation de fibres PLA biosourcées.
1, faire fondre la filature
La méthode de filage par fusion est basée sur un polymère fondu comme matière première, extrudé à travers la filière et solidifié en fibres par condensation rapide dans l'air. Le processus de filage à l'état fondu est simple, le liquide de filage pour le polymère formant des fibres fond lui-même, il n'est pas nécessaire de faire tourner le solvant ou la récupération du bain de condensation, et le processus de formation des fibres est terminé en phase gazeuse, la résistance au frottement est faible et peut être utilisée pour augmenter vitesse de bobine, efficacité de production élevée. Cependant, tous les polymères fibreux ne peuvent pas être utilisés pour préparer des fibres par filage à l'état fondu, une des conditions de préparation des fibres par filage à l'état fondu : la température de fusion du polymère doit être inférieure à sa température de décomposition thermique d'environ 30 degrés, sinon il Il est difficile d'utiliser la méthode classique de fusion pour le filage.
Le processus de production du filage à l'état fondu du PLA est similaire au processus de filage du polyéthylène téréphtalate PET, qui est divisé en une méthode de filage à grande vitesse en une étape et une méthode de filage-étirement en deux étapes. Dans le processus de filage à l'état fondu, il existe une contradiction entre la sensibilité thermique de la réaction de dégradation du PLA et la viscosité élevée de la masse fondue, ce qui entraîne une plage de températures extrêmement étroite pour le traitement de filage à l'état fondu du PLA et la nécessité de contrôler la teneur en eau dans le mélange maître pour empêcher l'hydrolyse et la carbonisation dans le processus d'extrusion à l'état fondu. Dans le même temps, le faible taux de cristallisation du PLA entraîne une faible température de déformation thermique, un matériau cassant, une mauvaise ténacité et un long cycle de formage. Afin d'améliorer les performances du filage à l'état fondu du PLA, Pan Xiaodi et al. ont constaté que l'augmentation du taux de cisaillement, c'est-à-dire l'augmentation de la vitesse de filage, a moins d'effet sur la viscosité apparente du PLA fondu et que le processus de filage est plus facile à contrôler.
Li et coll. préparé des fibres de polypropylène/poly(acide lactique) (PP/PLA) par filage à l'état fondu et étudié leurs propriétés, et découvert qu'il y avait une légère diminution de la stabilité thermique du PLA avec l'ajout de PP, mais que la cristallinité était améliorée et que le l'orientation et les propriétés mécaniques des fibres mélangées PP/PLA ont été améliorées.
CLARKSON et coll. fibres composites de nanofibres de cellulose/poly(acide lactique) (CNF/PLA) préparées à haute rigidité par filage à l'état fondu dans des conditions anhydres et sans solvant en utilisant du poly(éthylène glycol) (PEG) comme agent gonflant, et les propriétés mécaniques des fibres ont été augmenté de 600 % après étirement thermique lorsque du CNF avec une fraction massique de 1,3 % a été ajouté.
2, rotation de la solution
Le filage en solution est divisé en deux types de méthodes sèches et humides en solution. le dichlorométhane, le trichlorométhane ou le toluène sont souvent utilisés comme solvants pour la préparation de solutions de base pour la filature de fibres PLA, comme YANG S et al. qui a étudié la cristallisation de composites PLA/CNT de haut poids moléculaire coulés en solution en présence de solvants tels que le dichlorométhane (CH2Cl2), le trichlorométhane (CHCl3), le N,N-diméthylformamide (DMF) et le 1,4-dioxane ( DIOX). -solvants dioxane (DIOX). Il a été constaté que l’ajout de nanotubes de carbone (CNT) avec une fraction massique de 0,1 % pourrait favoriser la formation de cristaux de conformation neutre (SC) de mélanges iso-PLLA/PDLA.
Les calculs de diffraction des rayons X grand angle et de balayage différentiel montrent que la capacité des solvants à augmenter la teneur en SC dans les composites PLLA/PDLA/CNT est par ordre décroissant de DMF, DIOX, CHCl3 et CH2Cl2. En particulier, des microcristaux SC distinctifs se forment dans le DMF. Cette différence peut s'expliquer par les paramètres de solubilité et la pression de vapeur du solvant. Les résultats de l'étude fournissent également des solutions possibles pour réguler la composition cristalline des mélanges PLLA/PDLA/CNT.
Le filage en solution pour préparer moins la recherche sur les fibres PLA, avec les fibres filées par fusion, le filage en solution présente les avantages suivants : dans le processus de filage, l'enchevêtrement polymère de la structure du réseau est moindre, de sorte que le filament primaire a des propriétés de traction élevées ; la température de filage est basse, la dégradation thermique est inférieure à celle des fibres filées à l'état fondu ; les propriétés mécaniques de la fibre sont bonnes, la résistance des fibres filées à l'état fondu est élevée, mais le filage en solution y présente un filage plus lent, le processus de filage présente des problèmes de contamination par les solvants et de recyclage, mais les applications de production industrielle sont plus limitées. Elle est donc plus limitée dans les applications de production industrielle.
3, filature électrostatique
Le filage électrostatique fait référence au processus de filage de solutions ou de fusions de polymères sous l'action d'un champ électrique appliqué, et les fibres préparées peuvent atteindre l'échelle nanométrique (5 nm ~ 1 000 nm), mais les conditions de filage sont susceptibles d'avoir un impact important sur le Morphologie et propriétés des fibres. Yin Xuebing et coll. ont étudié les effets du dichlorométhane (DCM), de l'hexafluoroisopropanol (HFIP) et du diméthylformamide (DMF) sur la capacité de formation de filaments de la solution PLLA, la microstructure des produits de filature et les propriétés de filtration.
Il a été constaté que le solvant mixte DCM/DMF pouvait améliorer efficacement la formation de filaments et la stabilité du jet de la solution PLLA, le diamètre des fibres diminuait considérablement et une structure spéciale de croisements grossiers et fins se formait entre les fibres, et la meilleure performance globale de La membrane fibreuse a été obtenue à partir de la solution de filage PLLA lorsque le rapport volumique DCM/DMF était de 0.2.
Wang et coll. utilisé un filage électrostatique différentiel à l'état fondu pour préparer des fibres PLA, et le diamètre moyen des fibres a atteint un minimum de 400 nm à une température de filage de 260 degrés, un débit d'air de 20 m3/h, une température du flux d'air de 100 degrés et un distance de rotation de 5,5 cm. De plus, Zhong Guo-cheng et al. utilisé de l'acide polylactique de type D (D PLA) coiffé d'un hydroxyle comme initiateur macromoléculaire pour initier la polymérisation par ouverture de cycle du squelette L-propyl lactide afin de produire différents En outre, Zhong et al. utilisé du PLA de type D coiffé d'hydroxyle comme initiateur macromoléculaire pour initier la polymérisation par ouverture de cycle du corps de lactide L-propyle afin de préparer du PLA dibloc cubique linéaire avec différents poids moléculaires moyens en nombre, et préparé des fibres submicroniques au moyen d'une filature électrostatique.
Les résultats ont montré que les points de fusion des cristaux composites cubiques formés étaient supérieurs à 215 degrés, que la stabilité thermique était améliorée et qu'une bonne ténacité était présentée. Le filage électrostatique peut réaliser le raffinement des matériaux fibreux par rapport à la technologie de filage traditionnelle, et la formation de cristaux composites cubiques PLA peut contribuer à améliorer les propriétés mécaniques des matériaux fibreux.
4. Remarques finales
À l’heure actuelle, la formation et l’application de fibres et de produits PLA d’origine biologique en Chine en sont encore à leurs débuts. Les données montrent que d'ici fin 2021, la capacité de production de PLA en Chine est d'environ 452,000 t, et on s'attend à ce qu'elle atteigne 5 millions de t en 2025. Le PLA, en tant que sorte de produit vert et environnemental Matériau respectueux de l'environnement, a le potentiel de remplacer les matériaux fibreux traditionnels à base de pétrole. En analysant et en comparant les méthodes existantes de formation de fibres PLA biosourcées et leurs avantages et inconvénients, la réaction de dégradation du PLA doit être résolue dans le processus de filage par fusion avec des perspectives d'industrialisation. processus de filage à l'état fondu avec des perspectives d'industrialisation, il est nécessaire de résoudre la contradiction entre la sensibilité à la chaleur et la viscosité élevée de la masse fondue, et d'élargir la plage de températures de traitement du filage à l'état fondu du PLA.
Dans le même temps, avec l'aide de la technologie de recyclage du PLA, pour accélérer l'approvisionnement stable en matières premières de fibres PLA en Chine. Dans le cadre de la stratégie nationale « double carbone » et d'autres politiques favorables, on peut s'attendre à ce que les matériaux et produits en fibres PLA d'origine biologique inaugurent le développement de saute-mouton, dans le domaine de la biomédecine, de la filtration et de la séparation, de l'emballage et d'autres domaines. perspectives d’application.