PLA繊維材料は、新しいタイプのバイオベースの生分解性材料であり、乳酸を主原料としてポリマーを重合させ、十分な再生可能な資源、主にトウモロコシ、キャッサバおよびその他の原料からの原料を使用し、溶融紡糸、静電で使用できます。 PLA繊維材料は、生体適合性が良く、再生可能で劣化しやすいなどの特徴があるため、生物医学、濾過と分離、包装などの分野での応用が期待されています。 応用の見通しは良好です。 この研究は、バイオベースの PLA 繊維の調製に焦点を当てています。
1、溶融紡糸
溶融紡糸法は、溶融ポリマーを原料として紡糸口金から押し出し、空気中で急速に凝縮させて繊維に固化させる方法です。 溶融紡糸プロセスが簡単で、繊維形成ポリマー溶融物の紡糸液自体が紡糸溶剤や凝縮浴の回収が不要で、繊維形成プロセスが気相で完了し、摩擦抵抗が小さく、より高い用途に使用できます。コイル速度、高い生産効率。 ただし、すべての繊維形成ポリマーを溶融紡糸による繊維の製造に使用できるわけではありません。これは、溶融紡糸による繊維の製造条件の 1 つです。ポリマーの溶融温度は、その熱分解温度である約 30 度よりも低くなければなりません。古典的な溶融法を使用して紡糸するのは困難です。
PLA溶融紡糸の製造プロセスはポリエチレンテレフタレートPETの紡糸プロセスと似ており、高速紡糸一段法と紡糸・延伸二段法に分けられます。 溶融紡糸プロセスでは、PLA の分解反応の熱感受性と溶融物の高粘度の間に矛盾があり、その結果、PLA 溶融紡糸加工の温度範囲が非常に狭くなり、マスターバッチ中の水分含有量を適切な温度に制御する必要があります。溶融押出プロセスにおける加水分解と炭化を防止します。 同時に、PLA の結晶化速度が遅いため、熱変形温度が低くなり、材料が脆くなり、靭性が低下し、成形サイクルが長くなります。 PLA 溶融紡糸の性能を向上させるために、Pan Xiaodi らは、 剪断速度を上げること、つまり紡糸速度を上げることは、PLA 溶融物の見かけの粘度にあまり影響を与えず、紡糸プロセスの制御が容易になることを発見しました。
リーら。 らは、溶融紡糸によってポリプロピレン/ポリ乳酸 (PP/PLA) 繊維を製造し、その特性を調査したところ、PP の添加により PLA の熱安定性はわずかに低下するものの、結晶化度は改善され、 PP/PLA 混紡繊維の配向性と機械的特性が向上しました。
クラークソンら。 ポリ（エチレングリコール）（PEG）を増量剤として使用し、無水かつ無溶媒条件下で溶融紡糸することにより、高剛性セルロースナノファイバー/ポリ（乳酸）（CNF/PLA）複合繊維を調製し、繊維の機械的特性を調べた。質量分率 1.3% の CNF を添加すると、熱延伸後に 600% 増加しました。
2、溶液紡糸
溶液紡糸は溶液乾式法と湿式法の2種類に分けられます。 ジクロロメタン、トリクロロメタン、またはトルエンは、YANG S et al. などの PLA 繊維紡糸原液の調製のための溶媒としてよく使用されます。 彼は、ジクロロメタン (CH2Cl2)、トリクロロメタン (CHCl3)、N,N-ジメチルホルムアミド (DMF)、1,4- ジオキサンなどの溶媒の存在下での溶液キャスト高分子量 PLA/CNT 複合材料の結晶化を研究しました (ダイオックス）。 -ジオキサン (DIOX) 溶媒。 質量分率 0.1% のカーボン ナノチューブ (CNT) を添加すると、iso-PLLA/PDLA ブレンドの中性配座結晶 (SC) の形成が促進されることがわかりました。
広角 X 線回折と示差走査計算により、PLLA/PDLA/CNT 複合材料中の SC 含有量を増加させる溶媒の能力は、DMF、DIOX、CHCl3、CH2Cl2 の順に高いことが示されています。 特に、DMF では特徴的な SC 微結晶が形成されます。 この違いは、溶解度パラメーターと溶媒の蒸気圧によって説明できます。 研究結果は、PLLA/PDLA/CNT ブレンドの結晶組成を制御するための可能な解決策も提供します。
PLA 繊維を調製するための溶液紡糸の研究は少なく、溶融紡糸繊維の場合、溶液紡糸には次の利点があります。紡糸プロセスにおいて、ネットワーク構造のポリマーの絡み合いが少ないため、一次フィラメントは高い引張特性を持ちます。 紡糸温度が低く、熱劣化が溶融紡糸繊維よりも低い。 繊維の機械的特性は良好であり、溶融紡糸繊維の強度は高いが、溶液紡糸では紡糸速度が遅く、紡糸プロセスの溶媒汚染とリサイクルの問題があり、工業生産用途はさらに限定されている。 したがって、工業生産用途ではさらに制限されます。
3、静電紡糸
静電紡糸は、電場の作用下でポリマー溶液または溶融物を紡糸するプロセスを指し、調製された繊維はナノスケール (5 nm ～ 1000 nm) に達する可能性がありますが、紡糸条件は紡糸に大きな影響を与える傾向があります。繊維の形態と特性。 イン・シュエビンら。 らは、PLLA 溶液のフィラメント形成能力、紡糸製品の微細構造、および濾過特性に対するジクロロメタン (DCM)、ヘキサフルオロイソプロパノール (HFIP)、およびジメチルホルムアミド (DMF) の影響を調査しました。
DCM/DMF の混合溶媒は、PLLA 溶液のフィラメント形成とジェット安定性を効果的に改善でき、繊維直径が大幅に減少し、繊維間に粗い交差と微細な交差の特殊な構造が形成され、最高の全体的な性能が得られることがわかりました。 DCM/DMFの体積比が0.2の場合、PLLA紡糸溶液から繊維膜が得られました。
王ら。 溶融差動静電紡糸を使用して PLA 繊維を調製し、紡糸温度 260 度、気流流量 20 m3/h、気流温度 100 度、条件下で繊維の平均直径は最小 400 nm に達しました。回転距離は5.5cm。 さらに、Zhong Guo-cheng ら。 Zhong らは、ヒドロキシルでキャップされた D 型ポリ乳酸 (D PLA) を高分子開始剤として使用し、L-プロピルラクチド主鎖の開環重合を開始してさまざまなポリ乳酸を生成しました。 は、ヒドロキシルでキャップされたD型PLAを高分子開始剤として使用してL-プロピルラクチド体の開環重合を開始し、異なる数平均分子量を有する線状立方体ジブロックPLAを調製し、静電紡糸によってサブミクロン繊維を調製した。
結果は、形成された立方晶複合結晶の融点が215度以上であり、熱安定性が改善され、良好な靭性を示すことを示した。 静電紡糸は、従来の紡糸技術と比較して繊維材料の微細化を実現でき、PLA立方体複合結晶の形成は繊維材料の機械的特性の向上に役立ちます。
4. 結論
現在、中国におけるバイオベースの PLA 繊維および製品の形成と応用はまだ初期段階にあります。 データによると、2021年末までに中国のPLAの生産能力は約452,000トンで、2025年には500万トンに達すると予想されています。PLAはグリーンで環境に優しい一種として、地球に優しい素材であり、従来の石油ベースの繊維材料を置き換える可能性があります。既存のバイオベースのPLA繊維形成方法とその長所と短所を分析および比較すると、PLAの分解反応は工業化の見通しを持つ溶融紡糸プロセスで解決する必要があります。工業化を視野に入れた溶融紡糸プロセスでは、感熱性と溶融物の高粘度の矛盾を解決し、PLA 溶融紡糸の加工温度範囲を広げる必要がある。
同時に、PLAリサイクル技術を活用し、中国におけるPLA繊維原料の安定供給を加速します。 国家の「ダブルカーボン」戦略やその他の有利な政策において、バイオベースの PLA 繊維材料と製品は、生物医学、濾過と分離、包装などの分野でリープフロッグの開発を先導すると期待されています。応用の見通し。